航空中頻高功率因數(shù)整流器研究.pdf

1、航空三相整流器在飛機(jī)中頻交流電源系統(tǒng)中承擔(dān)著二次電源轉(zhuǎn)換的重要作用，是實(shí)現(xiàn)將航空交流電網(wǎng)的交流電能轉(zhuǎn)換為直流電的關(guān)鍵設(shè)備。其中三相 PWM(Pulse Width Modulation，PWM)整流器采用全控器件并通過控制器件的通/斷，一方面可對(duì)輸出直流電壓進(jìn)行閉環(huán)控制，另一方面可實(shí)現(xiàn)輸入交流側(cè)的功率因數(shù)校正，減少對(duì)航空交流電網(wǎng)的諧波污染，代表了未來高性能航空交直流變換器的發(fā)展方向。本文以基于單周期控制的三相三電平六開關(guān)VIENNA整流

2、器作為研究對(duì)象，重點(diǎn)對(duì)其系統(tǒng)特性、控制策略等方面開展研究。為了提高航空整流器系統(tǒng)可維修性，本文對(duì)整流器的功率器件故障診斷技術(shù)也進(jìn)行了探索。
　　論文首先介紹了航空三相整流器的技術(shù)特征以及主要技術(shù)方案。對(duì)三相三電平VIENNA整流器及其主要控制方案進(jìn)行了概述，并指出了基于單周期控制的三相三電平VIENNA整流器的研究熱點(diǎn)及最新進(jìn)展，最后介紹了現(xiàn)階段電力電子電路故障診斷技術(shù)研究現(xiàn)狀。
　　論文研究了提高基于單周期控制策略的三相

3、VIENNA整流器直流母線電壓利用率的調(diào)制方法。分析了VIENNA整流器傳統(tǒng)單周期調(diào)制方式下的整流器輸入輸出特性，指出傳統(tǒng)單周期控制下的整流器輸出直流電壓需要大于輸入交流電源相電壓峰值兩倍，以避免變換器輸入電流畸變。提出將三次諧波電流注入調(diào)制方案引入到傳統(tǒng)單周期控制策略中，對(duì)傳統(tǒng)單周期控制方案中調(diào)制波進(jìn)行變革以提高直流電壓利用率。詳細(xì)討論了三次諧波電流提取方法，同時(shí)對(duì)變革調(diào)制波后的整流器輸入輸出特性進(jìn)行了分析。最后結(jié)合系統(tǒng)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

4、了理論分析的正確性，并證實(shí)了上述改進(jìn)調(diào)制方案對(duì)于提高單周期控制的VIENNA整流器直流母線電壓利用率的有效性。
　　論文對(duì)基于單周期控制的三相VIENNA整流器中點(diǎn)電位波動(dòng)機(jī)理進(jìn)行了研究。推導(dǎo)了當(dāng)采用載波調(diào)制方案時(shí)，為實(shí)現(xiàn)完全消除中點(diǎn)電位交流波動(dòng)，整流器橋臂開關(guān)函數(shù)中理想零序分量的數(shù)學(xué)解析式。分析了三次諧波電流注入調(diào)制方案對(duì)于整流器輸出中點(diǎn)電位波動(dòng)的影響?？紤]到由于器件特性不一致以及輸出接不平衡直流負(fù)載所導(dǎo)致的整流器輸出中點(diǎn)電位出

5、現(xiàn)直流偏差，提出在單周期控制系統(tǒng)中引入均壓環(huán)路。建立了包含均壓環(huán)在內(nèi)的整流器小信號(hào)模型，給出了整流器主電路及控制電路參數(shù)設(shè)計(jì)方法，最后通過系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)證實(shí)了理論分析的正確性。
　　傳統(tǒng)單周期控制方案下的三相 VIENNA整流器在中頻中大功率場(chǎng)合下會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的輸入電流基波相位滯后問題，從而導(dǎo)致輸入功率因數(shù)明顯下降。論文在分析傳統(tǒng)單周期控制策略理論基礎(chǔ)上，提出了考慮輸入濾波電感壓降的改進(jìn)單周期控制方案——帶相位滯后補(bǔ)償?shù)膯沃芷诳?/p>

6、制策略。詳細(xì)推導(dǎo)了該改進(jìn)單周期控制策略的核心控制方程，給出了具體實(shí)現(xiàn)方法，同時(shí)進(jìn)一步分析了帶相位滯后補(bǔ)償?shù)膯沃芷诳刂撇呗詫?duì)于控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。所提出的單周期控制方案能根據(jù)變換器負(fù)載情況對(duì)控制系統(tǒng)中調(diào)制波相位進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，從而減小了因?yàn)V波電感壓降而引起的輸入電流基波相移量，大大提高了基于單周期控制的三相VIENNA整流器在中頻或中大功率場(chǎng)合下的輸入功率因數(shù)，最后通過系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)充分證實(shí)了理論分析的正確性與所提出控制方案的有效性。

7、r>　　論文分析了三相VIENNA整流器在三相交流輸入存在不平衡時(shí)的工作機(jī)理，揭示了輸入不平衡將導(dǎo)致基于傳統(tǒng)單周期控制的三相 VIENNA整流器直流輸出側(cè)產(chǎn)生兩倍輸入電源頻率的脈動(dòng)，同時(shí)輸入電流產(chǎn)生較大幅值的3次諧波分量，從而使得整流器輸入電流產(chǎn)生明顯畸變。針對(duì)該問題，論文提出在單周期控制策略的主電壓環(huán)路中引入諧振控制器，并利用諧振控制器將不平衡所引起的控制環(huán)路中所存在的兩倍輸入電源頻率的脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行有效抑制，從而明顯減小輸入不平衡對(duì)于

8、整流器輸入電流的影響；分析研究了諧振控制器的設(shè)計(jì)方法并討論了諧振控制器的引入對(duì)于整流器系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。最后通過系統(tǒng)仿真和實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證了理論分析的正確性。
　　論文最后針對(duì)三相六開關(guān)VIENNA整流器功率管故障診斷技術(shù)進(jìn)行了初步研究。分析了整流器單個(gè)和多個(gè)功率管發(fā)生開路和短路故障時(shí)對(duì)電路工作特性的影響，同時(shí)以整流器一相橋臂為例，分析了整流器可能存在的各種故障模式以及功率管對(duì)于整流器的危害等級(jí)。在此基礎(chǔ)上，提出了整流器功率管故障離線