三相115/200V400Hz交流直線供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

孫國(guó)文，趙徐成，季嘉偉

（空軍勤務(wù)學(xué)院航空四站系，江蘇徐州,221000）

三相115/200V400Hz交流直線供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

孫國(guó)文，趙徐成，季嘉偉

（空軍勤務(wù)學(xué)院航空四站系，江蘇徐州,221000）

本文介紹了三相115/200V400Hz交流直線供電系統(tǒng)的整流部分和逆變部分，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的電路，仿真了直線供電系統(tǒng)，得出系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理的結(jié)論。

直線供電系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；仿真

0 引言

飛機(jī)在起飛前需要外部電源保障，航空地面電源車是傳統(tǒng)的飛機(jī)外部電源保障方式。不過隨著機(jī)場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)完善，電力技術(shù)的發(fā)展，飛機(jī)外部電源保障的發(fā)展趨勢(shì)將逐漸變?yōu)橐灾本€供電系統(tǒng)保障為主，以航空地面電源車保障為輔。直線供電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：無污染，低成本，高效率。本文主要研究三相115/200V400Hz交流直線供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要分為兩個(gè)部分：市電整流系統(tǒng)部分和直流逆變系統(tǒng)部分。

1 整流系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

為了減少輸入諧波反饋回電網(wǎng)，減小對(duì)電網(wǎng)的污染，三相115/200 400V Hz交流直線供電系統(tǒng)整流部分采用移相30°串聯(lián)2重聯(lián)結(jié)電路，這是一個(gè)12脈波整流電路。

采用12脈波整流電路的原因如下。雖然在電力系統(tǒng)中，最常用的大功率整流電路為6脈波整流電路，但是將12脈波整流電路與6脈波整流電路進(jìn)行諧波分析比較后，可以看出12脈波整流電路的諧波大大減少。

圖1 移相30°構(gòu)成串聯(lián)2重聯(lián)結(jié)電路

圖1 是移相30°構(gòu)成串聯(lián)2重聯(lián)結(jié)電路的原理圖，利用變壓器的二次繞組接法不同（Y-Y型和Y-?型），讓角形繞組和星形繞組的電源相位錯(cuò)開了30°，變壓器二次側(cè)的兩個(gè)繞組的匝數(shù)比為1∶3，最終輸出側(cè)的整流電壓 ud在每個(gè)電源周期中脈動(dòng)12次，所以此電路稱作12脈波整流電路。

你輸入側(cè)電流諧波次數(shù)是12k±1，并且它的幅值與次數(shù)成反比而逐漸降低。任何時(shí)刻兩個(gè)三相橋同時(shí)對(duì)負(fù)載供電，每個(gè)三相橋同時(shí)對(duì)負(fù)載供電，每個(gè)三相橋輸出1/2的負(fù)載電流。整流橋的輸出電壓的交流脈動(dòng)頻率是輸入電壓交流脈動(dòng)頻率的12倍。

12脈波整流電路還通過啟動(dòng)時(shí)逐漸增大可控硅導(dǎo)通角達(dá)到軟啟動(dòng)效果。這樣，低通濾波電容引起的沖擊電流被限制在靜態(tài)電源的額定電流以下。在正常工作時(shí)，可控硅完全打開，像普通不可控整流橋一樣工作。

2 逆變系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

逆變系統(tǒng)采用組合式三相逆變電路，如圖2所示。此電路是由3個(gè)相互獨(dú)立的單相全橋逆變電路組合而成，能夠輸出三相交流電源。每一相的控制電路是相互獨(dú)立的，PWM的脈沖寬度都可以獨(dú)立調(diào)節(jié)。所以，即使某一項(xiàng)的負(fù)載突然增加或減小，只有該相的調(diào)制比變化，并不會(huì)影響另外兩相，三相輸出電壓能一直保持相對(duì)平衡的狀態(tài)。滿足GJB572A-2006對(duì)飛機(jī)外部電源對(duì)三相交流電壓平衡性的要求，故該電路作為三相115/200 400V Hz交流直線供電系統(tǒng)中直流逆變系統(tǒng)的電路。

逆變器對(duì)每個(gè)輸出相進(jìn)行單獨(dú)電壓調(diào)節(jié)，這樣保證即使很大的不平衡負(fù)載和長(zhǎng)電纜情況下也能在飛機(jī)插頭處提供精確的400Hz電壓。同時(shí)為單相較大負(fù)載的供電提供了保證。

3 三相115/200V400Hz交流直線供電系統(tǒng)仿真

仿真時(shí)間為0.5s；仿真方式為連續(xù)；變壓器一次繞組和兩個(gè)二次繞組之比為19∶3∶3 3；12脈波整流輸出直流濾波電感為10mH；12脈波整流輸出直流濾波電容為(2e?2)F；12脈波整流輸出直流濾波電阻為1?。

圖2 組合式三相逆變電路

圖3 系統(tǒng)輸出交流電壓波形

圖3 是三相115V交流直線供電系統(tǒng)逆變系統(tǒng)輸出的交流電壓波形，從圖中可以看出波形的頻率為400Hz，電壓幅值為115V，符合飛機(jī)外部電源關(guān)于三相115/200V400Hz交流要求。

4 結(jié)論

本文介紹了飛機(jī)外部電源所需要的三相115/200V400Hz交流直線供電系統(tǒng)，對(duì)整流部分和逆變部分進(jìn)行了分析，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，從結(jié)果看出此系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，能夠滿足飛機(jī)外部電源需求。

[1]溫志開.大容量400Hz中頻航空地面電源的研究[D].成都：西南交通大學(xué),2010.

[2]陳鵬,李曉帆,宮力，等.一種帶輔助電路的12脈波整流電路[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016，23:163-166.

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[4]郭訓(xùn)華，邵世煌. Simulink建模與仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程，2005，22.

Design and Simulation of three-phase 115/200V400Hz AC linear power supply system

Sun Guowen,Zhao Xucheng,Ji Jiawei
(Air force Services College air station four,Xuzhou Jiangsu,221000)

This paper introduces the rectifier part and inverter part of three-phase 115/200V400Hz AC linear power supply system, designs the circuit of the system, simulates the linear power supply system, and draws the reasonable conclusion of the system design

Linear power supply system; Design; Simulation