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大容量航空地面静止变频电源研制

2013-05-27 16:26
科技潮人
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  详细介绍了60 kVA~1 80 kVA系列大容量航空地面静变电源的研制过程。经过论证,功率变换部分采用三相半控整流、三组单相全桥逆变器加单相变压器的总体方案,实现了对输入侧电网的软起动和三相输出的完全解耦;控制部分采用了带电感电流的输出电压瞬时值双闭环控制方案,3个调节器分别控制三相输出,提高了波形质量、动态响应速度以及带不平衡负载的能力;该系列采用输出直接并联的模式实现了扩容。样机检验结果完全满足设计要求,已完成了飞机对接试验并在多个机场试用,运行情况良好。

  0 引言

  采用新型电力电子技术的航空地面静止变频电源(以下简称静变电源),与传统的航空电源车相比,具有同样的性能、更小的体积、更低的噪音水平和完全无排放的特点,可有效减少地面综合保障空间和环境污染问题,极大地提高了航空地面电源保障的质量,进入航空领域保障飞机供电和起动已成为必然的发展趋势。

  近年来,国内的一些企业相继开发出静变电源产品,但随着新型飞机和机载电子任务系统越来越多地投入使用,这些产品在试用和使用中不同程度地暴露出一些问题。例如对大容量电子任务系统负载的适应性问题,可靠性、维修性问题,技术先进性和自主知识产权问题等。目前尚无一种同类产品按照军工产品科研程序定型列装的,无法适应新型飞机对地面保障质量的要求,这使静变电源在国防建设中的推广应用受到制约。

  根据部队使用需要和产品现存问题,我们按照军工产品科研程序进行系列静变电源产品的研制,容量范围60~180kVA。通过研制,重点解决总体方案、高性能控制器和大容量功率变换实现等问题,形成自主知识产权,严格按照军工产品要求定型,使静变电源成为符合部队使用要求的好装备。

  1 技术方案的确定

  电源总体方案根据国内外静变电源的技术发展水平,采用成熟可靠、适应性强、技术先进、立足国内的原则确定。总体方案简述如下。

  主电路采用交一直一交结构,包括整流器,直流滤波器、逆变器、变压器及交流滤波等组成部分。交一直部分将50Hz交流市电经桥式整流、平波电抗器、电解电容滤波后变为平稳直流。桥式整流电路为半控结构,启动过程中,调节晶闸管的触发角,可以控制直流电压由低到高逐渐变化,减少冲击电流,实现软启动。120 kVA以上电源整流电路分为独立的两组,通过增配移相变压器,即可实现12脉波整流。

  直一交逆变部分采用单相全桥结构,是本电源的核心。逆变器选用IGBT作为开关器件。利用IGBT开关频率较高的优点,采用正弦脉宽调制方式(sPWM)对逆变器进行控制,将平稳直流变换为脉宽调制输出的交流,输出SPWM波幅值恒定,宽度按正弦规律变化,该交流基波频率为所需要的电源输出频率。逆变器输出的脉宽凋制波经LC滤波电路滤波后,得到纯正的正弦波交流电。

  SPWM波控制采用二重化方式,即同一桥臂上下两只IGBT器件为互补通断,对角器件不同时通断,产生两路控制信号的调制波相位相同,但载波相位相差180°,因此,在相同开关频率下,等效调制比增加一倍,可有效改善输出波形。

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