高效率两级式航空静止变流器的研究

发布时间：2017-08-22 18:25

  本文关键词：高效率两级式航空静止变流器的研究

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【摘要】：航空静止变流器(Aeronautical Static Inverter ASI)作为机载电源的重要组成部分,将发电机或者蓄电池的电能转换成恒压恒频的交流电,给飞机上的设备提供高质量的电能。随着飞机用电设备对供电电源的要求越来越高,航空静止变流器向着高效率高功率密度的方向发展。本文以两级式航空静止变流器为研究对象,就如何提高前级变换器的效率、减小后级逆变器的体积重量以及降低短路损耗等问题进行分析研究。航空静止变流器前级实现升压和电气隔离的作用。反激变换器由于其电路结构简洁,控制方法简单,同时能够实现升压和电气隔离而在中小功率场合中被广泛采用。传统的反激变换器受占空比的限制其升压能力有限,本文采用一种倍压输出反激变换器,能够以较小的匝比实现较高的电压增益。提出了一种新的反激变压器漏感能量吸收电路,该吸收电路能将变压器漏感能量回收并直接释放到输出侧供给负载,有效地抑制了电压尖峰、提高了变换器的效率。吸收电路采用电压滞环控制,工作频率由漏感能量决定,当主电路的功率降低时吸收电路的工作频率也会随之降低,变换器轻载效率高。航空静止变流器后级采用基于载波移相SPWM(CPS-SPWM)控制的双Buck全桥逆变器(DBFBI),滤波电感的等效工作频率为开关频率的两倍,减小了滤波电感的体积重量。通过损耗计算研究开关频率对逆变器损耗的影响,并分析了提高后级开关频率减小滤波电感的可行性。相关标准要求航空静止变流器在短路状态下能够输出三倍额定电流,并至少持续5s。短路时功率器件开关损耗大,易造成逆变器的损坏。论文进行了短路损耗的分析,研究了短路状态下通过降低母线电压来减小短路损耗的方案,对短路时母线电压的选择给出了详细的分析,进行了实验和仿真的验证。研制了一台1KVA两级式航空静止变流器,实验验证了理论分析的正确性。
【关键词】：航空静止变流器 倍压输出反激变换器 双Buck全桥逆变器 漏感吸收电路 变压器优化 逆变器短路
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V242;TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 引言13
• 1.2 两级式航空静止变流器的功用和现状13-14
• 1.3 国内外研究现状及技术方案14-18
• 1.3.1 前级DC/DC变换器拓扑方案14-15
• 1.3.2 后级DC/AC变换器研究现状15-18
• 1.4 本课题的主要研究内容及意义18-19
• 第二章 倍压输出反激变换器19-30
• 2.1 引言19
• 2.2 倍压输出反激变换器的工作原理19-21
• 2.3 反激变换器漏感问题及其解决方法21-22
• 2.3.1 无源钳位电路21
• 2.3.2 有源钳位电路21-22
• 2.4 一种新型漏感能量回收电路22-24
• 2.5 反激变压器的优化设计24-29
• 2.5.1 平面变压器24-25
• 2.5.2 平面变压器的绕组排布25-27
• 2.5.3 变压器气隙对绕组损耗的影响27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 载波移相SPWM控制的双Buck全桥逆变器30-49
• 3.1 引言30
• 3.2 载波移相SPWM控制双Buck全桥逆变的工作原理30-34
• 3.2.1 工作原理分析30-33
• 3.2.2 滤波电感的选取33-34
• 3.3 逆变器开关频率的提高及其带来问题的分析34-38
• 3.3.1 开关频率和滤波电感的关系34-35
• 3.3.2 逆变器功率器件的损耗计算35-37
• 3.3.3 开关频率的提高对逆变器功率器件损耗的影响37-38
• 3.4 逆变器短路分析38-48
• 3.4.1 三倍额定负载电流短路损耗分析38-40
• 3.4.2 输入电压对逆变器短路损耗的影响40-43
• 3.4.3 逆变器短路时母线电压的选择43-44
• 3.4.4 降低母线电压的方案44-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 1KVA航空静止变流器的研制49-65
• 4.1 引言49
• 4.2 倍压输出反激变换器的参数设计49-53
• 4.2.1 主电路设计49-50
• 4.2.2 漏感能量回收电路设计50-53
• 4.3 载波移相SPWM控制的双Buck全桥逆变器设计53-58
• 4.3.1 主电路设计53-56
• 4.3.2 控制电路设计56-58
• 4.4 实验验证58-64
• 4.4.1 前级倍压输出反激变换器实验结果和分析58-60
• 4.4.2 后级逆变器实验结果与分析60-63
• 4.4.3 级联系统实验波形与分析63-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第五章 总结与展望65-66
• 5.1 本文工作总结65
• 5.2 工作展望65-66
• 参考文献66-69
• 致谢69-70
• 在学期间发表的论文及研究成果70

【参考文献】

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本文编号：720701