飞机变速恒频电源系统可靠性的Monte-Carlo分析

随着电力电子技术的发展,用静止变换器取代机械式的恒速传动装置成为可能,因而出现了变速恒频电源系统。在变速恒频电源系统中,发电机是直接由飞机发动机来传动的。由于发动机的转速不是恒定的,因而发电机输出的交流电的频率也是变化的,故再用变换器把变频交流电变换为恒频交流电。飞机变速恒频电源系统的主要部件有无刷交流变频发电机、变换器和控制器。 一般情况下,变换器和控制器主要由电子元器件组成,其失效参数服从指数分布。但是发电机的失效参数为正态分布,因此,其可靠性的分析研究,用一般的解析方法是困难的。本文分析了飞机变速恒频电源系统的可靠性模型。应用Monte-Carlo方法对某型号飞机变速恒频电源系统方案的可靠性指标(R(t),MTBF)进行了数字仿真,得到了各主要部件的工作模式重要度,为该系统的研制设计提供了理论基础。     

变速恒频电源系统的数字仿真研究

建立了脉宽调制型交直交变速恒频电源系统的数学模型，研制了仿真软件，并给出了仿真实例。研究表明，本文的方法和软件可以进行变速恒频电源系统部件级和系统级的仿真分析，为设计和分析该系统提供了有力的工具。文中的方法和软件也可以用于分析恒速恒频和高压直流电源系统，为开发一套完整的飞机电源系统仿真软件奠定了基础。     

变速恒频电源系统电动工作状态数学模型

变速恒频电源系统已在现代飞机上使用。这种系统的电动机工作状态十分重要本文分析了变速恒频系统的交—交方案电动机工作状态,建立了交—交系统高速电动工作时的数学模型。用此模型计算所得系统特性与实验室中的交—交系统电动工作实验线路的试验结果相吻合,证明了数学模型是正确的。分析表明电动工作时,六相系统和三相系统相同,而九相系统的性能则比三相的好。     

某型飞机交流电源系统改造研究

某系列飞机采用了一台变频发电机，为满足该系列飞机改造的要求，研究了采用变速恒频技术将该机的单相变频交流电源改造为恒频三相交流电源的方案。本文介绍了新型交流电源系统的设计方案和主要设计参数，包括总体方案、发电机工作点选取、功率和电磁部件设计、控制器构成和系统的工作逻辑。采用本文方案研制的电源系统作为某型飞机改型验证机的主交流电源得到了实际应用，该电源系统工作稳定可靠，满足了加装电子设备的需求。     

应用于三相变换器的三维空间矢量调制

为实现三相四线的交通输出，变换器电路采取四桥臂新型拓扑，其控制采取了三维空间矢量调制，实现了变换器的在线调压及输出中点的形成，且该控制思想可以方便地在现有数字变换器平台上实现。本文对这种控制方案进行了详细分析，并以20kVA变速恒频电源变换器样机作为应用实例，给出了控制方案的详细推导过程和系统仿真结果。     

开关点预置最优SPWM变换器控制方案研究

开关点预置的正弦脉宽调制变速恒频电源，对开关点进行最优设定，使得输出电压性能优良。由于ＧＴＲ的开关频率限制，传统的开关点预置控制方案为９块波开关点预置最优ＳＰＷＭ控制方案。本文详细地讨论了开关点预置ＳＰＷＭ控制方案的理论，并针对以ＩＧＢＴ作为主功率模块的变换器，通过提高斩波频率，采用１７块波的开关点预置最优ＳＰＷＭ控制方案，进一步提高了输出电压质量和输出滤波器的谐振频率，减轻了输出滤波器体积重量，     

宽电压输入范围调节/变换装置的建模与仿真

提出了一种适用于未来先进飞机的新型专用电源系统的设计方案，它由永磁同步发电机和宽电压输入范围的变换／调节装置组成。本文利用Matlab工具建立了宽电压输入范围变换／调节装置的仿真模型。另外，还对滤波器的结构和参数对输出直流电压脉动和发电机相电流波形的影响及相电流谐波进行了仿真分析。仿真结果表明，在Boost-buck变换器之前增加滤波器，并不能改善系统直流输出电压脉动情况，反而会造成发电机三相电流谐波含量增大，对发电机产生不利的影响。新型专用电源系统直流电压脉动幅值的控制是靠变换器自身调节实现的。     

输出误差函数的交-交矩阵变换器数字PWM调制技术

针对矩阵变换器调制方式的特点，提出了基于输出电压误差函数分析的矩阵变换器离散调制技术，推导了基于时间离散和差分原理的电路方程。根据最小误差函数确定矩阵变换器开关模式，实现了系统闭环控制时开关状态的优化组合。利用α-β平面内的空间矢量描述开关组合状态，使得误差函数的计算工作量小、过程简单，易于实现。数字仿真和实验结果验证了时间离散调制技术的正确性和控制方法的可行性。     

交—交型矩阵变换器的双电压控制原理及波形合成

介绍了一般意义上的ｎ×ｍ型矩阵变换器的拓扑形式及双向功率开关的构成；分析了基于瞬时电压调制技术的三相ＡＣ－ＡＣ矩阵变换器的开关状态和控制规律；给出了在一个周期里，划分输入相区，输出相区的原则，从理论上推出了改进的双线电压控制的矩阵变换器的控制函数表达式。     

飞机无刷交流发电机设计原则及试验仿真研究

旋转整流器式无刷交流发电机是飞机恒速恒频、变速恒频及高压直流电源系统的核心部件。随着电机制造材料的发展，无刷交流发电机的设计也在不断发展与完善。变速恒频及高压直流电源中的无刷交流发电机后级带整流负载，因而电机结构有别于恒速恒频电源中的发电机。为实现体积小、重量轻、性能好的设计目标，讨论了变速恒频电源中无刷交流发电机的设计原则。并结合某一样机实例，对无刷交流发电机进行了数字仿真并对样机进行了性能试验，样机试验及仿真结果基本吻合，说明数字仿真的正确性。针对该样机的设计不足，本文提出了一种改进方案，从而进一步改善了电机结构和工艺性。     

具有最大功率点跟踪功能的双输入反激DC/DC变换器

采用双输入反激DC/DC变换器实现了太阳能电池和市电两种能源对负载的稳定供电,根据各种太阳能电池的特点,提出了双输入反激DC/DC变换器的控制策略:一方面使太阳能电池工作在最优状态,实现输出最大功率点跟踪,提高太阳能的利用率;另一方面当负载变化以及太阳能电池输出能量不足时可以从市电获取足够的能量以保证输出电压的稳定.最后通过仿真与实验,验证了本方案的可行性.     

具有输出耦合电感的高压增益双管正激组合变换器

为了克服双管正激变换器电压增益低、不适合应用于高输出电压场合的弱点,本文提出了一种具有输出耦合电感的高电压增益双管正激组合变换器。该组合变换器既具有双管正激变换器高可靠性的优点,同时电压增益是双管正激变换器的4倍。因此,在相同输入和输出电压条件下,该组合变换器的高频变压器副边输出续流二极管电压应力,为双管正激变换器对应二极管电压应力的1/4,从而在高输出电压应用场合,副边输出续流二极管可以采用低压快恢复二极管,极大地改善了续流二极管的反向恢复问题,提高了变换器的可靠性。     

加权电压控制多路输出正激变换器的研究

研究了一种经济实用的多路输出DC／DC变换器的输出电压控制方法－加权电压控制，该方法可有效地改善多路输出变换器输出的稳态稳压精度和动态响应性能，对应用加权电压控制的两路输出正激变换器进行直流稳态分析，得出直流稳态等效电路模型和输出电路压数学表达式，分析了加权因子对输出电压的影响，给出了设计加权因子的原则和设计方法，通过样机实验，验证了该方法能够较好地实现多路输出稳压指标。     

燃料电池电动车用隔离Boost全桥变换器的研究

针对燃料电池电动车辅助能源系统低压大功率、大升压比的特点,分析了几种隔离变换器方案,这几种方案均难以做到大功率应用。为此,提出了采用隔离Boost全桥变换器拓扑方案可有效地解决上述技术难点。文中介绍了该方案的原理,详细分析了控制系统,给出了数字化控制的实现方法和主电路关键参数的设计。为了验证上述方案的正确性,设计了5 kW,24 V输入300 V输出的隔离Boost全桥变换器。实验结果表明,系统具有良好的动态和静态性能,能有效地应用于电动汽车等领域。     

ZVS双正激直/直变换器

提出了一种ZVS双正激直/直变换器拓扑，该拓扑不仅保留了双管正激变换器开关电压应力低、可靠性高的优点，而且较普通的交错并联双管正激变换器减少了两个箝位二极管。电路不仅实现了原边开关管的零电压开通和关断，而且副边整流二极管不存在电压尖峰。文章详细分析了该变换器的工作原理，给出了变换器的输出特性和实现ZVS开通的条件，并用一个2kW的原理样机进行了验证，最后给出实验结果。     

输入输出共地的Buck三电平变换器

输入输出共地的Buck三电平变换器开关管的电压应力为输入电压的一半，采用交错控制方式，滤波电感最大可以减小为Buck变换器的滤波电感的1／4。本文详细分析了变换器的工作原理及该变换器的输入输出特性，并解决了飞跨电容电压的控制问题。文中给出了实验结果，验证该变换器以及确保飞跨电容电压为输入电压一半方法的可行性，并进行变换器的动态实验，表明均压电路在输入电压和负载突变过程中依然能保证飞跨电容电压为输入电压的一半。     

光伏发电系统中高升压比DC-DC变换器

光伏发电作为太阳能的重要应用方式正受到越来越广泛的关注,普遍采用前级DC-DC变换和后级逆变的结构。单相逆变器的输出电压通常为220 V(AC),这就要求前级DC-DC变换器具有很高的升压比。由于单级式DC-DC变换器难以满足要求,本文采用Boost变换器加ZVS全桥直流变压器的两级式结构。针对ZVS全桥直流变压器的不足,将LLC谐振网络应用于全桥直流变压器电路,提出了一种全桥LLC谐振直流变压器,从而实现整个负载范围内开关管的ZVS和整流二极管的ZCS。最后,分别制作了两台1 kW的原理样机进行实验验证,实验结果验证了理论分析的正确性。