从图3可以看出,单台PWM整流器仍然采用跟踪电压指令的SVPWM控制策略,而主从PWM整流器各自都有自己的电流内环,电压外环产生了指令除以n(n为并联的整流器数)来实现多台变流器的电流指令相等且匹配对直流侧电压的稳定控制。
3 双路电压型PWM整流器并联系统的仿真分析
本节在Matlab-Simulink仿真软件中通过仿真验证双路VSR并联系统共电压外环均流策略的均流效果。仿真模型包括两路PWM整流器,它们在直流侧并联。每个整流器有单独的三相桥前电感和直流侧电容。两路三相交流电压输出相电压互差30°电角度,有效值76V,频率400H z,交流侧环型电感电感0.8mH,直流侧电容1000μF,输出线路电阻R1=R2=0.01Ω,为了抑制输出电流的脉动,分别在两路输出端加入L1=L2=0.1mH的滤波电感,开关频率18kHz,带阻性负载6kW,主电路仿真模型见图4,图5为控制模块模型。
图6为未使用均流策略时并联系统交流侧相电压ea1、ea2及其对应相电流大电流电感ia1、ia2的稳态波形,其中ia1的峰值约是28A,此路的输出功率为4965W;ia2的峰值约是7.5A,由此可见一路重载运行,另一路轻载运行,系统处于不均流状态。图7为使用均流策略后的并联系统交流侧相电压ea1、ea2及其对应相电流ia1、ia2的稳态波形,两路相电流的峰值相同,均约为19A,即并联系统的两路输出功率相同,达到交流侧均流的目的。且从图中可以看出,每路交流侧的相电压和相电流的相位差都为零,即功率因功率电感数为1,实现了系统对高功率因数的要求。
本文仅给出了三相电源相电压为76V,频率为400Hz情况下的仿真均流效果。经过仿真发现,三相交流电源相电压有效值在35~110V,频率在200~660Hz之间时,采用共电压外环的主从均流策略,均可以实现组成整流并联系统中各整流器的精确均流。
4 双路整流器并联系统实验结果
本文提出的整流电源系统并联均流控制策略,在两台三相输入电压有效值为76V,频率为400Hz,直流侧输出电压为270V,输出功率1.5kW的整流器上进行了并联实验。系统主控制芯片采用TI公司生产的TMS320F2812DSP,电流指令的传输,采用DSP本身集成的CAN总线模块,主整流模块采用的是富士公司产的6模压电感器MBP50RA060,系统硬件电路如图8所示:
实验结果如下:
图10稳态直流电压Vdc波形
两路整流系统并联的均流效果如图9所示,在图9(a)中,使用了均流控制策略的主整流器交流侧a相电流的幅值约为9A,在图9(b)中,从整流器的交流侧电流的幅值也大约为9A。实验结果表明,使用共电压外环的均流策略,可以使每路整流系统平均分担系统功率,且均流效果良好。
并且从图9中,差模电感可以看出每路交流侧的相电压和相电流的相位差都为零,即功率因数为1,实现了系统对高功率因数的要求。图10为直流侧稳态电压波形,从图中可以看出,稳态直流电压一直稳定在270V附近,满足飞机供电系统系统性能指标的要求。
5 结论
采用270V高压直流体制是飞机供电系统的发展趋势。在大功率应用场合中,整流器电源系统的并联不仅可以扩大系统的容量,提高系统的可靠性,还可以有效地降低成本,对于飞机供电系统的模块化设计、提高系统的冗余度以及易维护性都有着重要的意义。
本文详细分析了输出270V直流电压的航空用三相电压型PWM整流器的控制策略,在此基础上,提出了共电压外环的主从均流方式,并在输出直流为270伏的双路三相电压型PWM整流并联系统的仿真和硬件实验中得到验证,仿真和实验结果均表明该整流器并联系统均流效果良好,每个模块可以均分负载系统的总功率,同时在这种均流方式下,当一个整流器出现故障停止运行时不会影响到整个并联系统的运行。如前面分析,本均流方法同样可推广到多路整流器并联运行的情况。
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