多电飞机电力系统24脉波整流机组变压器的建模与仿真

1、多电飞机电力系统24脉波整流机组变压器的建模与仿真摘要这篇文章提出了用于飞机电力系统的一种研究三相24脉波变压整流单元(tru)，其中四个三相系统分别为（15º,30º,45º,60º）。相位变化是通过传统人字形配置的变压器互连得到的。使用simulink(simpowersystems)对系统建模进行了仿真。给出了仿真结果并与12脉波变压器整流器单元的性能进行了对比。一 介绍多脉波整流器越来越多地被使用在应用程序质量规范要求更高的大功率电动飞机(mea),特别是低输入谐波方面。最普遍的12和24脉波tru系统能满足rtca标准。此外，多脉冲整流器，可以

2、提供高功率因数，并可降低无用功率。当使用12脉波整流器时, 通常会增加无源或有源过滤器以减少输入线电流thd到一个可接受的水平。额外的体积和重量带来的过滤系统会平衡掉它所具有优势。但是，24脉波整流器可以满足谐波的需求，没有额外的过滤器，,所以他们的体积和重量可以比组合12脉波过滤器和转换器的小。本文提出了一个将3相24脉波变压整流单元(tru)用于多电飞机电力系统的研究方案。四个三相次级为15º,30º,45º,60º相移通过常规变压器的交错配置互连。在simulink下simpowersystems对三相变压器进行了建模。提出和讨论了不同负载条件下的

3、仿真结果。随后与等效的12脉波系统进行了对比。二 12脉波和24脉波tru的描述多脉波整流器使用各种脉冲乘法来产生所需的脉冲数字输入电流和输出电压。在多绕组变压器、自耦变压器或结合三相和单相变压器中电磁设备需要创建同的阶段转变。然后将线圈连接在一起，使用特定的配置来获取所需的配置。a 12脉波tru图1显示了一个使用输入三相变压器和两个单位转换比率、y和型连接的次级的所构成的12脉波tru的框图。图1 12脉波tru框图两个三相输出电压系统有相同的振幅以及30º的相移。在y型连接和辅助的型配置获得所需的相位变化。图2显示了12脉波变压器绕组连接方式，相位图表示了由六个阶段组成的输出电

4、压。图2 12脉波输入转换器（a）绕组方式 （b）相位图两个6脉波二极管桥是用来把次级的三相电压两个直流电压转换为2400赫兹的直流电压。直流输出被并行连接到负载,通过相间电感器,提供一个直流电压在4800赫兹的直流电压。用于限制次级之间的环状电流和减少输出纹波b . 24脉波tru图3显示了一个使用输入三相变压器和四个次级所构成的24脉波tru框图。图3 24脉波tru框图由四个次级提供的三相输出电压的具有相同的振幅和15º的相移。所需的相移通过初级人性绕组配置连接得到。图4给出了了24脉波变压器绕组连接和表示12相电压系统在变压输出时的相位图。图4 24脉波输入变压器（a）人形连

5、接 （b）相位图四个6脉波二极管桥是用来把次级的三相电压两个直流电压转换为2400赫兹的直流电压。直流输出被并行连接到负载,通过相间电感器,提供一个直流电压在9600赫兹的直流电压。用于限制次级之间的环状电流和减少输出纹波三 12脉波和24脉波tru建模上述12脉波和24脉波tru通过使用simpowersystems来建模和仿真,因为其中所有需要的模型可供使用。图6显示12脉波和24脉波tru的仿真图。图5 tru仿真图（a）12脉波tru （b）24脉波trutru运行在相同条件下。交流电源是一个115 v / 200 v 400赫兹的三相系统。额定直流输出电压是直流270v。10kw的带

6、阻负载连接到输出整流器。因此额定直流输出电流是37a。在12脉波tru中, 使用了y/y/，200v/200v/200v 400赫兹输入变压器。在24脉波tru中, 使用了四个z/y，50v/200v 400赫兹输入变压器。第二组初级绕组在锯齿形连接来生产所需的相移。相间电感值被限制以使得输出纹波为电流额定值的10%。对于12脉波tru这个值是136.7µh ，对于24脉波tru 是68.35µh。四、仿真结果代表tru模型的模型在仿真过程使用各种负载条件下模拟,从额定值(10 kw)的50%降至100%。a :输入电压和电流作为比较，tru的电压和电流波形记录和图6和图7

7、。图6 直流输入电压对比（a）12脉波tru (b)24脉波tru图7 交流输入电流波纹对比（a）12脉波tru (b)24脉波tru直流输出电压和电流波形如图8所示。我们可以注意24脉波tru获得的波形中电压和电流纹波的减少。图8 直流输出波形（a）电压波形 （b）电流波形b.输入电压谐波两种tru的交流输入电压的频谱如图9所示图9 交流输入电压频谱对比（a）12脉波tru (b)24脉波tru我们可以注意到,第一个24脉波tru谐波波形开始在23和25之间，而12脉波tru的谐波开始于11和13之间。两种tru的交流输入电压的频谱如图10所示，对于两种波形的第一谐波有相同的评述。图10 交

8、流输入电流频谱对比（a）12脉波tru (b)24脉波tru如表格i所示，24脉波tru的谐波组成随着负载的增大而增加。thd的最大值 (3.67%)在全负荷处获得。在输入电流中没有11次和13次谐波。23次和25次电流谐波的最大值分别为2.84%和2.21%。这些值低于由rtca所设定的3%(表二)如表3所示,12脉波tru的输入电流谐波组成比24脉波的丰富。11次和13次谐波非常高(7.99%和4.86%)。满载情况下最大thd值是9.63%。12脉波tru的谐波值低于规定标准,但在许多应用程序中应减少11次和13次谐波。这可以通过添加被动或主动谐波滤波器来实现，但这将影响tru的重量和体

9、积。c 电能质量的比较12脉波tru和24脉波tru的主要在系统输入的电能质量参数(电压thd,电流thd,功率因数)如表4所示。在这两种情况下,我们可以得出结论,电压thd随着负载的增大而减少，但电流thd随着负载的增大而增大。正如预期的那样,一个24脉波tru比同等12脉波tru产生更少谐波且拥有相同的额定功率。电流thd的提升比电压thd的提升更有意义。对于电流这个值从2.62变化到到3.06，而电压thd,只有从1.367到1.487。关于输入功率因素,这两个tru都能得到十分接近的值。图11显示了带负载情况下12脉波和24脉波tru的电能质量参数。图11 电能质量对比（a）输入电压t

10、hd （b）输入电流thd （c）输入功率因数五、结论本文完成了24脉波整流变压器单元的建模和研究。通过恒定负载得到的仿真结果显示出其相比于12脉波tru有更好的性能。12脉波tru与24脉波tru的谐波组成都满足rtca标准，但12脉波tru有更高的thd。为了把12脉波tru的thd降低到与24脉波的一个水平,需要安装有源或无源过滤器。这将增加12脉波tru的重量。未来的工作将包括24脉波tru重量体积减少评估和在变频输出电压控制操作方面的研究。24脉波tru为多电飞机及其操作简便化提供了一个有意义的解决方案，并且方便它与其它飞机电气设备的集成。六 致谢本文中描述的工作是criaq项目en

11、v405的一部分。七 参考文献1 environmental conditions and test procedures for airborne equipment, rtca/do-160g, december 2010.2 aircraft electric power characteristics, department of defense interface standard, mil-std-704e, may 1991.3 b. singh, et al., “a review of three-phase improved power quality ac-dc conv

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