【摘 要】
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电推进系统为电动飞机提供动力。随着电动飞机朝着载人和长航程的方向发展,对电推进系统的可靠性和效率提出了更为严苛的要求。目前三相逆变器是电推进系统的重要组成部分,与其他加载设备相比,其故障率较高和能耗较大。与单个三相逆变器相比,通过将多个三相逆变器冗余并联的方法不仅有利于可靠性的提高,更能通过并联斩波策略的优化为共模电压和纹波电流抑制提供可能性。因此本文首先针对三相逆变器提出一种变结构的斩波策略以抑
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电推进系统为电动飞机提供动力。随着电动飞机朝着载人和长航程的方向发展,对电推进系统的可靠性和效率提出了更为严苛的要求。目前三相逆变器是电推进系统的重要组成部分,与其他加载设备相比,其故障率较高和能耗较大。与单个三相逆变器相比,通过将多个三相逆变器冗余并联的方法不仅有利于可靠性的提高,更能通过并联斩波策略的优化为共模电压和纹波电流抑制提供可能性。因此本文首先针对三相逆变器提出一种变结构的斩波策略以抑制高低频共模电压和开关损耗。并基于该策略,以双三相逆变器并联结构作为研究对象,提出一种交错互补的变结构斩波策略,实现抑制高低频共模电压和纹波电流。首先,本文介绍矢量合成原理,分析斩波策略和矢量合成的关系,开展共模电压、开关损耗和纹波电流的原理分析,探究矢量合成下共模电压等特性的变化规律,得到矢量合成和共模电压、开关损耗和纹波电流的数学模型,为后续斩波策略优化提供理论基础。其次,由于三相逆变器结构简单、较为容易得到开关函数与输出电压关系等特点,使得目前电推进系统常使用三相逆变器为驱动拓扑,但是传统斩波策略未兼顾抑制共模电压和开关损耗。因此本文对比研究四矢量合成和三矢量合成,改进传统四矢量的合成方式,融合三矢量合成和改进后的四矢量合成,提出一种变结构的斩波策略。该策略随着电压矢量的旋转,可以自动切换整个电压矢量圆内的两种矢量合成方法,并将该策略与传统策略进行特性对比和仿真验证。结果表明该策略在全调制度范围内能同时抑制高低频共模电压和开关损耗。由于电推进系统的高性能需求,本文采用两个三相逆变器并联的拓扑结构,该结构具有消除共模电压的可能性,但是传统斩波策略的共模电压幅值较高。因此本文基于变结构的斩波策略,改变改进后四矢量合成的开关序列,针对并联逆变器提出一种交错互补的变结构斩波策略。该策略扩展传统调制度为1的区域,重新定义调制度和矢量扇区。并将该策略与传统并联逆变器的斩波策略进行特性对比,搭建仿真模型进行验证。结果表明交错互补的变结构斩波策略能在低调制度时消除高低频共模电压,高调制度时抑制高低频共模电压,全调制度范围内抑制纹波电流。最后本文设计并搭建实验平台。实验平台是由半物理仿真平台RT-Lab、驱动板等组成,并最终在该平台完成软硬件调试。实验结果验证上述两种拓扑结构下优化的斩波策略的可行性。
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