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3大容量功率变换电路的实现
本项目电源为适应新型电子任务系统供电需要,最大规格容量180kVA,额定输出电流520A,过载电流696A。若采用单组桥式变换,逆变桥峰值电流过载状态下为574A,IGBT的电流至少应在600A以上。目前,市场上可方便购买的器件大多在600A以下,超过600A的器件即使能买到,不仅价格昂贵,而且周期和渠道均无法保证,将给后期生产、服务造成很大问题。因此,现实的方法是立足通用器件提供解决方案。
采用小电流器件实现大容量装置的功率变换,有两种方案。一是采用IGBT并联,在目前技术条件下,IGBT并联,不论是并联技术本身,还是并联后装置的可靠性、可维修性等,都存在很多问题。二是采用IGBT单模块组成较小功率的变换器单元,通过单元的串联或并联扩大容量,实现大功率变换。该方案IGBT的规格和数量均与前者相同,但由于变换器单元功率较小,技术和工艺成熟,可靠性高,单元之间可以互换。因此,在成本差别不大的情况下,装置整体的工艺性、可靠性和维修性均大大提高,成为目前.IGBT大容量装置的首选。
装置串联或并联需要解决的核心问题是控制,目前,串联多采用移相多重化PWM技术,对多单元进行集中控制;并联则采用各单元独立控制,但必须有可靠的均流措施,技术难度比较大。
本项目采用逆变电源输出直接并联的扩容技术,系统结构如图3所示。各功率单元的控制器采用双环控制,波形控制内环采用带负载电流前馈控制的电感电流控制方式,不但实现了电源输出的截流控制,而且使单元间并联时的均流控制变得容易。并联均流控制采用主从式运行模式,一个单元为主,其余单元为从,主单元按电压模式运行,对装置输出电压的幅值、频率、相位及波形进行控制,并产生电感电流指令。从单元按电流模式运行,对系统的输出电压不进行控制,只是完成分担负载电流的任务。所有从单元的给定均为主单元产生的电感电流指令,只要各单元的电感电流控制内环增益一致,均流精度就可得到保证。从而实现整个装置的大容量功率变换。
采用功率单元并联技术,不但可使较小功率IGBT模块输出较大的功率,而且可提高并联输出的等效开关频率,实现多重化控制,改善输出性能,降低开关器件的损耗。由于并联的功率单元完全相同,可以互换,因此,便于标准化生产和运行维护。
4产品研制和应用情况
按照军工产品定型的程序,本项目研制出60kVA、90kVA、150kVA产品样机各1台,先后在中航一集团601和611飞机设计研究所电气试验室通过了性能试验,在空军两个场站与重点型号飞机进行了对接试验和试用,运行状况良好
5结语
该系列电源性能测试和部队现场试用结果均表明,样机完全满足研制总要求和战技指标,可以高质量为空军现役和在研各型飞机提供地面供电保障。系列产品具备在部队推广使用的条件。
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