專利名稱：一種用于400Hz中頻電源的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，特別涉及一種用于400Hz中頻電源的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器。
背景技術(shù)：
隨著航空技術(shù)的全面發(fā)展，先進(jìn)飛機(jī)正朝著多電、全電方向發(fā)展，機(jī)載電子用電設(shè)備迅速增加。為了滿足飛機(jī)內(nèi)部用電設(shè)備的地面檢查、維護(hù)和發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)需求，需要機(jī)場向飛機(jī)提供400Hz三相交流電源。初期使用的帶有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的交流電源車笨重、噪聲大，且供電特性往往滿足不了要求；隨后研制出的以航空靜止變流器為核心技術(shù)的交流電源車改善了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電源車的缺點(diǎn)，體積變小，噪音降低，具有完全無排放的優(yōu)點(diǎn)。這種電源車供電方式雖然有靈活機(jī)動(dòng)的特點(diǎn)，但是需要大量的人員用于對車輛的日常維護(hù)和現(xiàn)場運(yùn)行管理，而且運(yùn)行成本較高。為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代機(jī)場綜合地面保障能力，必須提供快速可靠的供油、供電保障。在該要求下，直線加電系統(tǒng)日益得到人們的重視。直線加電系統(tǒng)終端一般接設(shè)在機(jī)位附近，能夠使飛機(jī)隨時(shí)獲得必要的電力供給而無需其他人員的保障，從而大大提高了保障能力，減輕了機(jī)務(wù)人員的工作強(qiáng)度，而且其運(yùn)行費(fèi)用很低。直線加電系統(tǒng)主要由工頻配電系統(tǒng)、中頻機(jī)組、中頻配電系統(tǒng)以及若干加電井組成。工頻配電系統(tǒng)就是常規(guī)的380V/50HZ電源系統(tǒng)，直線加電所需的低壓工頻可由附近設(shè)施直接獲得，或者經(jīng)本站變壓器直接降壓獲得，其設(shè)計(jì)原則與一般的配電系統(tǒng)相同。中頻機(jī)組是直線加電系統(tǒng)的核心，它將工頻380V/50HZ電源經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)化，變成中115V/400HZ標(biāo)準(zhǔn)機(jī)用電源。中頻配電系統(tǒng)的作用是把中頻電源根據(jù)需要分配到各加電井，系統(tǒng)中包含了大量長距離的配電電纜。加電井的位置在飛機(jī)加電口附近，一機(jī)一井，電纜直接放在井內(nèi)。由于電源頻率較高，電纜上的壓降較明顯，電纜末端電壓容易超出指標(biāo)要求范圍，從而導(dǎo)致飛機(jī)負(fù)載無法正常工作。特別是在飛機(jī)處于突加、突卸工況時(shí)，中頻機(jī)組公共連接點(diǎn)處的瞬態(tài)電壓相應(yīng)出現(xiàn)較大幅度的下降、上升，從而影響其他飛機(jī)負(fù)載的正常工作。為了解決上述問題，可以選用專用的中頻電纜，以減小電纜的單位長度阻抗，從而避免負(fù)載電壓的大幅度波動(dòng)；也可以使中頻機(jī)組輸出較高幅值的電壓，減少線纜損耗，再從負(fù)荷側(cè)通過變壓器降壓獲得飛機(jī)負(fù)載需要的合格電源。這兩種解決方法不能徹底解決電纜壓降問題，只能在一定程度上進(jìn)行緩解。另外，也可以通過在負(fù)載側(cè)加裝一個(gè)UPS來實(shí)現(xiàn)供電冗余，如果供電電壓超出飛機(jī)負(fù)載用電指標(biāo)，就切斷輸入電壓，轉(zhuǎn)由UPS供電。這種方案可以完全消除電纜壓降的影響，但此時(shí)UPS是一種全功率變換器，成本較高。采取電纜壓降補(bǔ)償是一種常用的方法，通過辨認(rèn)電纜參數(shù)、檢測瞬態(tài)負(fù)載大小和性質(zhì)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)50Hz/400Hz變換器的參考電壓的方式來滿足負(fù)載供電要求。這種方式需要進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算，工程實(shí)用困難，且不適應(yīng)一臺(tái)電源向多架飛機(jī)供電的需求。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(簡稱DVR)是一種串聯(lián)在電源與敏感負(fù)載之間的電能質(zhì)量控制裝置。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器能夠在電網(wǎng)電壓發(fā)生突變時(shí)快速輸出補(bǔ)償電壓，將敏感負(fù)載側(cè)電壓恢復(fù)到正常電壓值，是目前解決電壓暫降問題最經(jīng)濟(jì)有效的一種電力電子裝置。但是，目前對DVR的研究和應(yīng)用主要集中在50Hz電力系統(tǒng)，還沒有應(yīng)用到400Hz系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型提出了一種用于400Hz中頻電源的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，其特征在于包括18脈沖整流器、DVR逆變電路、串聯(lián)變壓器以及DVR檢測與控制電路，DVR逆變電路包括三個(gè)并聯(lián)的單相全橋電路，所述三個(gè)單相全橋電路結(jié)構(gòu)相同，分別對應(yīng)A、B、C三相，即A相全橋電路、B相全橋電路、C相全橋電路，單相全橋電路包括直流側(cè)電容、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管，第一開關(guān)管的源極連接第二開關(guān)管的漏極形成第一橋臂，第三開關(guān)管的源極連接第四開關(guān)管的漏極形成第二橋臂，18脈沖整流器輸出的直流輸入到直流側(cè)電容，直流側(cè)電容的一端連接第一開關(guān)管的漏極和第三開關(guān)管的漏極，直流側(cè)電容的另一端連接第二開關(guān)管的源極和第四開關(guān)管的源極，單相全橋電路的第一橋臂和第二橋臂的中點(diǎn)連接到逆變單元低通濾波器；逆變單元低通濾波器的輸出與串聯(lián)變壓器原邊相連，串聯(lián)變壓器串聯(lián)接入三相主電路中的一相。所述單相全橋電路采取6管合一 IGBT模塊FS75R06KE3，該模塊第一個(gè)橋臂作為直流電壓保護(hù)，第二、三個(gè)橋臂作為DVR逆變電路的單相全橋電路。所述逆變單元低通濾波器采用LC 二階低通濾波器。本實(shí)用新型專門針對400Hz中頻電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)，相比全功率的UPS，本實(shí)用新型只需要補(bǔ)償系統(tǒng)電壓中的電纜壓降，無需承擔(dān)負(fù)荷所需的全部電壓，DVR的容量可以比較小，通常為負(fù)荷容量的1/5至1/3，因此造價(jià)可大幅下降。另外，相比其他復(fù)雜的實(shí)現(xiàn)方法，DVR在工程上實(shí)現(xiàn)也比較簡單。

圖1是本實(shí)用新型用于400Hz中頻電源的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器結(jié)構(gòu)框圖圖2是本實(shí)用新型隔離降壓變壓器繞組示意圖圖3是本實(shí)用新型18脈沖整流器電路圖圖4是本實(shí)用新型自耦變壓器電壓矢量圖圖5是本實(shí)用新型DVR逆變電路的A相全橋電路的示意圖圖6是本實(shí)用新型單相全橋電路的具體實(shí)現(xiàn)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型用于400Hz中頻電源的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器做進(jìn)一步的描述。例。本實(shí)用新型用于400Hz中頻電源的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，400Hz中頻電源提供的400Hz三相三線交流電通過降壓變壓器后，變換為400Hz的三相四線交流電，然后通過虛框內(nèi)的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器調(diào)節(jié)補(bǔ)償后，輸出穩(wěn)定的400Hz的交流電到飛機(jī)負(fù)載。從圖1中可以看出，中頻供電負(fù)載主要由隔離降壓變壓器和400HzDVR組成。由于400Hz中頻電源是390V士 15% /400Hz三相三線交流電，負(fù)載需要電壓為115V/400Hz的三相四線交流電，因此需要采用隔離變壓器來實(shí)現(xiàn)降壓。同時(shí)因?yàn)?00HzDVR采用的是一個(gè)能量單向流動(dòng)的主電路拓?fù)?，它不能從?fù)載端吸收能量，即只能補(bǔ)償電壓暫降，不能補(bǔ)償電壓的暫升。因此，該變壓器的變比設(shè)置為390 100，“Δ_Υ”型，如圖2所示。當(dāng)輸入線電壓達(dá)到上限值即390V+15%時(shí)，副邊電壓為100V+15%= 115V，這樣對于DVR就不會(huì)出現(xiàn)電壓暫升的情況。400HzDVR包括18脈沖整流器、DVR逆變電路、串聯(lián)變壓器以及DVR檢測與控制電路。電網(wǎng)側(cè)整流器從降壓變壓器的副邊獲得能量，將100V士 15%/400Hz交流電整流得到直流電，供給后級DVR逆變電路使用。為了減少電網(wǎng)側(cè)整流器的諧波，采用了多脈沖整流技術(shù)即18脈沖整流器，它通過增加整流的脈沖數(shù)來減少輸入電流中的諧波含量。18脈沖整流器如圖3所示，自耦變壓器原邊繞組三角形聯(lián)結(jié)于隔離降壓變壓器副邊，兩個(gè)副邊繞組用于產(chǎn)生兩組輔三相電壓。三組三相電壓分別與主整流橋和兩個(gè)輔整流橋相連，整流橋輸出直接并聯(lián)到直流母線。圖4為自耦變壓器電壓矢量圖。自耦變壓器產(chǎn)生的三組三相電壓中，其中主三相電壓(va，vb，v。)與輸入電壓幅值相位相同，另外兩組輔三相電壓(va,，vb,，V。,)與(Va,,，vb,,，V。，，)分別滯后與超前于輸入電壓37°，相電壓幅值為輸入相電壓幅值的0.767倍。矢量合成后的線電壓幅值均相等，相位依次相差20°。DVR逆變電路包括三個(gè)并聯(lián)的單相全橋電路。這三個(gè)單相全橋電路結(jié)構(gòu)相同，分別對應(yīng)A、B、C三相，即A相全橋電路、B相全橋電路、C相全橋電路。三相電壓獨(dú)立補(bǔ)償，三相之間除輸入并聯(lián)外沒有任何公共點(diǎn)連接。每相補(bǔ)償電壓的輸出可以為士Vdc/2、0三種狀態(tài)。開關(guān)管的電壓應(yīng)力為Vdc。獨(dú)立單相全橋式DVR結(jié)構(gòu)清晰，控制方法同普通單相全橋電路，易于工程實(shí)現(xiàn)。DVR逆變電路還包括逆變單元低通濾波器。由于逆變橋的輸出為一系列的高頻矩形波，其中不僅包括400Hz的中頻電壓分量，還包括同開關(guān)頻率及其倍數(shù)次的高頻諧波，要得到其中的400Hz電壓，逆變單元低通濾波器可采用LC 二階低通濾波器，由電感、電容組成。DVR逆變電路的A相全橋電路如圖5所示，在該電路拓?fù)渲?，A相全橋電路包括直流側(cè)電容、第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3和第四開關(guān)管Q4，第一開關(guān)管的源極連接第二開關(guān)管的漏極形成第一橋臂，第三開關(guān)管的源極連接第四開關(guān)管的漏極形成第二橋臂，直流側(cè)電容的一端連接第一開關(guān)管的漏極和第三開關(guān)管的漏極，直流測電容的另一端連接第二開關(guān)管的源極和第四開關(guān)管的源極。18脈沖整流器輸出的直流輸入到直流側(cè)電容。全橋電路的輸出與逆變單元低通濾波器相連，從第一橋臂和第二橋臂的中點(diǎn)輸出，連接到電感La、電容Ca。逆變單元低通濾波器的輸出與串聯(lián)變壓器原邊相連，也就是電容Ca與串聯(lián)變壓器并聯(lián)。串聯(lián)變壓器串聯(lián)接入三相主電路中的一相。單相全橋電路選取英飛凌公司的六管合一 IGBT模塊FS75R06KE3。該模塊內(nèi)部集成六個(gè)帶反向二極管的IGBT，每個(gè)功率管的電壓定額為600V，在環(huán)境溫度為70°C時(shí)，電流定額為75A。該模塊第一個(gè)橋臂作為直流電壓保護(hù)，第二、三個(gè)橋臂作為DVR逆變電路的單相全橋電路。如圖6所示，若直流側(cè)電壓超過電壓上限，Q2閉合，直流電壓通過電阻釋放能量，若直流側(cè)電壓低于電壓下限，Q2斷開，不形成回路。串聯(lián)變壓器起到電氣隔離、補(bǔ)償電壓匹配和傳遞功率的作用。因?yàn)?8脈沖整流器能夠提供的直流電壓范圍為(100V士 15% )X3X1.35即200 270V，若逆變單元最大工作調(diào)制比m設(shè)定為0.95，那么逆變器最大輸出電壓為135V。同時(shí)，DVR需要補(bǔ)償?shù)淖畲箅妷簽?15V-85V = 30V。因此可以將串聯(lián)變壓器的變比設(shè)置為135 30。DVR最大補(bǔ)償總功率為7. 83kVA，因此串聯(lián)變壓器容量為7. 83/3 = 2. 61kVA。 DVR檢測與控制電路包括電壓檢測與調(diào)理電路和DSP控制部分。電壓檢測與調(diào)理電路主要檢測隔離變壓器副邊電壓與負(fù)載電壓，隔離變壓器副邊電壓信號由一個(gè)隔離檢測變壓器提供，設(shè)置一定的輸入輸出變比即可實(shí)現(xiàn)電壓隔離與幅值的調(diào)理。負(fù)載電壓需要較為精確的計(jì)算，因此選用萊姆電子有限公司(LEM)的電壓傳感器LM8-P。DSP控制部分采用DSP作為微處理器來控制中頻供電負(fù)載終端的運(yùn)行。DSP主控芯片采用美國德州儀器公司(Tl)生產(chǎn)的 TMS320LFM07A。
權(quán)利要求1.一種用于400Hz中頻電源的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，其特征在于包括18脈沖整流器、DVR 逆變電路、串聯(lián)變壓器以及DVR檢測與控制電路，DVR逆變電路包括三個(gè)并聯(lián)的單相全橋電路，所述三個(gè)單相全橋電路結(jié)構(gòu)相同，分別對應(yīng)A、B、C三相，即A相全橋電路、B相全橋電路、C相全橋電路，單相全橋電路包括直流側(cè)電容、第一開關(guān)管(Q1)、第二開關(guān)管(Q2)、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管(Q4)，第一開關(guān)管Oil)的源極連接第二開關(guān)管0^2)的漏極形成第一橋臂，第三開關(guān)管O )的源極連接第四開關(guān)管OH)的漏極形成第二橋臂，18脈沖整流器輸出的直流輸入到直流側(cè)電容，直流側(cè)電容的一端連接第一開關(guān)管的漏極和第三開關(guān)管的漏極，直流側(cè)電容的另一端連接第二開關(guān)管的源極和第四開關(guān)管的源極，單相全橋電路的第一橋臂和第二橋臂的中點(diǎn)連接到逆變單元低通濾波器；逆變單元低通濾波器的輸出與串聯(lián)變壓器原邊相連，串聯(lián)變壓器串聯(lián)接入三相主電路中的一相。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于400Hz中頻電源的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，其特征在于單相全橋電路采取6管合一 IGBT模塊FS75R06KE3，該模塊第一個(gè)橋臂作為直流電壓保護(hù)，第二、三個(gè)橋臂作為DVR逆變電路的單相全橋電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于400Hz中頻電源的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，其特征在于逆變單元低通濾波器采用LC 二階低通濾波器。
專利摘要本實(shí)用新型提出了一種用于400Hz中頻電源的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器，包括18脈沖整流器、逆變電路、串聯(lián)變壓器以及DVR檢測與控制電路，DVR逆變電路包括三個(gè)并聯(lián)的單相全橋電路，18脈沖整流器輸出的直流輸入到直流側(cè)電容，直流側(cè)電容的一端連接第一開關(guān)管的漏極和第三開關(guān)管的漏極，直流側(cè)電容的另一端連接第二開關(guān)管的源極和第四開關(guān)管的源極，單相全橋電路的第一橋臂和第二橋臂的中點(diǎn)連接到逆變單元低通濾波器；逆變單元低通濾波器的輸出與串聯(lián)變壓器原邊相連，串聯(lián)變壓器串聯(lián)接入三相主電路中的一相。本實(shí)用新型只需要補(bǔ)償系統(tǒng)電壓中的電纜壓降，無需承擔(dān)負(fù)荷所需的全部電壓，DVR的容量小，僅為負(fù)荷容量的1/5～1/3。
文檔編號H02J3/28GK202333829SQ20112051024
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者姜廣文, 宋璟毓, 張澤幫, 張鋆, 朱達(dá)書, 許濤, 趙輝, 陳浩, 高飛, 魏丹 申請人:中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司船舶系統(tǒng)工程部