飞机静止变流器的设计

李兆营

【摘 要】静止变流器属于航空二次电源，是飞机电源系统的重要组成部分，对静止变流器的研究对提高飞机的可靠性和安全性具有十分重要的意义。本文基于多年静止变流器的设计经验基础上，设计了一种高变换效率及高可靠性的单相静止变流器，并通过仿真验证了设计的可行性。

【关键词】静止变流器；飞机电源系统；高变换效率；高可靠性

0 引言

静止变流器作为机载应急电源，将机上28V直流电变换为单相或三相115V/400Hz的交流电，供给机上的重要负载使用。本文主要研究单相静止变流器。在应急状态下，静止变流器在额定功率的条件下能够持续工作，为应急交流汇流条提供单相的交流电。

1 静止变流器设计方法

本设计方案是基于多年静止变流器的设计经验以及相关产品在多种机型上成功应用的经验基础之上，采用了高变换效率及高可靠性的设计方法。为了满足航空静止变流器的指标要求，本设计采用DC/DC升压和DC/AC逆变两级级联的结构，其具体电路由输入滤波电路、DC/DC升压电路、DC/AC逆变电路、控制电路、驱动电路、保护电路、输出滤波电路构成，其原理框图参见图1。

图1 静止变流器电路结构框图

1.1 DC/DC主功率电路

DC/DC变换器将28V直流电转换成180V直流电，并实现电气隔离。为了提高静止变流器的整体性能，前级直流环节必须选择合适的电路拓扑，以提高直流环节的效率，减小体积。由于推挽变换器适用于低压大电流输入的中大功率场合，所以静止变流器的DC/DC主功率电路采用此种拓扑。

推挽变换器的输出整流电路有三种基本类型：全波整流电路、全桥整流电路和倍流整流电路。由于全桥整流电路适用于输出电压较高的场合，可以降低整流管的电压额定值。所以本设计将推挽变换器的输出整流电路选为全桥整流电路。

推挽变换器电路结构简单，可以看成两个完全对称的单端正激变换器的组合，变压器的铁芯是双向磁化，相同的铁芯尺寸，推挽变换器可以比正激变换器输出更大功率。但是电路必须有良好的对称性，否则容易引起直流偏磁导致铁芯饱和。另外，变压器绕组必须紧密耦合，以减小漏感，从而降低开关管的关断电压尖峰，这增大了变压器绕制工艺的要求以及对所用功率器件电压定额的要求。开关管承受两倍的输入电压，推挽变换器通常用于中大功率场合。

1.2 DC/AC主功率电路

DC/AC的主变换电路，采用典型的单相桥式逆变电路。本设计采用单闭环（电压环）控制，将稳定的180V直流电逆变为115V/400Hz的交流电。由400Hz基准正弦波发生电路产生基准波，基准正弦波与输出采样值相比较产生误差信号，经由外部放大补偿电路矫正生成调制波，调制波再与基准三角载波相比较生成SPWM驱动信号。SPWM驱动信号驱动逆变桥，将180V直流逆变为交流，再经由低通滤波器滤波，变为标准的400Hz/115V正弦波输出。DC/AC主功率变换原理图。

2 静止变流器仿真验证

2.1 仿真建模

在SABER软件中建立采用推挽结构的DC/DC变换仿真模型，如图2所示。

建立单闭环控制下的单相桥式DC/AC变换仿真模型，如图3所示。

2.2 仿真结果

仿真通过控制调节稳定后，输出稳定的115V/400HZ单相正弦波，如图4所示。

3 结论

本文在多年设计的基础上，设计了一种高变换效率和高可靠性的航空用静止变流器，DC/DC电路采用推挽变换器结构，DC/AC电路采用单相桥式变换器，对变换器的设计方法进行了说明，并进行了仿真验证，仿真结果表明，设计的静止变流器性能良好。验证了设计的合理性，为对飞机静止变流器的进一步研究奠定了基础。

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