CN107786105A - 一种基于谐波抑制的变压整流系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空测试领域，具体涉及一种基于谐波抑制的变压整流系统。目前试验机的飞机平台可提供的电源多为115V/400HZ三相恒频交流电源，而被试系统的用电需求为270V直流电源，为了能正常为被试系统进行供电，必须在试验机上加装一套AC\DC电能变换器，将飞机电网电源转换为被试系统设备需要的直流电源。本发明提供一种基于谐波抑制技术的试验机电源系统的改装用270V变压整流系统，该变压整流系统包括输入滤波模块、主变压整流模块、电源补偿模块、输出滤波模块和辅助模块五部分，能够将35KW的115V/400HZ三相交流电源转换为30KW的270V高压直流电源，能够大幅度地减小对输入电网造成的谐波污染。

Description

一种基于谐波抑制的变压整流系统
技术领域
本发明属于航空测试领域，具体涉及一种基于谐波抑制的变压整流系统，将115V/400Hz三相交流电源变换为270V高压直流电源，应用在四代机综合航电试验机大功率配电系统改装中。
背景技术
270V高压直流电源因为其效率高、可靠性好、重量轻等诸多优点，目前已成为战斗机电气系统供电体制的首选方案，其机载设备的供电单元也由传统的直流28V电源转换为270V高压直流电源。而作为各种机载设备的前期试验平台——改装试验机，则必须能为其提供优质的电源输入，以满足其试飞需求。
早期，由于被试系统用电功率小，占原机电源系统的比例少，所以传统整流器谐波电流大、功率因数低等缺点未受到重视。但是随着被试系统的复杂化和集成化，270V高压直流负载的的功率显著增加，如果继续使用传统的整流器，将对原机电网系统造成污染，影响其他电子设备的正常使用，甚至影响飞机的飞行安全。
目前试验机的飞机平台可提供的电源多为115V/400HZ三相恒频交流电源，而被试系统的用电需求为270V直流电源，为了能正常为被试系统进行供电，必须在试验机上加装一套AC\DC电能变换器，将飞机电网电源转换为被试系统设备需要的直流电源。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于谐波抑制技术的试验机电源系统的改装用270V变压整流系统，该系统能够将35KW的115V/400HZ三相交流电源转换为30KW的270V高压直流电源，能够大幅度地减小对输入电网造成的谐波污染。
本发明是通过下述的技术方案实现的：一种基于谐波抑制的变压整流系统，用于将飞机电网电源转换为被试系统设备需要的直流电源，该变压整流系统包括输入滤波模块、主变压整流模块、电源补偿模块、输出滤波模块和辅助模块五部分，其中，
所述输入滤波模块与主变压整流模块连接，包括输入滤波单元和软起控制单元，能将输入电流端的高次谐波滤掉；所述软起控制单元实现电源的软启动和故障保护，保证在紧急情况下电源模块与飞机电网的有效隔离；
所述主变压整流模块包括中频主变压器和整流单元一，该中频主变压器对前后级的电路进行电气隔离，并向整流单元一和整流单元二输出功率；
所述电源补偿模块由依次连接的整流单元二、功率逆变单元、功率变压器和输出整流单元组成，该功率逆变单元采用全桥逆变电路；
所述输出滤波模块由电容滤波器组成，接收所述整流单元一和输出整流单元的功率，并输出平滑稳定的高压直流电压；
所述辅助模块由控制保护单元、辅助电源和驱动单元，该控制保护单元由辅助电源供电，并接受来自输入滤波模块、主变压整流模块、电源补偿模块或输出滤波模块的状态信息，通过驱动单元控制对象。
所述输入滤波单元是由三组电容器组成的三角形电容滤波器。
所述中频主变压器是一个三绕组变压器，一个初级绕组和两个次级绕组，初级绕组为带中线的星形连接，次级绕组分别采用一个星形连接和一个三角形连接。
所述整流单元一和整流单元二均由两组三相桥式整流器通过平衡电抗器并联组成。
功率逆变单元将整流单元二输出的直流高压电源逆变为高频高压的脉冲。
所述控制保护单元采用PWM控制芯片，将检测到的电压、电流及过热的状态信息进行分析，当电路出现故障时及时封锁输出。
本发明的有益效果是：1)能够将115V/400HZ三相交流电源转换为270V高压直流电源；2)大幅度地减小了对输入电网造成的谐波污染；3)单体可以为30KW的270V高压直流负载供电；4)额定工作效率≥85％，工作效率高；5)可以采用多个单体并联的模式为更高功率的电子设备供电；6)标准的系统配置，可靠性、通用性强。
附图说明：
附图1是系统组成框图。
具体实施方式
图1中，输入滤波单元和软起保护单元构成输入滤波模块；中频主变压器和整流单元构成主变压整流模块；功率逆变单元、功率变压器、输出整流单元构成电源补偿模块；输出滤波单元构成输出滤波模块；控制保护单元、辅助电源、驱动模块构成辅助模块。
该变压整流设计主要由输入滤波模块、主变压整流模块、电源补偿模块、输出滤波模块、辅助模块五部分组成。
输入滤波模块包括输入滤波单元和软起保护单元。输入滤波单元是由三组电容器组成的三角形电容滤波器，它是一个去高留低的高通滤波器，能将输入电流端的高次谐波滤掉。软起控制单元的主要作用是实现电源的软启动和故障保护，保证在紧急情况下电源模块与飞机电网的有效隔离。
主变压整流模块由中频主变压器和整流单元组成。中频主变压器是一个三绕组变压器，一个初级绕组和两个次级绕组。初级绕组为带中线的星形(Y)连接，次级绕组分别采用一个星形(Y)连接和一个三角形(△)连接。利用二次绕组接法的不同，使两组三相交流电源间相位错开30°，从而使输出整流电压在每个交流电源周期内脉动12次，这样可以提高整流频率，使输出整流电压更加平滑。中频主变压器可对输入输出电路进行有效的电气隔离，功率传递效率高，且对波形有良好的矫正特性，从而大幅度地减小对输入电网造造成的谐波污染。整流单元由两组三相桥式整流器通过平衡电抗器并联组成。两组整流桥的结构相同，利用整流二极管的单向导电性，将变压器输出的交流电整流成高压直流电源。平衡电抗器是为了平衡两组整流桥间的电位差，使两组整流桥的电位相等，从而使得两组整流桥可以同时导电。
电源补偿模块由功率逆变单元、功率变压器、输出整流单元组成。功率逆变单元采用全桥逆变电路，主要作用是将整流电路得到的直流高压电源逆变为高频高压的脉冲。功率变压器是开关电源部分的主功率器件，主要实现降压、输入与输出的电气隔离及功率传递等功能。输出整流单元的主要作用是将变压器副边的高频脉冲经整流电路整流后得到所需直流电源。
输出滤波模块由电容滤波器组成，利用去高留低的原理，将输出直流电压波形中的高次谐波滤掉，从而得到平滑稳定的270V输出。
辅助模块由控制保护单元、辅助电源、驱动模块等组成。控制单元采用集成化的专用PWM控制芯片，芯片本身可以输出两路带死区的互补的PWM信号，保证功率器件的正常工作。保护单元主要将检测到的电压信号、电流信号及过热信号等进行分析，当电路出现故障时及时封锁输出，保证用电安全。辅助电源模块的主要作用是为输入接触器、控制单元和驱动单元提供独立电源，输入为交流单相115V电源，输出为两路直流28V电源。驱动单元的主要功能是将控制信号的弱电信号转换为有足够能力的驱动信号，保证功率器件的正常可靠工作。
与传统变压整流器相比，由于该变压整流装置的中频主变压器在输入端设有由3次滤波和隔离电路组成的隔离变换单元，这样，减小了由整流模块所产生的电压畸变对输入电源带来的影响，增加了电子试验机上作为二次电源的直流270V电源容量，提高了原机电源利用率。

Claims (6)

1.一种基于谐波抑制的变压整流系统，用于将飞机电网电源转换为被试系统设备需要的直流电源，其特征在于：该变压整流系统包括输入滤波模块、主变压整流模块、电源补偿模块、输出滤波模块和辅助模块五部分，其中，
所述输入滤波模块与主变压整流模块连接，包括输入滤波单元和软起控制单元，能将输入电流端的高次谐波滤掉；所述软起控制单元实现电源的软启动和故障保护，保证在紧急情况下电源模块与飞机电网的有效隔离；
所述主变压整流模块包括中频主变压器和整流单元一，该中频主变压器对前后级的电路进行电气隔离，并向整流单元一和整流单元二输出功率；
所述电源补偿模块由依次连接的整流单元二、功率逆变单元、功率变压器和输出整流单元组成，该功率逆变单元采用全桥逆变电路；
所述输出滤波模块由电容滤波器组成，接收所述整流单元一和输出整流单元的功率，并输出平滑稳定的高压直流电压；
所述辅助模块由控制保护单元、辅助电源和驱动单元，该控制保护单元由辅助电源供电，并接受来自输入滤波模块、主变压整流模块、电源补偿模块或输出滤波模块的状态信息，通过驱动单元控制对象。
2.根据权利要求1所述的变压整流系统，其特征在于：所述输入滤波单元是由三组电容器组成的三角形电容滤波器。
3.根据权利要求1所述的变压整流系统，其特征在于：所述中频主变压器是一个三绕组变压器，一个初级绕组和两个次级绕组，初级绕组为带中线的星形连接，次级绕组分别采用一个星形连接和一个三角形连接。
4.根据权利要求1所述的变压整流系统，其特征在于：所述整流单元一和整流单元二均由两组三相桥式整流器通过平衡电抗器并联组成。
5.根据权利要求1所述的变压整流系统，其特征在于：功率逆变单元将整流单元二输出的直流高压电源逆变为高频高压的脉冲。
6.根据权利要求1所述的变压整流系统，其特征在于：所述控制保护单元采用PWM控制芯片，将检测到的电压、电流及过热的状态信息进行分析，当电路出现故障时及时封锁输出。
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