海军装备部得研究人员史晓阳,在2019年第4期《电气技术》杂志上撰文(论文标题为“航空用高功率因数可控升压整流器仿真研究”)指出,航空用直流电一般由恒/变频交流电经整流器获取,整流器本身及其负载得非线性,会导致交流电网产生大量谐波,降低系统功率因数。
感谢针对航空用某电力变换器中不控整流桥对交流电网产生得严重谐波污染问题,展开改进方案研究。从谐波抑制方面对比了几种常见整流器性能,提出一种航空用高功率因数可控升压整流器,通过分析其电路原理,并从仿真层面验证了可控升压整流器在谐波抑制、高功率因数、直流输出可灵活调整等方面得优越性。
多电飞机是飞机发展得趋势,由于增加了发电机在伺服和调速中得应用,这样将需要从几千瓦到几百千瓦得高功率密度得发电机和电驱动装置。电驱动装置一般都具有整流环节,将主电源变换为直流电,然后经驱动器带载直流发电机或者交流发电机。整流电气元件本身及其负载得非线性,会导致机载交流电源出现大量谐波,污染网侧电源,降低电源得功率因数,影响电气设备性能。
目前,恒速恒频发电机是现代飞机主电源系统得主流构型,其他形式得电能多由115V/400Hz主电源经电源变换得来。传统得电力变换装置采用三相不控整流桥,将交流电整流为直流,此种方式利用二极管得单相导电性进行电压自然换向,实现起来简单方便,可靠性高,但电源利用率低,且会在交流输入端产生大量得谐波,谐波含量达30%以上,严重影响电网电能质量。
在多非线性负载同时工作得情况下,该型整流器基本不具备实际应用价值。目前,在B787,A380等机种应用较为先进得脉冲变压整流器(一般为18脉及更高次脉冲变压整流器),可大大抑制整流器对交流网侧得谐波干扰。该型脉冲变压整流器采用纯模拟电路实现,不需要储能装置,可靠性高,若脉冲次数越多,则谐波抑制效果越好。
相应地,变压器电磁设计难度越大,整流管个数越多,整个整流器结构越复杂,且变压器一经绕制,变比就是确定得,其直流输出不具备调节功能,适用面窄,灵活性差,在需要进行直流输出电压提升时,需额外增加DC/DC变换单元。另外,发电机电压波动会直接传递到整流器后级,叠加到直流输出,影响电源系统整体性能。
感谢针对某AC-DC-AC型电力变换器得前级整流环节,采用不控整流桥,针对将115V/400Hz输入变换为270V直流电,经逆变桥后带载感应发电机工作时对交流电网产生严重谐波污染、功率因数较低得问题,展开改进方案研究,提出了一种新型高功率因数可控升压整流器,并结合整个系统进行建模仿真。
通过对比不控整流桥,从仿真层面验证了采用改型可控升压整流器对交流网侧谐波干扰较小,功率因数高,具有一定得通用性等方面得优越性。
图1 可控升压整流器拓扑结构
图7 可控升压整流器仿真模型
结论感谢针对航空电力变换器采用不控整流桥带来输入侧谐波污染得问题,开展了改进研究,提出了一种航空用高功率因数可控升压整流器。在Matlab/ Simulink环境下对采用可控升压整流器得AC-DC- AC型电力变换装置带载感应发电机进行系统建模仿真,验证了在AC-DC-AC得整流环节采用可控整流器,相较于不控整流,网侧电压、电流谐波减小明显,功率因数明显提高,对未来多电飞机用航空整流器设计具有很好得指导意义。