中心議題:

• 討論研製大容量航空地麵靜止變頻電源

解決方案:

• 確定電源技術總方案
• 對高性能控製器進行設計
• 實現出大容量功率變換電路

采用新型電力電子技術的航空地麵靜止變頻電源(以下簡稱靜變電源)
，與傳統的航空電源車相比
，具有同樣的性能、更小的體積、gengdidezaoyinshuipinghewanquanwupaifangdetedian
，keyouxiaojianshaodimianzonghebaozhangkongjianhehuanjingwuranwenti，jidaditigaolehangkongdimiandianyuanbaozhangdezhiliang

，jinruhangkonglingyubaozhangfeijigongdianheqidongyichengweibirandefazhanqushi。

近(jin)年(nian)來(lai)，國(guo)內(nei)的(de)一(yi)些(xie)企(qi)業(ye)相(xiang)繼(ji)開(kai)發(fa)出(chu)靜(jing)變(bian)電(dian)源(yuan)產(chan)品(pin)，但(dan)隨(sui)著(zhe)新(xin)型(xing)飛(fei)機(ji)和(he)機(ji)載(zai)電(dian)子(zi)任(ren)務(wu)係(xi)統(tong)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)地(di)投(tou)入(ru)使(shi)用(yong)，這(zhe)些(xie)產(chan)品(pin)在(zai)試(shi)用(yong)和(he)使(shi)用(yong)中(zhong)不(bu)同(tong)程(cheng)度(du)地(di)暴(bao)露(lu)出(chu)一(yi)些(xie)問(wen)題(ti)。例(li)如(ru)對(dui)大(da)容(rong)量(liang)電(dian)子(zi)任(ren)務(wu)係(xi)統(tong)負(fu)載(zai)的(de)適(shi)應(ying)性(xing)問(wen)題(ti)
，可(ke)靠(kao)性(xing)、weixiuxingwenti，jishuxianjinxinghezizhuzhishichanquanwentideng。muqianshangwuyizhongtongleichanpinanzhaojungongchanpinkeyanchengxudingxingliezhuangde，wufashiyingxinxingfeijiduidimianbaozhangzhiliangdeyaoqiu
，zheshijingbiandianyuanzaiguofangjianshezhongdetuiguangyingyongshoudaozhiyue。

根據部隊使用需要和產品現存問題，我們按照軍工產品科研程序進行係列靜變電源產品的研製，容量範圍60～180kVA。通過研製
，重點解決總體方案
、gaoxingnengkongzhiqihedaronglianggonglvbianhuanshixiandengwenti，xingchengzizhuzhishichanquan，yangeanzhaojungongchanpinyaoqiudingxing，shijingbiandianyuanchengweifuhebuduishiyongyaoqiudehaozhuangbei。

1 技術方案的確定

電源總體方案根據國內外靜變電源的技術發展水平，采用成熟可靠、適應性強、技術先進、立足國內的原則確定。電源總體方案簡述如下。

主電路采用交一直一交結構
，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交流市電經橋式整流、平波電抗器、電dian解jie電dian容rong濾lv波bo後hou變bian為wei平ping穩wen直zhi流liu。橋qiao式shi整zheng流liu電dian路lu為wei半ban控kong結jie構gou，啟qi動dong過guo程cheng中zhong，調tiao節jie晶jing閘zha管guan的de觸chu發fa角jiao
，可ke以yi控kong製zhi直zhi流liu電dian壓ya由you低di到dao高gao逐zhu漸jian變bian化hua
，減jian少shao衝chong擊ji電dian流liu
，實shi現xian軟ruan啟qi動dong。120 kVA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12脈波整流。

直一交逆變部分采用單相全橋結構，是本電源的核心。逆變器選用IGBT作為開關器件。利用IGBT開關頻率較高的優點
，采用正弦脈寬調製方式(sPWM) 對逆變器進行控製

，將平穩直流變換為脈寬調製輸出的交流，輸出SPWM波幅值恒定
，寬度按正弦規律變化
，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製波經LC濾波電路濾波後，得到純正的正弦波交流電。

SPWM波控製采用二重化方式
，即同一橋臂上下兩隻IGBT器件為互補通斷，對角器件不同時通斷，產生兩路控製信號的調製波相位相同
，但載波相位相差180°
，因此
，在相同開關頻率下，等效調製比增加一倍，可有效改善輸出波形。
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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zai變bian壓ya器qi副fu邊bian接jie成cheng星xing形xing，輸shu出chu所suo要yao求qiu的de三san相xiang交jiao流liu電dian與yu主zhu電dian路lu相xiang適shi應ying，本ben項xiang目mu電dian源yuan控kong製zhi器qi針zhen對dui單dan相xiang電dian源yuan設she計ji，電dian壓ya波bo形xing控kong製zhi采cai用yong帶dai濾lv波bo電dian感gan電dian流liu內nei環huan的de電dian壓ya瞬shun時shi值zhi反fan饋kui控kong製zhi方fang案an，電dian壓ya有you效xiao值zhi控kong製zhi采cai用yongPI調節器方案，控製係統具有3套獨立的調節器分別控製三相電壓，從而提高帶不平衡負載的能力。為提高電源輸出控製的快速性、抗幹擾能力和可靠性，波形控製采用模擬電路實現，有效值控製和電源監控采用智能數字電路實現。數字電路以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、工作狀態、故障狀態和單元模塊的狀態進行智能監測，監測信息和監控參數通過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控。

2 高性能控製器設計

飛機供電電源遠比普通電源要求高
，按照國家軍用標準要求，除常規參數外，還要對波形質量、電壓調製、動態特性等進行嚴格考核。新型機載電子任務係統功率大、負載特性通常為非線形的使用特點
，更增加了保證良好供電指標的難度。上述問題的解決完全取決於電源控製器的性能。

逆變電源波形的控製方法有多種，比如諧波補償控製
、無差拍控製
、重複控製、瞬shun時shi值zhi反fan饋kui控kong製zhi等deng。和he其qi他ta控kong製zhi方fang法fa相xiang比bi，瞬shun時shi值zhi反fan饋kui控kong製zhi具ju有you控kong製zhi思si想xiang簡jian單dan明ming了le，控kong製zhi結jie構gou簡jian單dan

，容rong易yi實shi現xian
，魯lu棒bang性xing強qiang，控kong製zhi效xiao果guo好hao等deng獨du特te的de優you點dian，是shi近jin年nian來lai逆ni變bian電dian源yuan控kong製zhi方fang法fa研yan究jiu的de熱re點dian。現xian有you的de瞬shun時shi值zhi反fan饋kui控kong製zhi方fang法fa有you3種，即單一的電壓瞬時值控製、帶濾波電感電流內環的電壓瞬時值反饋控製、帶(dai)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)電(dian)流(liu)內(nei)環(huan)的(de)電(dian)壓(ya)瞬(shun)時(shi)值(zhi)反(fan)饋(kui)控(kong)製(zhi)。單(dan)一(yi)的(de)電(dian)壓(ya)瞬(shun)時(shi)值(zhi)反(fan)饋(kui)控(kong)製(zhi)雖(sui)然(ran)結(jie)構(gou)簡(jian)單(dan)
，但(dan)空(kong)載(zai)時(shi)係(xi)統(tong)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)差(cha)。帶(dai)濾(lv)波(bo)電(dian)感(gan)電(dian)流(liu)內(nei)環(huan)的(de)電(dian)壓(ya)瞬(shun)時(shi)值(zhi)反(fan)饋(kui)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)由(you)於(yu)存(cun)在(zai)濾(lv)波(bo)電(dian)感(gan)電(dian)流(liu)內(nei)環(huan)，使(shi)係(xi)統(tong)具(ju)有(you)自(zi)動(dong)截(jie)流(liu)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)，但(dan)負(fu)載(zai)變(bian)化(hua)時(shi)係(xi)統(tong)的(de)動(dong)態(tai)響(xiang)應(ying)特(te)性(xing)較(jiao)差(cha)。帶(dai)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)電(dian)流(liu)內(nei)環(huan)的(de)電(dian)壓(ya)瞬(shun)時(shi)值(zhi)反(fan)饋(kui)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)使(shi)係(xi)統(tong)的(de)動(dong)態(tai)響(xiang)應(ying)特(te)性(xing)大(da)大(da)提(ti)高(gao)
，但(dan)係(xi)統(tong)沒(mei)有(you)自(zi)動(dong)截(jie)流(liu)保(bao)護(hu)的(de)功(gong)能(neng)

本項目在設計逆變電源的控製器時，采用一種帶有輸出電壓有效值控製及負載電流前饋控製的雙環反饋控製方案，對輸出電壓的幅值、頻率、波形進行精確控製。

電壓有效值環是外環，它檢測輸出電壓有效值，通過PI調節器，對輸出電壓的有效值進行控製，使輸出電壓與設定電壓一致。

boxinghuanweiyudianyayouxiaozhihuanzhinei，yonglaiduishuchudianyadeboxingjinxingshishikongzhi，quebaoshuchudianyagenzongzhengxianbocankaodianya。boxinghuancaiyongdaifuzaidianliuqiankuikongzhidedianliukongzhihuan。tatongshijiancelvbodiangandianliuhefuzaidianliu，kongzhilvbodiangandianliushishidigenzongdiangandianliuzhiling，shidiangandianliubeixianzhizaixianfuzhisuoduiyingdedianliuzhinei
，yinci，lvbodiangandianliuneihuanshixitongjuyouzidongdejieliubaohugongneng，tigaodianyuandikangchongjifuzaidenengli。tongshi，fuzaidianliuqiankuideyinru，keshixitongduifuzaidebianhuayoujishidetiaojienengli，shixitongdedongtaixiangyingtexingdadatigao

對dui於yu有you輸shu出chu變bian壓ya器qi的de係xi統tong
，電dian流liu控kong製zhi內nei環huan將jiang變bian為wei變bian壓ya器qi原yuan邊bian電dian流liu控kong製zhi環huan，此ci時shi電dian流liu反fan饋kui量liang將jiang是shi變bian壓ya器qi的de原yuan邊bian電dian流liu
，快kuai速su的de電dian流liu內nei環huan使shi變bian壓ya器qi的de原yuan邊bian電dian流liu受shou到dao實shi時shi控kong製zhi，有you利li於yu防fang止zhi變bian壓ya器qi的de偏pian磁ci飽bao和he。電dian感gan電dian流liu內nei環huan的de采cai用yong還hai使shi單dan元yuan間jian並bing聯lian時shi的de均jun流liu控kong製zhi容rong易yi實shi現xian。
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3 大容量功率變換電路的實現

本項目電源為適應新型電子任務係統供電需要
，最大規格容量180 kVA
，額定輸出電流520A
，過載電流696A。若采用單組橋式變換，逆變橋峰值電流過載狀態下為574 A，IGBT的電流至少應在600A以上。目前，市場上可方便購買的器件大多在600A以下，超過600A的器件即使能買到，不僅價格昂貴
，而且周期和渠道均無法保證
，將給後期生產、服務造成很大問題。因此

，現實的方法是立足通用器件提供解決方案。

采用小電流器件實現大容量裝置的功率變換
，有兩種方案。一是采用IGBT並聯，在目前技術條件下，IGBT並聯，不論是並聯技術本身，還是並聯後裝置的可靠性、可維修性等，都存在很多問題。二是采用IGBT單模塊組成較小功率的變換器單元，通過單元的串聯或並聯擴大容量，實現大功率變換。該方案IGBT的(de)規(gui)格(ge)和(he)數(shu)量(liang)均(jun)與(yu)前(qian)者(zhe)相(xiang)同(tong)，但(dan)由(you)於(yu)變(bian)換(huan)器(qi)單(dan)元(yuan)功(gong)率(lv)較(jiao)小(xiao)
，技(ji)術(shu)和(he)工(gong)藝(yi)成(cheng)熟(shu)，可(ke)靠(kao)性(xing)高(gao)，單(dan)元(yuan)之(zhi)間(jian)可(ke)以(yi)互(hu)換(huan)。因(yin)此(ci)，在(zai)成(cheng)本(ben)差(cha)別(bie)不(bu)大(da)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，裝(zhuang)置(zhi)整(zheng)體(ti)的(de)工(gong)藝(yi)性(xing)
、可靠性和維修性均大大提高，成為目前．IGBT大容量裝置的首選。

裝置串聯或並聯需要解決的核心問題是控製，目前，串聯多采用移相多重化PWM技術，對多單元進行集中控製；並聯則采用各單元獨立控製，但必須有可靠的均流措施，技術難度比較大。

本(ben)項(xiang)目(mu)采(cai)用(yong)逆(ni)變(bian)電(dian)源(yuan)輸(shu)出(chu)直(zhi)接(jie)並(bing)聯(lian)的(de)擴(kuo)容(rong)技(ji)術(shu)。各(ge)功(gong)率(lv)單(dan)元(yuan)的(de)控(kong)製(zhi)器(qi)采(cai)用(yong)雙(shuang)環(huan)控(kong)製(zhi)，波(bo)形(xing)控(kong)製(zhi)內(nei)環(huan)采(cai)用(yong)帶(dai)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)前(qian)饋(kui)控(kong)製(zhi)的(de)電(dian)感(gan)電(dian)流(liu)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)，不(bu)但(dan)實(shi)現(xian)了(le)電(dian)源(yuan)輸(shu)出(chu)的(de)截(jie)流(liu)控(kong)製(zhi)
，而(er)且(qie)使(shi)單(dan)元(yuan)間(jian)並(bing)聯(lian)時(shi)的(de)均(jun)流(liu)控(kong)製(zhi)變(bian)得(de)容(rong)易(yi)。並(bing)聯(lian)均(jun)流(liu)控(kong)製(zhi)采(cai)用(yong)主(zhu)從(cong)式(shi)運(yun)行(xing)模(mo)式(shi)，一(yi)個(ge)單(dan)元(yuan)為(wei)主(zhu)，其(qi)餘(yu)單(dan)元(yuan)為(wei)從(cong)，主(zhu)單(dan)元(yuan)按(an)電(dian)壓(ya)模(mo)式(shi)運(yun)行(xing)，對(dui)裝(zhuang)置(zhi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)的(de)幅(fu)值(zhi)、頻率、相(xiang)位(wei)及(ji)波(bo)形(xing)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)，並(bing)產(chan)生(sheng)電(dian)感(gan)電(dian)流(liu)指(zhi)令(ling)。從(cong)單(dan)元(yuan)按(an)電(dian)流(liu)模(mo)式(shi)運(yun)行(xing)
，對(dui)係(xi)統(tong)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)不(bu)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)，隻(zhi)是(shi)完(wan)成(cheng)分(fen)擔(dan)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)的(de)任(ren)務(wu)。所(suo)有(you)從(cong)單(dan)元(yuan)的(de)給(gei)定(ding)均(jun)為(wei)主(zhu)單(dan)元(yuan)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)感(gan)電(dian)流(liu)指(zhi)令(ling)

，隻(zhi)要(yao)各(ge)單(dan)元(yuan)的(de)電(dian)感(gan)電(dian)流(liu)控(kong)製(zhi)內(nei)環(huan)增(zeng)益(yi)一(yi)致(zhi)，均(jun)流(liu)精(jing)度(du)就(jiu)可(ke)得(de)到(dao)保(bao)證(zheng)。從(cong)而(er)實(shi)現(xian)整(zheng)個(ge)裝(zhuang)置(zhi)的(de)大(da)容(rong)量(liang)功(gong)率(lv)變(bian)換(huan)。

采用功率單元並聯技術
，不但可使較小功率IGBTmokuaishuchujiaodadegonglv，erqieketigaobinglianshuchudedengxiaokaiguanpinlv，shixianduozhonghuakongzhi，gaishanshuchuxingneng，jiangdikaiguanqijiandesunhao。youyubingliandegonglvdanyuanwanquanxiangtong
，keyihuhuan

，yinci
，bianyubiaozhunhuashengchanheyunxingweihu。

4 產品研製和應用情況

按照軍工產品定型的程序，本項目研製出60kVA、90kVA、150kVA產品樣機各1台，先後在中航一集團601和611飛機設計研究所電氣試驗室通過了性能試驗，在空軍兩個場站與重點型號飛機進行了對接試驗和試用，運行狀況良好

5 結語

gaixiliedianyuanxingnengceshihebuduixianchangshiyongjieguojunbiaoming
，yangjiwanquanmanzuyanzhizongyaoqiuhezhanjizhibiao，keyigaozhiliangweikongjunxianyihezaiyangexingfeijitigongdimiangongdianbaozhang。xiliechanpinjubeizaibuduituiguangshiyongdetiaojian。