航空地面靜止變頻電源產(chǎn)品的研制及應用
采用新型電力電子技術(shù)的航空地面靜止變頻電源(以下簡稱靜變電源)，與傳統(tǒng)的航空電源車相比，具有同樣的性能、更小的體積、更低的噪音水平和完全無排放的特點，可有效減少地面綜合保障空間和環(huán)境污染問題，極大地提高了航空地面電源保障的質(zhì)量，進入航空領域保障飛機供電和起動已成為必然的發(fā)展趨勢。
近年來，國內(nèi)的一些企業(yè)相繼開發(fā)出靜變電源產(chǎn)品，但隨著新型飛機和機載電子任務系統(tǒng)越來越多地投入使用，這些產(chǎn)品在試用和使用中不同程度地暴露出一些問題。例如對大容量電子任務系統(tǒng)負載的適應性問題，可靠性、維修性問題，技術(shù)先進性和自主知識產(chǎn)權(quán)問題等。目前尚無一種同類產(chǎn)品按照軍工產(chǎn)品科研程序定型列裝的，無法適應新型飛機對地面保障質(zhì)量的要求，這使靜變電源在國防建設中的推廣應用受到制約。
根據(jù)部隊使用需要和產(chǎn)品現(xiàn)存問題，我們按照軍工產(chǎn)品科研程序進行系列靜變電源產(chǎn)品的研制，容量范圍60～180kVA。通過研制，重點解決總體方案、高性能控制器和大容量功率變換實現(xiàn)等問題，形成自主知識產(chǎn)權(quán)，嚴格按照軍工產(chǎn)品要求定型，使靜變電源成為符合部隊使用要求的好裝備。
1 技術(shù)方案的確定
電源總體方案根據(jù)國內(nèi)外靜變電源的技術(shù)發(fā)展水平，采用成熟可靠、適應性強、技術(shù)先進、立足國內(nèi)的原則確定。電源總體方案簡述如下。
主電路采用交一直一交結(jié)構(gòu)，包括整流器，直流濾波器、逆變器、變壓器及交流濾波等組成部分。交一直部分將50Hz交流市電經(jīng)橋式整流、平波電抗器、電解電容濾波后變?yōu)槠椒�(wěn)直流。橋式整流電路為半控結(jié)構(gòu)，啟動過程中，調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角，可以控制直流電壓由低到高逐漸變化，減少沖擊電流，實現(xiàn)軟啟動。120kVA以上電源整流電路分為獨立的兩組，通過增配移相變壓器，即可實現(xiàn)12脈波整流。
直一交逆變部分采用單相全橋結(jié)構(gòu)，是本電源的核心。逆變器選用IGBT作為開關器件。利用IGBT開關頻率較高的優(yōu)點，采用正弦脈寬調(diào)制方式(sPWM) 對逆變器進行控制，將平穩(wěn)直流變換為脈寬調(diào)制輸出的交流，輸出SPWM波幅值恒定，寬度按正弦規(guī)律變化，該交流基波頻率為所需要的電源輸出頻率。逆變器輸出的脈寬凋制波經(jīng)LC濾波電路濾波后，得到純正的正弦波交流電。
SPWM波控制采用二重化方式，即同一橋臂上下兩只IGBT器件為互補通斷，對角器件不同時通斷，產(chǎn)生兩路控制信號的調(diào)制波相位相同，但載波相位相差180°，因此，在相同開關頻率下，等效調(diào)制比增加一倍，可有效改善輸出波形。
為提高對不平衡負載的適應能力，電源主電路按照3套獨立的單相電源進行設計，直一交逆變部分具有3套完全相同的單相逆變器，它們共用一條直流母線，輸出互差120°，在變壓器副邊接成星形，輸出所要求的三相交流電與主電路相適應，本項目電源控制器針對單相電源設計，電壓波形控制采用帶濾波電感電流內(nèi)環(huán)的電壓瞬時值反饋控制方案，電壓有效值控制采用PI調(diào)節(jié)器方案，控制系統(tǒng)具有3套獨立的調(diào)節(jié)器分別控制三相電壓，從而提高帶不平衡負載的能力。為提高電源輸出控制的快速性、抗干擾能力和可靠性，波形控制采用模擬電路實現(xiàn)，有效值控制和電源監(jiān)控采用智能數(shù)字電路實現(xiàn)。數(shù)字電路以16位單片機為核心組成，通過模擬量和開關量接口電路對電源的運行參數(shù)、工作狀態(tài)、故障狀態(tài)和單元模塊的狀態(tài)進行智能監(jiān)測，監(jiān)測信息和監(jiān)控參數(shù)通過LCD中文顯示屏顯示和輸入。同時，還設有通用的計算機通訊接口，以便通過計算機對電源進行遠程監(jiān)控。
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