Статья
Трехфазное выпрямительное устройство с криогенным охлаждением для перспективных сверхпроводниковых систем электроснабжения
А. О. Алексеев
Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, 125993, Москва, Росси
e-mail: aleksey.0212@yandex.ru
Д. М. Шишов
Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, 125993, Москва, Росси
Д. А. Шевцов
Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, 125993, Москва, Росси
К. Л. Ковалёв
Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, 125993, Москва, Росси
В. Т. Пенкин
Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, 125993, Москва, Росси
В. А. Жуков
Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, 125993, Москва, Росси
Н. А. Родионов
Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, 125993, Москва, Росси
И. В. Лукошин
Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, 125993, Москва, Росси
УДК 538.945
Аннотация
Системы электроснабжения перспективной авиационной концепции полностью электрифицированного самолета предполагают совместную работу как высокотемпературно сверхпроводниковых (ВТСП) электрических машин и кабелей, так и силовых полупроводниковых преобразователей электроэнергии. Современные ВТСП материалы принципиально требуют их охлаждения до критических температур, достигаемых при помощи криогенного охлаждения. В этой связи целесообразно исследовать использование последнего для охлаждения силовых полупроводниковых компонентов, входящих в состав силовых каскадов преобразователей электроэнергии. Данная работа посвящена разработке прототипа управляемого трехфазного выпрямительного устройства с криогенным охлаждением силового преобразовательного каскада. Выпрямительное устройство строится как корректор коэффициента мощности с целью выполнения требований к качеству электроэнергии, предъявляемых авиационными стандартами. Проведен сравнительный анализ различных структур силовых преобразовательных каскадов, исследованы обеспечиваемые ими показатели качества потребляемой электроэнергии и выбрана рациональная структура для данного применения. Продемонстрированы результаты имитационного компьютерного моделирования и выполненных экспериментальных исследований в условиях криогенного охлаждения.
Ключевые слова: высокотемпературная сверхпроводимость (ВТСП); криогенное охлаждение; криогенная электроника; перспективная авиационная система электроснабжения; трехфазное выпрямительное устройство; коррекция коэффициента мощности, силовой каскад.
Литература
[1] D. Dezhin, N. Ivanov, K. Kovalev, I. Kobzeva, V. Semenihin, IEEE Trans. Appl. Supercond. 28, 125993 (2018). DOI: 10.1109/TASC.2017.2787180.
[2] А.В. Левин, С.М. Мусин, С.А. Харитонов, К.Л. Ковалев, А.А. Герасин, С.П. Халютин, Электрический самолет: концепция и технологии. Уфа: Уфимск. гос. авиац. Техн.ун-т.-Уфа: УГА-ТУ, 2014. – 388 с.
[3] К.Л. Ковалев, В.Т. Пенкин, Н.С. Иванов, Ю.Ю. Некрасова, Р.И. Ильясов, Д.С. Дежин, С.В. Журавлёв, Электричество 10, 45 (2018).
[4] M. Ostapchouk, D. Shishov, D. Shevtsov, S. Zanegin, Inventions 7, 96 (2022). DOI: 10.3390/inventions7040096
[5] O. M. Mueller, K. G. Herd, Ultra-high efficiency power conversion using cryogenic MOSFETs and HT-superconductors // Proceedings of IEEE Power Electronics Specialist Conference – PESC‘93, Seattle, WA, USA, 1993. — pp. 772-778. DOI: 10.1109/PESC.1993.472011
[6] S. Zanegin, N. Ivanov, V. Zubko, K. Kovalev, A. Alekseev, V. Podguzov, M. Ovdienko, A. Varyukhin, Losses analysis of HTS racetrack coil carrying a distorted sinusoidal current // International Conference on Electrotechnical Complexes and Systems (ICOECS), 2021. — pp. 297-300. DOI: 10.1109/ICOECS52783.2021.9657338
[7] W. Song, J. Fang, Z. Jiang, IEEE Trans. Appl. Supercond. 29, 1 (2019). DOI: 10.1109/TASC.2018.2882066
[8] V. Madonna, P. Giangrande, M. Galea, IEEE Transactions on Transportation Electrification 4, 646 (2018).
[9] B. Rahrovi, A Review of the More Electric Aircraft Power Electronics / B. Rahrovi, M. Ehsani // 2019 IEEE Texas Power and Energy Conference (TPEC), College Station, TX, USA, 2019. – p. 1-6.
[10] I. Cotton, A. Nelms, M. Husband, IEEE Aerosp. Electron. Syst. Mag. 23, 25 (2008). DOI: 10.1109/MAES.2008.4460728
[11] J. Devatour, Electrical Generation Trends & Prospective for Next Generation Aircraft / J. Devatour // MEA 2019 Conference, February 2019.
[12] J. W. Kolar, T. Friedli, IEEE Transactions on Power Electronics 28, 176 (2013).
[13] T. Friedli, M. Hartmann, J. W. Kolar, IEEE Transactions on Power Electronics 28, 176 (2013).
[14] F. Wang, R. Chen, H. Gui, J. Niu, L. Tolbert, D. Costinett, et al., 2019 AIAA/IEEE Electric Aircraft Technologies Symposium (EATS), Indianapolis, IN, USA, 1 (2019). DOI: 10.2514/6.2019-4473
[15] Vishay. VS-HFA140FA120 – 140 A, 1200 V, Fast Recovery Diode // www.vishay.com, 2026. URL: https://www.vishay.com/docs/94746/vs-hfa140fa120.pdf