MAX5175BEEET变速恒频电源系统的结构与配置,变速恒频电源系统的配置.

F-20飞机上的交一直一交VsCF发电系统,容量为40kVA,采用组合式结构,发电

机、变换器和控制器组合在一起,装在发动机附件机匣上,直接输出400Hz恒频交流电;AV-8B飞机上的20kVA VSCF电源的发电机与变换器组合在一起,控制器则另设;而F-16飞机的10kVA VSCF电源系统有三个可拆卸部件:发电机、变换器和控制器。可以采用多种结构形式是VSCF电源的一个重要优点。

交一直一交脉宽调制型VsCF发电系统的典型结构形式有5种:

组合式:发电机、变换器和控制器组合在一个壳体内;

发电机、变换器组合在一起,控制器单独设置;

发电机和变换器组合,中点形成变压器和控制器另外设置;

无刷直流发电机、变换器和控制器三个部件构成发电系统;

无刷交流发电机、变换器和控制器三个部件构成发电系统。

方式1的优点是发电机、变换器和控制器均可采用油冷,冷却发电机的滑油可以同时用于冷却变换器和控制器。冷却油系可以由发电机系统自带,也可由发动机附件机匣的滑油系统供给。采用此方案时,要防止电机与变换器污染滑油。变换器可采用循油或喷油冷却方式。喷油冷却时滑油直接喷向功率电子器件表面,冷却效果好。组合式结构的缺点是作用在发动机附件机匣的悬挂力矩大,故障时必须把整个装置从发动机附件机匣上拆卸下来,本身的维修性也比较差。

非组合式的优点是:减小了对发动机附件机匣安装空间的要求,减小了悬挂力矩。不装在发动机上的部件所受的振动强度小了,工作环境温度也降低了,所以改善了可靠性。

AV-8B飞机VSCF电源采用方案2,发电机与变换器采用油冷,控制器在飞机上,适

合于飞机机体空间较狭窄的情形。

方案3的主要特点是中点形成变压器从变换器中移出,放在电压调节点处,而调节点一般接近电源汇流条。这种配置的优点是:不对称负载时电压不平衡减小了,电源中线缩短。

无刷直流发电机方案的优点是:从发电机到变换器之间的馈电线为直流传输线,与三相交流传输线相比要轻15%左右,又因直流输电线压降小,所以电机的长度也可短些。由于该电机与组合式相比小得多,从而使附件机匣可减小,发动机舱的迎风面积也可减小。因为装在发动机附件机匣上的电机损耗小了,滑油燃油散热器或滑油空气散热器也可减小。与此同时,由于变换器与控制器不在发动机附近,所处环境条件改善,使工作可靠性提高。该方案的缺点是二极管整流桥在发电机壳体内,电机运行状态必须用专门的检测线检测;直流馈电线短路的后果较严重;不能实现启动/发电。

方案5使发电机悬挂力矩减至最小,但发电机馈电线重量增加。

为了减小发电机馈电线重量,可采用以下措施:双线并联馈电方式。由于电机工作频率较高,考虑集肤效应,单根馈电线的截面积要比双根馈电线的截面积大,故用双根馈电线重量可降低15%左右。采用双电压系统。对于大容量电源,发电机到变换器的馈电线又较长时,发电机相电压取230V,从而减小馈电线重量,但为了在变换器输人端得到115V电压,在此设置自耦式三相降压变压器。对于高频电机,此变压器重量并不大,从而可使系统重量降低。

变换器的组件结构,变换器由直流滤波器、半导体功率支路、输出滤波电感与电流互感器、输出滤波电容与电磁干扰抑制电路、中点形成变压器等组件构成。半导体功率支路由功率晶体管、续流二极管、整流二极管和晶体管基极驱动电路等构成。

变换器结构合理,不仅能提高可靠性,也可以改善维修性。对可靠性影响较大的两个因素是震动和发热。若元器件发热量大、工作环境温度高、有局部热点,变换器就容易损坏。

变换器的震动所造成的危害较严重。若结构不合理,往往导致螺栓松动、接头断开、接触不良,导致功率晶体管关断过程中的电压尖峰,也会引起较大的电磁干扰。结构不合理还会导致维修复杂化。合理的结构可以使维修人员用最简单的仪表判断变换器的故障部位,也可用最简单的工具更换故障组件。

变换器的各个组件可以装在一起,成为一个完整的部件,也可以组装成几个部件。组合的原则有:按组件损耗的功率大小划分,功率损耗大的组装在一起,损耗小的组合在一起;按工作温度的不同组合,耐高温的组合在一起,不耐高温的组合在一起。表9-2所列为组件的损耗和允许工作温度特性,图9-11所示为三种组件的配置方案。

表9-2 脉宽调制型变换器的组件结构

脉宽调制型逆变器功率晶体管的开关速度对输出电压波形影响很大。功率器件上并联吸收电容虽能改善开关管工作条件,但会使波形畸变加大,增加变换器损耗,所以一般不采用。为此,为了减小晶体管关断过程中加于其集电极和发射极上的电压尖峰,必须减小直流母线电压和减少支路的引线。合理的结构设计可使电压尖峰控制在30V以内,这样用耐压500V的器件即可在300V直流电压下可靠工作。

交流滤波器并不要求靠近功率变换器支路,因为支路输出电路电感不会在支路的功率器件上引起电压尖峰。但是交流滤波电容的杂散电感会降低电容的高频特性,从而增加电磁干扰。合理的电容组件结构可以减小杂散电感,使交流滤波电路兼有抑制电磁干扰的作用。

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