某型3KVA航空靜止變流器原理分析

白杰

【摘 要】本文簡要介紹了某型3KVA航空靜止變流器的基本工作原理。

【關(guān)鍵詞】變流器；原理

航空靜止變流器是航空電源系統(tǒng)的二次電源，其發(fā)展方向是高功率密度、高變換效率、高可靠性、高維修性和高電能質(zhì)量。常見的應(yīng)用是把一次電源的直流電網(wǎng)電壓28V變換成頻率為400Hz的115V交流電壓供給機(jī)載設(shè)備使用。目前，比較成熟并且常用的方案是采用兩級式結(jié)構(gòu)，即前級采用DC-DC變換器，后級采用DC-AC變換器。

1.航空靜止變流器原理簡介

現(xiàn)以3000VA的靜止變流器為例，對目前航空電源系統(tǒng)常用的靜止變流器的原理進(jìn)行介紹。靜止變流器的A、B、C三相的基本原理相同，由直流變換部分、逆變部分將DC28V轉(zhuǎn)換為115V/400Hz單相正弦交流電，再通過相控部分，將相序調(diào)整成標(biāo)準(zhǔn)的三相115V/400Hz交流電。每個(gè)單相的變流器主要由五大部分組成。

1.1直流變換單元

直流變換是將28V的直流低壓變換為185V的直流高壓。直流變換單元由緩沖電路，比例驅(qū)動(dòng)電路、單端反激功率變換電路組成。緩沖電路是一個(gè)晶體管互補(bǔ)電路，緩沖電路的基本工作原理是利用電感電流不能突變的特性抑制器件的電流上升率，利用電容電壓不能突變的特性抑制器件的電壓上升率；比較驅(qū)動(dòng)電路的激磁電流與晶體管的輸出電流成正比，這對于提高開關(guān)速度，降低功率晶體管的損耗極為有利。綜合電流反饋和檢測的綜合電壓反饋信號送至控制板進(jìn)行綜合處理后，再送至緩沖電路一串脈沖調(diào)制信號。無論輸入電壓在很大范圍內(nèi)變化或負(fù)載從空載到滿載的范圍內(nèi)變化，輸出的直流高壓的變化范圍均在很小的范圍內(nèi)變化，以保證直流高壓的穩(wěn)定性。

1.2逆變換單元

逆變換單元由逆變換電路和逆變換驅(qū)動(dòng)電路組成。逆變換主要由四只晶體管組成一個(gè)三態(tài)橋電路。其中兩只晶體管在高頻脈沖下工作，另外兩只晶體管工作在400H自動(dòng)方波開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)對應(yīng)的兩只晶體管導(dǎo)通時(shí)，形成波形的正半周期，另外兩只導(dǎo)通時(shí)，形成波形的負(fù)半周期。經(jīng)過L-C濾波，便得到符合要求的正弦波。逆變換每只晶體管均有一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，四個(gè)基本相同的驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成了逆變換的驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)信號來自控制板，當(dāng)控制信號為低電平時(shí)振蕩器產(chǎn)生高頻振蕩由變壓器傳輸，經(jīng)整流后獲得不一定的功率，最后經(jīng)互補(bǔ)輸出電路輸出到三態(tài)橋電路一串脈沖信號，該信號與控制板的輸出信號相位相差180°。

1.3內(nèi)部供電單元

DC 28V輸入電壓變換為不受輸入電壓控制的穩(wěn)定的DC 11V電壓，向內(nèi)部電源的逆變電路供電，經(jīng)變壓器推挽振蕩，在變壓器的副邊輸出5組各±7.4V的電源，分別送到變流器的各個(gè)用電部分。

變流器的內(nèi)部供電是由集成電路組成一個(gè)振蕩器，與晶體管共同構(gòu)成一個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓電源，經(jīng)功率管獲得一定的功率后，輸出穩(wěn)定的約11V的電壓。該電壓供給推挽振蕩器，在變壓器的副邊得到五組電壓，并經(jīng)整流后得到五組±7.4V的直流電壓，分別向變流器各部分電路供電。由于系統(tǒng)的反饋?zhàn)饔茫?1V的電壓幾乎不隨電源電壓而變化，但能根據(jù)負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)整電壓值，以滿足整機(jī)在各種運(yùn)行狀態(tài)下的需要。調(diào)整電位器電路中的電位器可以調(diào)節(jié)11V電壓值，從而可調(diào)節(jié)直流變換的輸出電壓值。同時(shí)變流器的交流輸出電壓也會發(fā)生改變。

1.4故障信息處理單元

故障信息處理單元就是將故障信號輸出處理的單元。故障處理單元是由故障判別電路和故障輸出電路組成。當(dāng)變流器的輸出電壓正常時(shí)，內(nèi)部變壓器傳輸?shù)碾妷嚎梢跃S持故障判別電路的晶體管導(dǎo)通，故障信號是否顯示是由故障輸出電路的晶體管是否導(dǎo)通來決定的。當(dāng)故障判別電路的晶體管導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)致故障信號輸出晶體管截止，故障顯示電路處于開路狀態(tài)而不顯示。當(dāng)輸出電壓異常時(shí)（如無輸出），故障判別晶體管因基極無信號而截止，故障顯示電路晶體管導(dǎo)通，故障指示燈有電流流過，故障指示。

1.5控制單元

控制單元是單相變流器的控制中心，進(jìn)行直流變換的脈寬調(diào)制，逆變換脈調(diào)制，整機(jī)的保護(hù)以及反饋信號的綜合處理控制單元分為控制直流變換部分和控制逆變換部分。它們有兩大功能，即脈沖調(diào)制和保護(hù)功能。直流變換部分的保護(hù)功能有：輸入電壓的欠壓、過壓保護(hù)，直流變換功率管過熱保護(hù)，保護(hù)方式是以停止直流變換來實(shí)現(xiàn)的。逆變換部分具有的保護(hù)功能為：輸出頻率過高、過低保護(hù)、輸出電壓過高保護(hù)，其保護(hù)的方式是以停止逆變換的方式實(shí)現(xiàn)的。其脈沖調(diào)制均利用電流控制二態(tài)調(diào)制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。最后經(jīng)接口電路輸出一串受控制的有序的高頻調(diào)制脈沖分別送至直流變換和逆變換的驅(qū)動(dòng)電路。

2.結(jié)束語

隨著飛機(jī)性能的提高和用電設(shè)備的不斷增加航空靜止變流器的應(yīng)用越來越廣泛。應(yīng)用的廣泛性，為航空靜止變流器技術(shù)的迅猛發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。目前研制的航空靜止變流已經(jīng)是由高頻隔離變換器和逆變器組成，逆變器采用級聯(lián)技術(shù)，由4臺逆變橋的輸出級聯(lián)得到系統(tǒng)輸出，對應(yīng)由4臺高頻直流變換器提供4臺逆變橋所需的隔離直流電源。這種新型的航空靜止變流器采用分布式電能變換方法，用一種較簡單的積木式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了電壓的轉(zhuǎn)換。目前這種具有高性能、高效率、輕量化、小型化及電氣性能好等特點(diǎn)的靜止變流器作為常用的二次能源。具有廣闊的應(yīng)用前景。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉大剛.500VA航空靜止變流器的研制.南京航空航天大學(xué).

[2]沈萍.航空靜止變流器DC/DC級的研究.南京航空航天大學(xué).