飛機(jī)靜止變流器的設(shè)計(jì)

李兆營

【摘 要】靜止變流器屬于航空二次電源，是飛機(jī)電源系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)靜止變流器的研究對(duì)提高飛機(jī)的可靠性和安全性具有十分重要的意義。本文基于多年靜止變流器的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種高變換效率及高可靠性的單相靜止變流器，并通過仿真驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性。

【關(guān)鍵詞】靜止變流器；飛機(jī)電源系統(tǒng)；高變換效率；高可靠性

0 引言

靜止變流器作為機(jī)載應(yīng)急電源，將機(jī)上28V直流電變換為單相或三相115V/400Hz的交流電，供給機(jī)上的重要負(fù)載使用。本文主要研究單相靜止變流器。在應(yīng)急狀態(tài)下，靜止變流器在額定功率的條件下能夠持續(xù)工作，為應(yīng)急交流匯流條提供單相的交流電。

1 靜止變流器設(shè)計(jì)方法

本設(shè)計(jì)方案是基于多年靜止變流器的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)產(chǎn)品在多種機(jī)型上成功應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，采用了高變換效率及高可靠性的設(shè)計(jì)方法。為了滿足航空靜止變流器的指標(biāo)要求，本設(shè)計(jì)采用DC/DC升壓和DC/AC逆變兩級(jí)級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)，其具體電路由輸入濾波電路、DC/DC升壓電路、DC/AC逆變電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、輸出濾波電路構(gòu)成，其原理框圖參見圖1。

圖1 靜止變流器電路結(jié)構(gòu)框圖

1.1 DC/DC主功率電路

DC/DC變換器將28V直流電轉(zhuǎn)換成180V直流電，并實(shí)現(xiàn)電氣隔離。為了提高靜止變流器的整體性能，前級(jí)直流環(huán)節(jié)必須選擇合適的電路拓?fù)?，以提高直流環(huán)節(jié)的效率，減小體積。由于推挽變換器適用于低壓大電流輸入的中大功率場合，所以靜止變流器的DC/DC主功率電路采用此種拓?fù)洹?/p>

推挽變換器的輸出整流電路有三種基本類型：全波整流電路、全橋整流電路和倍流整流電路。由于全橋整流電路適用于輸出電壓較高的場合，可以降低整流管的電壓額定值。所以本設(shè)計(jì)將推挽變換器的輸出整流電路選為全橋整流電路。

推挽變換器電路結(jié)構(gòu)簡單，可以看成兩個(gè)完全對(duì)稱的單端正激變換器的組合，變壓器的鐵芯是雙向磁化，相同的鐵芯尺寸，推挽變換器可以比正激變換器輸出更大功率。但是電路必須有良好的對(duì)稱性，否則容易引起直流偏磁導(dǎo)致鐵芯飽和。另外，變壓器繞組必須緊密耦合，以減小漏感，從而降低開關(guān)管的關(guān)斷電壓尖峰，這增大了變壓器繞制工藝的要求以及對(duì)所用功率器件電壓定額的要求。開關(guān)管承受兩倍的輸入電壓，推挽變換器通常用于中大功率場合。

1.2 DC/AC主功率電路

DC/AC的主變換電路，采用典型的單相橋式逆變電路。本設(shè)計(jì)采用單閉環(huán)（電壓環(huán)）控制，將穩(wěn)定的180V直流電逆變?yōu)?15V/400Hz的交流電。由400Hz基準(zhǔn)正弦波發(fā)生電路產(chǎn)生基準(zhǔn)波，基準(zhǔn)正弦波與輸出采樣值相比較產(chǎn)生誤差信號(hào)，經(jīng)由外部放大補(bǔ)償電路矯正生成調(diào)制波，調(diào)制波再與基準(zhǔn)三角載波相比較生成SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)逆變橋，將180V直流逆變?yōu)榻涣?，再?jīng)由低通濾波器濾波，變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的400Hz/115V正弦波輸出。DC/AC主功率變換原理圖。

2 靜止變流器仿真驗(yàn)證

2.1 仿真建模

在SABER軟件中建立采用推挽結(jié)構(gòu)的DC/DC變換仿真模型，如圖2所示。

建立單閉環(huán)控制下的單相橋式DC/AC變換仿真模型，如圖3所示。

2.2 仿真結(jié)果

仿真通過控制調(diào)節(jié)穩(wěn)定后，輸出穩(wěn)定的115V/400HZ單相正弦波，如圖4所示。

3 結(jié)論

本文在多年設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種高變換效率和高可靠性的航空用靜止變流器，DC/DC電路采用推挽變換器結(jié)構(gòu)，DC/AC電路采用單相橋式變換器，對(duì)變換器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了說明，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的靜止變流器性能良好。驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性，為對(duì)飛機(jī)靜止變流器的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]嚴(yán)仰光.航空航天器供電系統(tǒng)[M].北京：航空工業(yè)出版社.

[2]李傳琦，盛義發(fā).電子電力技術(shù)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社.

[3]謝江華，張方華，等.三電感雙Buck逆變器[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，24（21）：3413-3422.

[4]陳鵬.帶輔助電路的12脈波整流電路的研究[D].華中科技大學(xué)，2006.