7.5kVA单相航空静止变流器的设计
三态滞环控制电流型逆变器系统框图,如图3所示。它由电压外环和电流内环构成,电流内环对电流进行调节控制,使之逼近给定信号,从而提高系统的动态性能;电压外环产生的误差信号作为电流内环的给定,从而达到稳压目的,使系统具有优良的电气性能。其主电路拓扑如图4所示,滤波容Cf两端为输出电压。设Ig为电流给定信号,Δ为滞环宽度,则三态滞环控制过程如下:
Ig>If+Δ,Q1及Q4同时导通,If上升(即+1态);
IgIf-Δ,Q2及Q3同时导通,If反向上升(即-1态);
If-ΔIgIf+Δ,If通过Q3或Q4进行续流(即零态)。
逆变器滤波电感Lf在滞环控制中的主要作用是,和滤波容Cf一起滤除输出高次谐波;作为积分环节,为电流闭环控制提供斜坡积分函数而参与控制。其取值不仅影响输出波形,还影响系统的动态性能。Lf过大,使电感电流追踪不上电流给定的变化,导致系统失调。Lf过小,尽管可以改善系统的动态性能,但电流脉动增大,影响输出波形质量。从逆变器输入、输出特性及工作原理,可得滤波电感要满足式(9)及式(10)[3][4]。
式中:vOmax为输出电压峰值;
ω为输出电压角频率;
Igmax为电流给定信号最大值;
ton为导通时间;
ΔiLfmax为电感电流的最大脉动量。
逆变器滤波电容Cf的作用是滤除输出高频成分,其值取大一些可减小输出电压的THD,但会增大开关管及其它器件的电流容量;其值过小,输出波形的THD会增大。综合考虑,Cf应满足式(11)。
Cf(αIomax/ωVo) (11)
式中:系数α工程上取0.5左右为宜。
滞环宽度Δ太小会增加功率管的开关频率,增大开关损耗;如太大,电感电流脉动增大,输出波形变差;一般取电感电流的10%左右作为其对应的Δ值[3][4],其最终选取须通过实际调试加以确定。
2 实验与结果
我们研制的某型号单相航空静止变流器输入、输出主要电气指标和参数如下:
三相交流(400Hz)供电,输入相电压Vin=115±11.5V;
输出电压Vo为AC 216~222V/50Hz;
额定输出功率为7.5kV·A,短时(连续2min)
最大允许输出功率为11.25kV·A;
输出电压THD5%。
DC/DC变换器如图2所示,主要电路参数如下:
输出滤波电感L1=L2=160μH;
输出滤波电容C2=C3=470μF;
开关频率fs=50kHz;
高频变压器(T1~T4)原、副边匝比为20:18;
副边输出续流管(D10和D14)采用快恢复二极管DSEI30-06A,耐压600V;
副边整流管(D9及D11~D13)采用快恢复二极管DSEI30-10A,耐压1000V;
功率开关管(Q1~Q8)采用IXFB80N50Q2,环境温度25℃时额定电流为80A,额定电压500V。
DC/AC逆变器如图4所示,主要电路参数如下:
主功率管IGBT(S1~S4)采用BSM-150GB-60DLC,额定电流150A,额定电压600V;
滤波电感(Lf
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