模板化航空静止变流器制造技术

一种涉及模板化航空静止变流器包括前级直流变换器连于后级级联逆变器，其特点是前级变换器由四个完全彼此独立、相互隔离的直流变换器所构成的直流电源模块结构，后级级联逆变器包括功率电路、控制电路及输出滤波电路，其中逆变器功率电路由四个单相逆变器联成级联式结构，每个单相逆变器由四个功率开关管构成逆变桥式电路；控制电路包括电压电流双环控制电路，四路逆变信号发生器。单个逆变桥输出的电压脉动是功率管开关频率的２倍，４个逆变桥级联输出的电压脉动频率是功率管开关频率的８倍，双闭环控制电路的反馈信号取自滤波电容的电压和电流。本静止变流器与现有技术相比，电路模块化程度高、内部热源分布、功率器件的电压应力低，效率高，工作可靠，且外特性硬、负载特性好、非线性负载能力强，控制简单方便。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种航空静止变流器
技术介绍
1.传统航空静止变流器存在的问题航空静止变流器经历了三个发展阶段①低频隔离技术，主要有方波逆变器式电路结构、升压Boost变换器与阶梯波合成逆变桥组合式电路结构；②单端反激FLYBACK变换器与正弦脉宽调制SPWM逆变器组合式电路结构；③软开关组合式电路结构。低频隔离静止变流器有方波式静止变流器和多重化静止变流器二种型式。方波式静止变流器主要由推挽电路、输出低频变压器和交流滤波器组成，具有结构简单和可靠性高等优点，但是低压输入和方波输出，使得后面必须加上笨重的交流滤波器及低频变压器，这必然会加大系统的体积重量，降低变换效率。多重化静止变流器由升压式变换器和阶梯波合成逆变器构成，同样有低频输出变压器，体积重量大等缺点。正弦脉宽调制(SPWM)静止变流器由前级直流变换器和后级SPWM逆变器组成。该电路先将输入28V电压通过前级的高频直流变换器升压隔离，然后将输出高压直流电直接逆变成115V/400Hz交流输出。这种变流器具有如下优点利用高频变压器实现电气隔离，后级逆变器工作在SPWM方式，输出波形谐波含量小，可以较大幅减小输出滤波器的体积，从而减小系统的体积重量。系统的前级和后级分别采用独立闭环控制，提高了系统的响应速度。但这种电路的逆变功率器件工作在高电压开关状态，电磁干扰严重，而且受到功率器件的限制，难以进一步提高系统的开关频率和整机效率。软开关组合式静止变流器也是由高频隔离直流变换器和高频逆变器构成，前级直流变换器采用软开关方案，输出脉冲直流电，后级逆变器功率器件在脉冲直流电的过零期间开关转换，因此也是软开关的，这种静止变流器开关频率比前一种有所提高，变流器总体性能也有所提高，但电路和控制复杂。综观前面介绍的几种静止变流器方案，虽然采用不同的电路拓扑，不同的电能变换方式，但都没有摆脱能量集中处理方式，这导致电路的热损耗相对集中，热设计困难，系统难以优化；电路的功率密度低；电路内任意功率部件损坏系统即不能正常工作；不能像DC/DC模块一样用芯片模块技术和集成电路的工艺制造。2.国内外解决上述问题的方案要实现具有分布式电能变换特征的航空静止变流器可以采用逆变器的并联技术，逆变器的并联(如图1)可以降低功率器件电流应力，在一定程度上实现了能量的分布变换，并且可以方便的实现较大功率输出和冗余特性。3.上述方案的局限性逆变器的并联可以实现静止变流器能量的分布变换，但是其控制复杂，逆变器的并联技术目前仍在研究和发展之中。
技术实现思路
本技术的目的在于研制一种能克服上述现有技术存在的缺陷，具有控制简单方便，功率器件的电压应力低、效率高、内部结构模块化、工作可靠的航空静止变流器。实现上述目的模板化航空静止变流器由前级直流变换器连于后级级联逆变器所组成，前级直流变换器由四个完全彼此独立，相互隔离，规格一致的直流变换器所构成的直流电源模块构成，每个直流变换器都有各自独立的一套闭环控制电路；后级级联逆变器由逆变器功率电路、控制电路及输出滤波器所组成，其中逆变器功率电路由四个单相逆变器串联成级联式结构，每个单相逆变器由四个功率开关管构成逆变桥式电路；控制电路包括电压电流双环控制电路，其中电流调节器输出与分别连于四个单相逆变器的包括基准正弦波产生电路和四路相移三角波电路的逆变信号发生器相连。附图说明图1是两个逆变器并联的示意图。图2是本技术的模板化航空静止变流器结构框图。图3是本技术的四单元级联逆变器电路原理图。图4是控制电路框图。图5是基准正弦波产生电路原理图。图6是四路相移三角波发生电路，其中图(a)为方波三角波转换电路，图(b)为四路相移45度的方波电路。图7电压电流双环控制电路图8比较交截及死区电路。图9辅助电源电路。图3中的符号名称S11～S14，S21～S24，S31～S34，S41～S44为功率开关管。图4中的符号名称kif——电流反馈系数，kvf——电压反馈系数。上述图中其它符号均为常用符号。具体实施方式由图2和图3可知，本技术的具体组成包括前级直流变换器、后级级联逆变器、控制电路、输出滤波器、辅助电源和保护电路。前级的直流环节由四个完全独立、相互隔离的直流变换器各自连于后级逆变环节的四个级联的单相逆变器，每个单相逆变器均由两个功率开关管(如开关管S11、S14)组成一对桥臂和另外两个功率开关管(如开关管S13、S12)组成的另一对桥臂构成逆变桥式电路。控制电路包括由电压调节器连于电流调节器组成的电压电流双环控制电路连于分别与四个单相逆变器相连的四路逆变信号发生电路。四路逆变信号发生器包括基准正弦波发生器和四路相移三角波发生电路。图5所示的基准正弦波产生电路为400Hz基准正弦波发生电路，图6所示的四路相移三角波发生电路包括图(a)的方波三角波转换电路和图(b)的四路相移45度的方波电路，即由图(b)生成相移45度四路方波再通过图(a)的方波三角波转换电路得到四路相移三角载波。图7所示的电压电流双环控制电路，将输出电压和滤波电容电流反馈到双环控制电路中，经过闭环调节输出两路相位相反的调制波和三角波交截得出逆变器控制信号。图8所示的辅助电源电路，利用LT1076芯片将18～32V输入转换成±15V两路输出供控制电路使用。以上图5～图9采用的是现有技术。由图2～图9可见，本技术专利实施上可以实现静止变流器内部结构的电路板化，其内部由四个独立直流变换模块、各自连于四个逆变桥模块、一个与四个逆变桥模块分别相连的控制电路板和一个输出滤波器板构成。本技术的工作过程是当输入接触器闭合后，前级的四个直流变换器和逆变器的辅助电源开始工作，当辅助电源工作正常后，每个逆变桥将直流变换器的输出的直流电转换成SPWM输出，级联叠加后通过输出交流滤波器滤去其中的高次谐波，得到输出正弦波，而输出电压则通过逆变器的电压电流双闭环控制稳定在115V。权利要求1.一种模板化航空静止变流器包括前级直流变换器连于后级级联逆变器，其特征在于所述前级直流变换器由四个彼此独立、相互隔离、规格一致的直流变换器所构成的直流模块结构，所述后级级联逆变器包括逆变器功率电路以及与逆变器功率电路相连的控制电路和输出滤波电路，其中逆变器功率电路由四个单相逆变器串联成级联式结构，每个单相逆变器均由两个功率开关管组成一对桥臂和另外两个功率开关管组成另一对桥臂构成逆变桥式电路。2.根据权利要求1所述的模板化航空静止变流器，其特征在于其内部由四个独立直流变换模块、各自连于四个逆变桥模块、一个与四个逆变桥模块分别相连的控制电路板和一个输出滤波器板构成。3.根据权利要求1或2所述的模板化航空静止变流器，其特征在于控制电路包括由电压调节器连于电流调节器组成的电压电流双环控制电路连于分别与四个单相逆变器相连的四路逆变信号发生电路。4.根据权利要求3所述的模板化航空静止变流器，其特征在于四路逆变信号发生电路包括基准正弦波发生器和四路相移三角波电路。5.根据权利要求3所述的模板化航空静止变流器，其特征在于四路相移三角波电路包括生成相移45度四路方波电路和方波三角波转换电路。专利摘要一种涉及模板化航空静止变流器包括前级直流变换器连于后级级联逆变器，其特点是前级变换器由四个完全彼此独立、相互隔离的直流变换器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模板化航空静止变流器包括前级直流变换器连于后级级联逆变器，其特征在于所述前级直流变换器由四个彼此独立、相互隔离、规格一致的直流变换器所构成的直流模块结构，所述后级级联逆变器包括逆变器功率电路以及与逆变器功率电路相连的控制电路和输出滤波电路，其中逆变器功率电路由四个单相逆变器串联成级联式结构，每个单相逆变器均由两个功率开关管组成一对桥臂和另外两个功率开关管组成另一对桥臂构成逆变桥式电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢少军，陈万，李飞，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]