《【2017年整理】多电飞机电力系统24脉波整流机组变压器的建模与仿真》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【2017年整理】多电飞机电力系统24脉波整流机组变压器的建模与仿真（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
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（15,30,45,60） 。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，可以提供高功率因
2、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 15,30,45,60 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仿真结果。随后与等效的 12
3、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 30 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
4、阶段组成的输出电压。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 15 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
5、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 TRUT
6、RU 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 136.7H ，对于 24 脉波 TRU 是 68.35H。四、仿真结果代表 T
7、RU 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。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
8、 (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
9、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
10、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 THD （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
11、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 ENV405 的一部分。七 参考文献1 Environmental Cond
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