500VA三相航空逆变器的研制

＝
为 ２ ％电感 电流 有效 值 ，一＝ ． ８Ａ； ａ １ ０Ｖ； ０ 厅 Ｏ３ Ｕ＝ ８ ４
ｌ１ Ｈ ； ＝ ０ Ｈ 。 ＝ Ｏｋ ｚｆ ２ ０ｋ ｚ ｏ ｒ
则 变 压 器 激 磁 电感 为 ：
１ ３Ｖ ６
Ｌ 】ｎ＋ｇｅ ４Ｈ ｍ （ 一） １ ～２ 蠹‘ 订ｏ２， … （ 一 ０ ５ 、 ４ Ｕ Ｇ ｄ ）
第４ ６卷 第 ４期
２１ ０ ２年 ４月
电 力 电 子 技 术
Ｐ ｗｅ ｌｃ ｒ ｎ ｃ ｏ ｒＥ ｅ ｔ ｉ ｓ ｏ
Ｖｏ ．６．Ｎｏ４ １ ４ ． Ａ ｒ ０ ２ ｐ ｌ２ １ ｉ
５ ０ Ａ三相航空逆变器的研制 ０ Ｖ
邓 翔 ，来自百度文库 飞 ，龚 春 英
（ 南京 航空 航天 大学 ，江苏 南京 ２０ １） １０ ６
定 稿 日期 ： ０ ２ ０ — ３ ２ １— ２ ２
作者 简 介 ： 邓 翔 （９ ３ ） 男 ， 苏 南 京 人 ， 程 师 ， 究 １７ 一 ， 江 工 研 方 向 为 功 率 电 子 变换 技 术 和 航 空 电 源 的 研 制 。
第４ ６卷 第 ４期 ２１ ０ ２年 ４ 月
谐 振 变 换 器 ； 级 Ｄ ／ Ｃ逆 变 电路 采 用 成 熟 的 后 ＣＡ
Ｄ Ｃ模 块 而 言发 展较 为缓 慢 。 为 此 ， 制 适 用 于 新 研
一
双 Ｂｃ ｕｋ三 相 逆 变 器 ， 有 效 率 高 ， 靠 性 好 等 优 具 可 点［。整 个 系 统 的结 构框 图如 图 ｌ所 示 。 ３ 】
（ ａｊ ｇ Ｕ ｉ ｒｉ ｅｏ ａｔ ｓ＆ Ａ ｔ ｎ ｕｉ ， ａｊｎ １０ ６ ｈｎ ） Ｎ ｎｉ ｎｖ ｓｙｏ ｒｎ ｕｉ ｎ ｅ ｔ ｆＡ ｃ ｓ ｏ ａｔ ｓ Ｎ ｎｉｇ２ ０ １ ，Ｃ ｉ ｒ ｃ ａ
Ａ ｓｒｃ ： ｏｓ ｇ ｒｅｐ ａｅａｒｎｕｉ ａｉ ｉｖｒ ｒＡ Ｉ ｓ ｅｅｒｈ ｄｎｅｍｅ ｏ ｆ ａｃｌ ｉｇｔｅｐ ｒｍｅ ｂ ｔ ｔ Ａ ｔ — ａｅｔ ｅ－ｈｓ ｅ ａ ｔａ ｓ ｔ ｅｔ （ Ｓ）ｉ ｒｓａ ｅ ． ｌ 出 ｄｏ ｌ ａ ｎ ａａ ． ａ ｗ ｔ ｈ ｏ ｃ ｔ ｃｎ ｅ ｌ ｃ ｃ ｕｔ ｈ
变压器一样 ， 是绕制方法不 同。 只
若 按 ４５Ａ 有 效 值 来 设 计 电感 ，则 在 短 路 情 ．
况 下 不 会 饱 和 ，但 根 据 设 计 公 式 可 得 最 小要 选 择 相对磁导率为 ６ ０的磁 芯 。 芯 直 径 大 小 ３ ． ｍ 磁 ５８ ｍ，
在 绕 制 过 程 中 ， 由于 变 压器 漏 感 与 绕 制 方 法
２ 技 术 指 标 与 拓 扑 的 选 择
需 要 设 计 一 台 将 Ｄ ２ ０Ｖ 转 换 为 ４ ０Ｈ ． Ｃ ７ ０ ｚ
险 ｌ 蕊 叠
Ａ １ 的三 相 逆 变 电源 ， 体 要 求 为 ： 流 输 入 Ｃ１５Ｖ 具 直 电 压 （７ ￣ ０ ）Ｖ； 流 输 出 电压 （ １ ￣ ％ ）Ｖ； ２０ １％ 交 １５ １
代 飞机 高 压 直 流 电 气 系 统 的 高 性 能 小 型 化 Ａ Ｉ Ｓ
就 成 为 当 前 国防 建 设 的 紧 迫 课 题 。这 对 推 动 我 国
国 防 事 业 的 发 展 以 及 提 高 我 国 在 Ｉ ／ Ｃ 模 块 电 ） Ａ Ｃ 源 市 场 的 竞 争 力 都 具 有 深 远 意 义 ［。 １ ］
３１２ 磁 集 成 变 压 器 的 设 计 ．．
所 （ 短 路 电流 的要 求 ， 电 流 输 出 短 路 时为流Ｌ， 波 得 ３ 感 的 电流 等 于 输 出 以在 ， 有 效 值 ，３过 滤 可 电 ） 且 则
到 电感 电流 有 效 值 为 ４５Ａ。 ．
磁 集 成 变 压 器 的 设 计 过 程 和 参 数 与 磁 分 离 式
Ｒｅ ｅ ｃ ｏ ｓ ａｒ ｈ ｎ Ｔｗｏ－ｔ ｇ － ａ ｅ Ｔｈｒ ｅ－ ｈａ ｅ Ａ ｅ ｏ ｕ ｉ ａ ｎ ｅ ｔ ｒ ｓ ｅ・ ｐ ｓ ｒ ｎａ ｔｃ ｌＩ ｖ ｒ ｅ
ＤＥ ＮＧ ａ ｇ，ＸＵＥ Ｆ ｉ Ｘｉｎ ｅ ，ＧＯＮＧ Ｃ ｕ — ｉ ｇ ｈ ｎ ｙｎ
有 很 大 关 系 。 不 易计 算 ． 压 器 初 级 漏 感 需 要 边 且 变
绕制边测试边调整 ， 以期 达 到 需 要 的漏 感 值 。 体 具 方法是 ： 由于 匝 数 较 多 的绕 组 对 漏 感 的影 响 最 大 ， 故 首 先 分 上 下 两 段 绕 制 变 压 器 的初 级 和 主 要 次 级 绕 组 ，测 量 一 次 初 级 漏 感 ，使 其 接 近 想 要 的漏 感
ｔｒ ｆｔ ｅ Ｌ Ｃ ｒ ｓ ｎ ｎ ｏ ｖ ｒｅ ｎ ｅ ｄ ａ － ｕ ｋ ｉ ｖ ｒ ｒ ｉ ｐ ｅ ｅ ｔｄ Ａ ｔｒ ｔ ａ ， ｎ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｉ ｏ ｅ ｔ ｅ ｉ ｅ ｏ Ｌ ｅ ｏ ａ ｔ ｃ ｎ ｅ ｔｒ ａ ｄ ｔ ｕ ｌｂ ｃ ｎ ｅ ｅ ｓ ｒ ｓ ｎ ｅ ． ｆｅ ｈ ｔ ａ ｘ ｅ ｉ ｎ ｓ ｄ ｎ ｏ ｖ ｒ ｙ ｓ ｈ ｈ ｔ ｆ ｈ ｔ ｅ ａ ａ ｙ ｉ ． ｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｔ ａ ｌ ｉ ｗｉ ｈ ｓ ｃ ｎ ａ ｈ ｅ ｅ Ｚ ｎ ｅ ｒ ｃｉ ｅ ｉｄ ａ ｃ ｉｖ ＣＳ． ｕ ｎ ｌ ｓｓＴ ｅ ｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｔ ｔ ｅ ｍａｎ ｓ ｔ ｅ ａ ｃ ｉｖ ＶＳ ａ ｄ ｔ ｅ ｔ ｉｒ ｄ ｏ Ｉ ｃ ｎ ａ ｈ ｅ ｅ Ｚ ｓ ｈ ｌ ｃ ｈ ｆ ｓ ｈ ｔ ｓ
电 力 电子 技 术
Ｐ ｗｅ ｌｃ ｒ ｎｃ ｏ ｒＥ ｅ ｔ ｉ ｓ ｏ
Ｖｏ ． １４６， Ｎｏ． ４
Ａｐ ｉ ０１ ｒｌ２ ２
（ Ｕ ） ０３ 计 算 谐 振 电感 系 数 ： ２ｏ ．３，
Ｋ ＝ ２ｎ
Ｕ ｄ
（） ４
丽 １ ） ． （ 式 中 ： Ｇ （ ， 一 ￣４ １ ￣ １ ４ ）
源 的研 究 受 其 应 用 限 制 ． 对 Ｄ ／ Ｃ模 块 和 Ａ ／ 相 ＣＤ Ｃ
输 出 频 率 （０ ￣ ）Ｈ ； 出 电压 波 形 畸 变 系 数 为 ４０ １ ｚ 输 ００ ， 流 分 量 为 ± ．Ｖ； 出功 率 ５０Ｖ 三 相 ） ． 直 ４ Ｏ１ 输 ０ Ａ（ ； 过 载 １０ ２ｈ １０ ５Ｉｎ 短 路 ３０ ５Ｓ 变 换 １％ ５ ％ ； 】 ０ ％ ； 效率 不低 于 ８ ％； 护功 能有 过压 、 压 、 流 、 ５ 保 欠 过 过 频 、 频 、 路保护等 ； 欠 短 体积 为 ３倍 整砖 。 选 用 两 级 式 结 构 ： 级 Ｄ ／ Ｃ变 换 器 选 用 适 前 ＣＤ 合 于 高 功 率 密 度 、 效 率 的 场 合 的 半 桥 Ｌ Ｃ 串联 高 Ｌ
进 而 可 得 谐 振 电感 为 ：
计算得到 厶范 围为 １ ４２ Ｈ， Ｌ＝ Ｈ。 ～ ． ｍ 取 ｆ１ ｍ 设 计 过 程 如 下 ： ，为满 载 输 出 电流 ， 设 输 设 ｎ 假 出 电压 稳定 在 ｌ５ 则 Ｌ Ｉ ４Ａ。因为 系统有 ３倍 ｌ Ｖ， ＝ ． ７
Ｌ每 ３Ｈ ｒ ３ ＝
初 级漏 感 Ｌ ＝ ２ｉ ３ Ｈ。 ｘ
３１３ ．． 功 率 器 件 选 取
要 绕 制 ｌ０匝 。ｋ＝ Ｎ／ ＝ ．７ １ ￣Ｓ Ｑ Ｏ２ 。
３ ２ ３ 滤 波 电 容 设 计 ．．
摘要 ： 以两 级 式三 相航 空静 止逆 变 器 （ Ｓ ） 研 究对 象 ， 细 介绍 了前 级 Ｌ Ｃ谐 振变 换 器和 后级 双 Ｂ ｃ 变 Ａ Ｉ为 详 Ｌ ｕ ｋ逆
器 的参数 设计方 法 ， 进行 了实验 验证 。实 验结 果表 明 ， 并 前级 Ｌ Ｃ谐 振变 换器 可实现 零 电压 开通 ． Ｌ 次级 整流 二 极管 可实现 零 电流关 断 ， 而达 到较高 的效 率 ； 从 后级 双 Ｂ ｃ ｕｋ变换器 具有 高可 靠性 、 高效率 的特 点。两级 联调 和 效率测 试 实验显 示 ， 该两 级式 逆变 系统 可满足 用户 的各 项要求 ， 额定 输 出时的 效率可 达 ８ ％以上 。 ５ 关键 词 ： 逆变器 ；两 级式 ；谐 振 中图分类 号：Ｍ４４ Ｔ ６ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ０ １０ ２ １ ）４ ０ １ — ３ １０ — ０ Ｘ（０ ２ ０ — ０ ５ ０
ｈ ｏ ｖ ￣ｅ ａ ｉｈ ｅ ｉｎ ｙ Ｍｏ ｅ ｖ ｒ ｔ ｕ ｂ ｃ ｎ ｅ ｅ ａ ｉ ｈ ｒ ｌ ｉ ｔ ａ ｄ ｅ ｉ ｎ ｙ ｄ ｅ ｔ ｔ ｓｍｃ ｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｒ ｈ ｓ ｈ ｇ ｆ ｃｅ ｃ ． ｒ ｏ ｅ ， ｅ ｄ ａ － ｕ ｋ ｉ ｖ ｒ ｒ ｈ ｓ ｈ ｇ ｅｉｂ ｉ ｎ ｆ ｃ ｅ ｃ ｕ ｏ ｉ ｔ － ｉ ｈ ｌ ｔ ａｌｙ ｉ ｓ ｔ ｒ ． ａ ｔ ｔ ｅ ｔ ｓａ ｅ ｄ ｂ ｇ ａ ｄ ｅ ｃｅ ｃ ｔｓ ｅ ｎ ｔａｅ ｔ ａ ｅ ｎ ｅ ｔ ｒ ｃ ｌ ａ ｈ ｅ ｅ ｔ ｅ ｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｆ ｕ ｅ Ａｔ ｌ ｓ ， ｈ ｗｏ ｔ ｇ ｅ ｕ ｎ ｆ ｉｎ ｙ ｅ ｔ ｄ ｍｏ ｓｒ ｔ ｈ ｔ ｔ ｉｖ ｒ ａ ｃ ｉｖ ｅ ｕ ｒ ｉ ｈ ｅ ｌ ｈ ｅ ｎｓ ｏ ｕ ｅ ｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｅ ｃｅ ｃ ｓ ｈ ｇ ｅ ａ ５ ｉ ａ ｅ ｏ ｄｔ ｎ ｓ ｒ ｎ ｆ ｉｎ ｙ ｉ ｉｈ ｒ ｔ ｎ ８ ％ ｎ ｒ ｔ ｄ ｃ ｎ ｉ ｏ ． ｈ ｉ ｈ ｉ Ｋｅ ｗｏ ｄ ｉ ｖ ｒｅ ；ｔ ｏ ｓａ ｅ ｅ ｏ ａ ｔ ｙ ｒ ｓ：ｎ ｅ ｒ ｗ —ｔ ｇ ；ｒ ｓ ｎ ｎ ｔ
值 ： 测 量值 偏小 ， 加大初 次级之 间的距 离 ， 若 则 减 少 它 们 的交 叠 面积 ； 测 量 值 偏 大 ， 减 小 初 次 级 若 则
不 满 足 整 个 电路 的 设计 要 求 。 为 了减 小磁 芯 的 尺 寸 ，考 虑 使 用 相 对 磁 导 率 为 ７ ５的 磁 芯 ， 电感 按 ０９ｍＨ 大 小设 计 。 ． 初 选 磁 芯 Ａ ５ ２９，根 据 该 磁 芯 的 大 小可 设 ７ —６
定 当感 值 为 ０９ｍＨ 时 的匝 数 ， 计 电流 的 有 效 值 ． 设 约 为 ３Ａ， 据 磁 芯 资料 可 得 ， 值 为 １ 根 感 时， ｍＨ 需
之 间 的距 离 ， 当增 加 它 们 的交 叠 面 积 。 接 下 来 适 在 绕 制 其 他 匝 数 较 少 的辅 路 绕 组 的过 程 中 ， 理 ， 同 若 测 量 值 偏 小 ， 将 绕 组 绕 在 辅 助 绕 组 一 段 ； 测 量 则 若 值偏大 ， 将绕组绕在初级绕组一段 。 则 最 后测 得 实 际值 ： 压 器激 磁 电感 Ｌ ＝４ Ｈ， 变 ｍ １５
１ 引 言
Ａ Ｉ 飞机 上 必 不 可 少 的 设 备 。 ２０Ｖ高 压 直 Ｓ是 ７ 流 电源 是 飞 机 主 电源 的发 展 趋 势 。 目前 国 内外 航 空 二 次 电源 中静 止 变 流 器 多 数 还 都 集 中 在 低 压 ２ 输 入 的产 品 ，而 高压 ２０Ｖ输 入 的 Ａ Ｉ 品 ８Ｖ ７ Ｓ产 成 为 了研 究 热 点 。模 块 化 、 小 型 化 、 高 可 靠 性 是 Ａ Ｉ 展 的 必 然 趋 势 ．而 长 期 以来 模 块 化 逆 变 电 Ｓ发