飛機靜止變流器的設計

李兆營

【摘 要】靜止變流器屬于航空二次電源，是飛機電源系統的重要組成部分，對靜止變流器的研究對提高飛機的可靠性和安全性具有十分重要的意義。本文基于多年靜止變流器的設計經驗基礎上，設計了一種高變換效率及高可靠性的單相靜止變流器，并通過仿真驗證了設計的可行性。

【關鍵詞】靜止變流器；飛機電源系統；高變換效率；高可靠性

0 引言

靜止變流器作為機載應急電源，將機上28V直流電變換為單相或三相115V/400Hz的交流電，供給機上的重要負載使用。本文主要研究單相靜止變流器。在應急狀態下，靜止變流器在額定功率的條件下能夠持續工作，為應急交流匯流條提供單相的交流電。

1 靜止變流器設計方法

本設計方案是基于多年靜止變流器的設計經驗以及相關產品在多種機型上成功應用的經驗基礎之上，采用了高變換效率及高可靠性的設計方法。為了滿足航空靜止變流器的指標要求，本設計采用DC/DC升壓和DC/AC逆變兩級級聯的結構，其具體電路由輸入濾波電路、DC/DC升壓電路、DC/AC逆變電路、控制電路、驅動電路、保護電路、輸出濾波電路構成，其原理框圖參見圖1。

圖1 靜止變流器電路結構框圖

1.1 DC/DC主功率電路

DC/DC變換器將28V直流電轉換成180V直流電，并實現電氣隔離。為了提高靜止變流器的整體性能，前級直流環節必須選擇合適的電路拓撲，以提高直流環節的效率，減小體積。由于推挽變換器適用于低壓大電流輸入的中大功率場合，所以靜止變流器的DC/DC主功率電路采用此種拓撲。

推挽變換器的輸出整流電路有三種基本類型：全波整流電路、全橋整流電路和倍流整流電路。由于全橋整流電路適用于輸出電壓較高的場合，可以降低整流管的電壓額定值。所以本設計將推挽變換器的輸出整流電路選為全橋整流電路。

推挽變換器電路結構簡單，可以看成兩個完全對稱的單端正激變換器的組合，變壓器的鐵芯是雙向磁化，相同的鐵芯尺寸，推挽變換器可以比正激變換器輸出更大功率。但是電路必須有良好的對稱性，否則容易引起直流偏磁導致鐵芯飽和。另外，變壓器繞組必須緊密耦合，以減小漏感，從而降低開關管的關斷電壓尖峰，這增大了變壓器繞制工藝的要求以及對所用功率器件電壓定額的要求。開關管承受兩倍的輸入電壓，推挽變換器通常用于中大功率場合。

1.2 DC/AC主功率電路

DC/AC的主變換電路，采用典型的單相橋式逆變電路。本設計采用單閉環（電壓環）控制，將穩定的180V直流電逆變為115V/400Hz的交流電。由400Hz基準正弦波發生電路產生基準波，基準正弦波與輸出采樣值相比較產生誤差信號，經由外部放大補償電路矯正生成調制波，調制波再與基準三角載波相比較生成SPWM驅動信號。SPWM驅動信號驅動逆變橋，將180V直流逆變為交流，再經由低通濾波器濾波，變為標準的400Hz/115V正弦波輸出。DC/AC主功率變換原理圖。

2 靜止變流器仿真驗證

2.1 仿真建模

在SABER軟件中建立采用推挽結構的DC/DC變換仿真模型，如圖2所示。

建立單閉環控制下的單相橋式DC/AC變換仿真模型，如圖3所示。

2.2 仿真結果

仿真通過控制調節穩定后，輸出穩定的115V/400HZ單相正弦波，如圖4所示。

3 結論

本文在多年設計的基礎上，設計了一種高變換效率和高可靠性的航空用靜止變流器，DC/DC電路采用推挽變換器結構，DC/AC電路采用單相橋式變換器，對變換器的設計方法進行了說明，并進行了仿真驗證，仿真結果表明，設計的靜止變流器性能良好。驗證了設計的合理性，為對飛機靜止變流器的進一步研究奠定了基礎。

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