[发明专利]高功率密度飞机交流变换器及其输入侧低次谐波抑制方法

说明书

本发明公开了一种高功率密度飞机交流变换器及其输入侧低次谐波抑制方法，用于解决现有飞机交流变换器功率密度低的技术问题。技术方案是交流变换器包括PWM整流、DAB变换和单相逆变电路。所述的PWM整流电路由三相全控整流桥、三相交流电感和输出滤波电容组成。三相全控整流桥包括三组整流桥臂，三组整流桥臂并联电连接。在每组整流桥臂上，串接一个使桥臂电流具有单向性的续流二极管。DAB变换电路由两个单相全控桥和高频变压器组成，实现输入/输出的电气隔离。单相逆变电路是单相全控桥和LC滤波电路，控制电路采用以滤波电感电流作为内环反馈信号、以输出电压作为外环反馈信号的双闭环控制结构。与现有技术相比，提高了功率密度。

技术领域

本发明涉及一种飞机交流变换器，特别是高功率密度飞机交流变换器，还涉及这种变换器输入侧低次谐波抑制方法。

背景技术

在飞机电源系统中，交流变换器有两种：一种是将220V/50Hz变为115V/400Hz恒频交流的地面交流变换器；另一种是把恒频交流变为115V/380Hz～800Hz变频交流的机载交流变换器。按变换拓扑分，有交-直-交变换器和交-交变换器两种。

参照图11。交-直-交变换器主电路由整流器、中间直流环节和逆变器三部分组成。整流器为二极管三相桥式不控整流桥或大功率管组成的全控整流桥，逆变器是由大功率管组成的桥式电路，两者作用正好相反，整流器是将电压、频率恒定的交流电变换为恒定的直流电，逆变器是将恒定的直流电变换为电压、频率可调的交流电。中间直流环节是用电容器或电抗器对整流后的电压进行滤波、用工频变压器进行输入/输出隔离的。交-直-交变换拓扑中，需要的无源器件体积、重量大、数量多，使得整个变换器功率密度低。

参照图12。交-交变换器由两组反并联的整流桥组成。通过不断改变两桥式电路中的触发角来调节输出电压幅值，通过改变正反组切换频率调节输出电压频率。交-交变换拓扑虽然大大减少了无源器件的数量，但开关器件较多，换流过程复杂，同时，输出频率受到输入侧频率的限制。

飞机交流变换器拓扑主要存在的技术问题是功率密度低、控制复杂、不易输出宽频电压，不能满足多电/全电飞机对交流电源的需求。

同时，由于变换器负载导致输入侧电流中包含有一定数量的低次谐波。这些谐波对输入侧和变换器本身造成严重危害。例如，会导致输入侧设备的额外功率损失，降低了发电和输电的效率，甚至会引起传输线过热导致火灾。同时，谐波会使电容器、电缆等设备过热，造成绝缘老化，缩短寿命，甚至损坏。

现有的低次谐波抑制技术采用的方法主要包括三大类：无源滤波技术、PWM整流技术及有源滤波技术，其中有源滤波又分为并联型、串联型、混合型。这些方法均有各自的缺点，无源滤波器不仅滤除谐波电流，还有基波电流，滤波特性依赖于电网参数，同时，滤波器件参数变化也会对滤波特性造成较大偏差。对于有源滤波器，由于微处理器的存在，有源滤波器开关频率不能满足本专利中高功率密度飞机地面或机载交流变换器的需求。采用PWM整流技术虽然有效抑制输入侧谐波，但当拓扑结构中有多级变换器负载时，仍有大量低次谐波无法抑制。因此，在高功率密度飞机交流变换器中采用合适的低次谐波抑制技术是亟待关注和解决问题。

发明内容

为了克服现有飞机交流变换器功率密度低的不足，本发明提供一种高功率密度飞机交流变换器及其输入侧低次谐波抑制方法。该交流变换器包括PWM整流、DAB变换和单相逆变电路。所述的PWM整流电路由三相全控整流桥、三相交流电感和输出滤波电容组成。三相全控整流桥包括三组整流桥臂，三组整流桥臂并联电连接。在每组整流桥臂上，串接一个使桥臂电流具有单向性的续流二极管。控制电路采用状态反馈结合前馈的双闭环控制结构。DAB变换电路由两个单相全控桥和高频变压器组成，实现输入/输出的电气隔离，控制电路采用移相控制结构。单相逆变电路是单相全控桥和LC滤波电路，控制电路采用以滤波电感电流作为内环反馈信号、以输出电压作为外环反馈信号的双闭环控制结构。与现有技术相比，提高了功率密度。