【摘 要】
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随着空客A380商用飞机、波音B787商用飞机、以及F-35战斗机的出现,多电飞机(More-Electric-Aircraft,MEA)已成为未来飞机的发展趋势,多电飞机谐波污染问题同时也引起了航空界的广泛关注。三相变频交流发电机具有系统结构简单、发电效率高、体积重量小等优点,广泛应用于新型多电飞机,其输出电压频率在360Hz~800Hz范围内变化,最大频率变化可达400Hz/s。并且,在实际应
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随着空客A380商用飞机、波音B787商用飞机、以及F-35战斗机的出现,多电飞机(More-Electric-Aircraft,MEA)已成为未来飞机的发展趋势,多电飞机谐波污染问题同时也引起了航空界的广泛关注。三相变频交流发电机具有系统结构简单、发电效率高、体积重量小等优点,广泛应用于新型多电飞机,其输出电压频率在360Hz~800Hz范围内变化,最大频率变化可达400Hz/s。并且,在实际应用场景中可能由于负载变化、参数不对称和外界干扰等各种因素,造成发电机输出电压不平衡,从而导致整流器直流侧输出电压与输出电流产生偶数次非特征谐波,交流侧输入电流产生奇数次非特征谐波,输入电流THD增大,波形严重畸变,严重时甚至可能导致整流器损坏。三相Buck整流器因具有较宽的可调输出电压范围及良好的短路保护功能等特点,在航空供电系统中具有良好的应用前景,故研究一种适用于宽输入电压频率三相Buck整流器不平衡控制策略具有重要意义。本文以三相Buck整流器为研究对象,首先介绍了其拓扑结构以及工作原理,在此基础上研究了三相Buck整流器12扇区五段式SVPWM调制策略,根据工作模态推导了对应的矢量作用时间,介绍了几种不同的矢量分配策略及占空比产生方式,并从实际实现难易度、开关损耗大小、对输入电流质量影响等方面进行了比较。重点研究了一种宽输入电压频率三相Buck整流器不平衡控制策略。建立了三相Buck整流器等效DC/DC模型,并对等效参数进行了推导,得到了等效DC/DC模型的状态方程和其交流小信号电路模型,然后以CCM模式单相Boost PFC平均电流控制思想为基础,详细的分析了基于平均电感电流控制的三相Buck整流器恒阻输入控制策略的工作原理,根据等效DC/DC模型对电流内环及电压外环进行了设计。该控制策略在三相输入不平衡时可以显著提高交流侧输入电流质量,但其直流侧输出电压仍存在明显的二倍工频纹波。因此,论文研究了一种基于恒定导通时间(Constant On Time,COT)控制的Buck DC/DC串联补偿策略,抑制输出电压二倍工频脉动。本文研究的不平衡控制策略与输出电压纹波补策略不仅可以使三相Buck整流器获得较小的输入电流THD,而且保证了输出电压为恒定直流量。最后,对三相Buck整流器的功率器件应力进行了计算,并对交流侧LC滤波器、直流侧电感、输出电容等进行了设计,搭建了一台1000W三相Buck整流器原理样机,通过实验验证了宽输入电压频率三相Buck整流器不平衡控制策略及纹波补偿策略的正确性和可行性。
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