资源说明:现代飞机越来越多地采用电力作动技术,大量先进机载用电设备的应用使得飞机供电系统容量迅速增加。传统的变压整流器和非线性负载的大量使用使电网中电流谐波含量较高,对飞机供电系统和供电质量造成很大影响。消除电网谐波污染、提高整流器的功率因数是电力电子领域研究的热点。空间矢量PWM(SVPWM)控制具有直流侧电压利用率高、动态响应快和易于数字化实现的特点。本文采用空间矢量技术对三相电压型整流器进行研究,使其网侧电压与电流同相位,从而实现高功率因数整流。
1 空间矢量控制技术
SVPWM控制技术通过控制不同开关状态的组合,将空间电压矢量V控制为按设定的参数做圆形旋转。对任意给定的空间电压矢量V
现代航空电力系统随着电力作动技术的广泛应用,其供电需求急剧增长,导致传统变压整流器及非线性负载的广泛使用,进而引起电网中电流谐波问题严重,影响供电质量和飞机系统的稳定性。为了解决这个问题,研究者们聚焦于消除谐波污染并提升整流器的功率因数。空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术因其高效、快速响应和易于数字化的优势,成为电力电子领域的热门解决方案。
SVPWM技术的核心在于通过精确控制开关元件的状态组合,使得空间电压矢量V按照预定参数在空间中进行圆形运动。这一过程涉及到8个基础空间电压矢量的合成,包括6个非零矢量和2个零矢量。通过调整这些矢量的作用时间,可以形成等幅不等宽的PWM脉冲,使得电压矢量在空间中的轨迹接近理想圆形,从而实现电流与电压的同相位,达到高功率因数整流。
在实际应用中,为了降低开关损耗,对于特定的空间电压矢量,可以通过优化开关函数,如在扇区I中的开关策略,确保上桥臂功率开关管在每个开关周期内开关次数减少。同时,零矢量的分布也经过精心设计,以平衡性能与损耗。
直接电流控制策略是三相电压型整流器(VSR)的一种有效控制方式,它采用网侧电流闭环,增强了电流控制的动态和静态性能,且具有较好的鲁棒性。固定开关频率的PWM电流控制策略简化了算法,便于实现,但PI控制器难以实现电流的无静差控制。在两相同步旋转坐标系中,电流指令为直流信号,允许更精确的有功和无功电流独立控制。
三相VSR的数字控制系统通常采用电压外环和两个电流内环的双环结构,电压环负责维持直流侧电压稳定,电流环则根据电压环的指令控制输入电流。SVPWM算法在此中发挥关键作用,生成驱动整流器的开关信号,以实现单位功率因数运行。
系统硬件设计包括交流侧电压调理电路,通过变压器和调理电路确保电压采样值在合适范围内;直流侧电压调理电路则用于将高压直流电压转换成适合数据采集的低电压信号。微处理器TMS320F2812在程序初始化后,将执行控制算法,处理采样数据,并生成相应的SVPWM控制信号,确保整流器高效、稳定运行。
基于SVPWM的航空高功率因数整流器设计旨在解决飞机供电系统中的谐波问题,提高能效和系统稳定性。通过空间矢量控制技术、直接电流控制策略和数字控制系统的设计,能够实现电流与电压的同步,降低谐波影响,确保飞机电力系统的可靠运行。
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