基于大容量航空地面静止变频电源研制

3 大容量功率变换电路的实现
本项目电源为适应新型电子任务系统供电需要，最大规格容量180 kVA，额定输出电流520A，过载电流696A。若采用单组桥式变换，逆变桥峰值电流过载状态下为574 A，IGBT的电流至少应在600A以上。目前，市场上可方便购买的器件大多在600A以下，超过600A的器件即使能买到，不仅价格昂贵，而且周期和渠道均无法保证，将给后期生产、服务造成很大问题。因此，现实的方法是立足通用器件提供解决方案。

采用小电流器件实现大容量装置的功率变换，有两种方案。一是采用IGBT并联，在目前技术条件下，IGBT并联，不论是并联技术本身，还是并联后装置的可靠性、可维修性等，都存在很多问题。二是采用IGBT单模块组成较小功率的变换器单元，通过单元的串联或并联扩大容量，实现大功率变换。该方案IGBT的规格和数量均与前者相同，但由于变换器单元功率较小，技术和工艺成熟，可靠性高，单元之间可以互换。因此，在成本差别不大的情况下，装置整体的工艺性、可靠性和维修性均大大提高，成为目前．IGBT大容量装置的首选。

装置串联或并联需要解决的核心问题是控制，目前，串联多采用移相多重化PWM技术，对多单元进行集中控制；并联则采用各单元独立控制，但必须有可靠的均流措施，技术难度比较大。

本项目采用逆变电源输出直接并联的扩容技术，系统结构如图3所示。各功率单元的控制器采用双环控制，波形控制内环采用带负载电流前馈控制的电感电流控制方式，不但实现了电源输出的截流控制，而且使单元间并联时的均流控制变得容易。并联均流控制采用主从式运行模式，一个单元为主，其余单元为从，主单元按电压模式运行，对装置输出电压的幅值、频率、相位及波形进行控制，并产生电感电流指令。从单元按电流模式运行，对系统的输出电压不进行控制，只是完成分担负载电流的任务。所有从单元的给定均为主单元产生的电感电流指令，只要各单元的电感电流控制内环增益一致，均流精度就可得到保证。从而实现整个装置的大容量功率变换。

采用功率单元并联技术，不但可使较小功率IGBT模块输出较大的功率，而且可提高并联输出的等效开关频率，实现多重化控制，改善输出性能，降低开关器件的损耗。由于并联的功率单元完全相同，可以互换，因此，便于标准化生产和运行维护。

4 产品研制和应用情况
按照军工产品定型的程序，本项目研制出60kVA、90kVA、150kVA产品样机各1台，先后在中航一集团601和611飞机设计研究所电气试验室通过了性能试验，在空军两个场站与重点型号飞机进行了对接试验和试用，运行状况良好。

样机主要技术指标如下：
输入 3相3线、50Hz、380V；
输出 3相4线、400Hz、115V／200V；
稳压精度±l％；
稳频精度±0．0.1％；
总谐波含量 2％(线性负载)；
电压调制量 3.5V：
动态电压超调10％
(负载O～100％变化时)；
恢复时间O．05 s；
相位 120°±2°(1／3不平衡负载)；
120°±3°(完全不平衡负载)。

样机试验测试过程，输出电压波形如图4所示。其中的突加载波形是经过电压电流霍尔采样后的波形。

5 结语
该系列电源性能测试和部队现场试用结果均表明，样机完全满足研制总要求和战技指标，可以高质量为空军现役和在研各型飞机提供地面供电保障。系列产品具备在部队推广使用的条件。