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  • 頭條一種新型航空用高功率因數(shù)可控升壓整流器
    2019-09-27 作者:史曉陽(yáng)  |  來(lái)源:《電氣技術(shù)》  |  點(diǎn)擊率:
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    導(dǎo)語(yǔ)海軍裝備部的研究人員史曉陽(yáng),在2019年第4期《電氣技術(shù)》雜志上撰文(論文標(biāo)題為“航空用高功率因數(shù)可控升壓整流器仿真研究”)指出,航空用直流電一般由恒/變頻交流電經(jīng)整流器獲取,整流器本身及其負(fù)載的非線性,會(huì)導(dǎo)致交流電網(wǎng)產(chǎn)生大量諧波,降低系統(tǒng)功率因數(shù)。 本文針對(duì)航空用某電力變換器中不控整流橋?qū)涣麟娋W(wǎng)產(chǎn)生的嚴(yán)重諧波污染問(wèn)題,展開改進(jìn)方案研究。從諧波抑制方面對(duì)比了幾種常見整流器性能,提出一種航空用高功率因數(shù)可控升壓整流器,通過(guò)分析其電路原理,并從仿真層面驗(yàn)證了可控升壓整流器在諧波抑制、高功率因數(shù)、直流輸出可靈活調(diào)整等方面的優(yōu)越性。

    多電飛機(jī)是飛機(jī)發(fā)展的趨勢(shì),由于增加了發(fā)電機(jī)在伺服和調(diào)速中的應(yīng)用,這樣將需要從幾千瓦到幾百千瓦的高功率密度的發(fā)電機(jī)和電驅(qū)動(dòng)裝置。電驅(qū)動(dòng)裝置一般都具有整流環(huán)節(jié),將主電源變換為直流電,然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)器帶載直流發(fā)電機(jī)或者交流發(fā)電機(jī)。整流電氣元件本身及其負(fù)載的非線性,會(huì)導(dǎo)致機(jī)載交流電源出現(xiàn)大量諧波,污染網(wǎng)側(cè)電源,降低電源的功率因數(shù),影響電氣設(shè)備性能。

    目前,恒速恒頻發(fā)電機(jī)是現(xiàn)代飛機(jī)主電源系統(tǒng)的主流構(gòu)型,其他形式的電能多由115V/400Hz主電源經(jīng)電源變換得來(lái)。傳統(tǒng)的電力變換裝置采用三相不控整流橋,將交流電整流為直流,此種方式利用二極管的單相導(dǎo)電性進(jìn)行電壓自然換向,實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單方便,可靠性高,但電源利用率低,且會(huì)在交流輸入端產(chǎn)生大量的諧波,諧波含量達(dá)30%以上,嚴(yán)重影響電網(wǎng)電能質(zhì)量。

    在多非線性負(fù)載同時(shí)工作的情況下,該型整流器基本不具備實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。目前,在B787,A380等機(jī)種應(yīng)用較為先進(jìn)的脈沖變壓整流器(一般為18脈及更高次脈沖變壓整流器),可大大抑制整流器對(duì)交流網(wǎng)側(cè)的諧波干擾。該型脈沖變壓整流器采用純模擬電路實(shí)現(xiàn),不需要儲(chǔ)能裝置,可靠性高,若脈沖次數(shù)越多,則諧波抑制效果越好。

    相應(yīng)地,變壓器電磁設(shè)計(jì)難度越大,整流管個(gè)數(shù)越多,整個(gè)整流器結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,且變壓器一經(jīng)繞制,變比就是確定的,其直流輸出不具備調(diào)節(jié)功能,適用面窄,靈活性差,在需要進(jìn)行直流輸出電壓提升時(shí),需額外增加DC/DC變換單元。另外,發(fā)電機(jī)電壓波動(dòng)會(huì)直接傳遞到整流器后級(jí),疊加到直流輸出,影響電源系統(tǒng)整體性能。

    本文針對(duì)某AC-DC-AC型電力變換器的前級(jí)整流環(huán)節(jié),采用不控整流橋,針對(duì)將115V/400Hz輸入變換為270V直流電,經(jīng)逆變橋后帶載感應(yīng)發(fā)電機(jī)工作時(shí)對(duì)交流電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重諧波污染、功率因數(shù)較低的問(wèn)題,展開改進(jìn)方案研究,提出了一種新型高功率因數(shù)可控升壓整流器,并結(jié)合整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真。

    通過(guò)對(duì)比不控整流橋,從仿真層面驗(yàn)證了采用改型可控升壓整流器對(duì)交流網(wǎng)側(cè)諧波干擾較小,功率因數(shù)高,具有一定的通用性等方面的優(yōu)越性。

    一種新型航空用高功率因數(shù)可控升壓整流器

    圖1 可控升壓整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

    一種新型航空用高功率因數(shù)可控升壓整流器

    圖7 可控升壓整流器仿真模型

    結(jié)論

    本文針對(duì)航空電力變換器采用不控整流橋帶來(lái)輸入側(cè)諧波污染的問(wèn)題,開展了改進(jìn)研究,提出了一種航空用高功率因數(shù)可控升壓整流器。在Matlab/ Simulink環(huán)境下對(duì)采用可控升壓整流器的AC-DC- AC型電力變換裝置帶載感應(yīng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)建模仿真,驗(yàn)證了在AC-DC-AC的整流環(huán)節(jié)采用可控整流器,相較于不控整流,網(wǎng)側(cè)電壓、電流諧波減小明顯,功率因數(shù)明顯提高,對(duì)未來(lái)多電飛機(jī)用航空整流器設(shè)計(jì)具有很好的指導(dǎo)意義。

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