270V直流直線供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

孫國(guó)文，趙徐成，季嘉偉

（空軍勤務(wù)學(xué)院航空四站系，江蘇 徐州221000）

270V直流直線供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

孫國(guó)文，趙徐成，季嘉偉

（空軍勤務(wù)學(xué)院航空四站系，江蘇 徐州221000）

針對(duì)多電飛機(jī)需要270V直流的外部電源保障，介紹了270V直流直線供電系統(tǒng)的整流部分和DC/DC部分；設(shè)計(jì)了270V直線供電系統(tǒng)的具體電路，仿真了270V直線供電系統(tǒng)電路；通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析，得出了270V直流直線供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理的結(jié)論。

直線供電系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；仿真

飛機(jī)在起飛前需要外部電源保障，航空地面電源車(chē)是傳統(tǒng)的飛機(jī)外部電源保障方式。不過(guò)隨著機(jī)場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)完善及電力技術(shù)的發(fā)展，飛機(jī)外部電源保障的發(fā)展趨勢(shì)將逐漸變?yōu)橐灾本€供電系統(tǒng)保障為主，以航空地面電源車(chē)保障為輔。直線供電系統(tǒng)是采用靜變電源給停機(jī)坪上的飛機(jī)供電的一整套供電系統(tǒng)，其基本原理是先將50 Hz的市電經(jīng)過(guò)整流變成直流電，再通過(guò)半導(dǎo)體器件，利用逆變技術(shù)將其轉(zhuǎn)換為高頻方波交流，再經(jīng)過(guò)整流轉(zhuǎn)換為飛機(jī)需要的電源。直線供電系統(tǒng)具有無(wú)污染、低成本、高效率的優(yōu)點(diǎn)。直線供電系統(tǒng)需要符合GJB572A-2006《飛機(jī)外部電源供電特性及一般要求》。本文主要研究多電飛機(jī)需要的270 V直流直線供電系統(tǒng)[1]，該系統(tǒng)主要分為兩個(gè)部分：市電整流系統(tǒng)部分和DC/DC系統(tǒng)部分。

1 整流系統(tǒng)

270 V直流直線供電系統(tǒng)的市電整流部分采用的電路如圖1所示，為改進(jìn)后3個(gè)單相APFC輸出端直接并聯(lián)的三相APFC電路[2]。在輸入交流側(cè)并聯(lián)了三個(gè)濾波電容CA、CB、CC，構(gòu)造的中性點(diǎn)，讓各相電流和電壓的相位基本相同，輸入功率因數(shù)較高，增加的電感 La1、Lb2和二極管 Da2、Db2，初步消除了相間的電流耦合。

圖1 改進(jìn)后的三相三線APFC電路

2 DC/DC系統(tǒng)

圖2是移相全橋ZVS變換器的主電路拓?fù)鋄3]。此電路與普通的全橋電路相比，有以下不同之處：個(gè)功率開(kāi)關(guān)管分別并聯(lián)一個(gè)諧振電容C1～C4，其中，C1=C2，C3=C4；在變壓器原邊側(cè)回路即兩橋臂之間，串聯(lián)了一個(gè)諧振電感Lr和一個(gè)隔直電容Cb.

圖2 移相全橋ZVS變換器的主電路拓?fù)?/p>

諧振電感Lr和諧振電容C1～C4共同作用，產(chǎn)生諧振，使功率開(kāi)關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)刻，兩端的電壓為0，實(shí)現(xiàn)零電壓導(dǎo)通；諧振同樣使功率開(kāi)關(guān)管在關(guān)斷時(shí)刻，兩端的電壓為0，實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷。這種開(kāi)關(guān)方式叫做零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS），屬于軟開(kāi)關(guān)電路。

隔直電容Cb的作用為：如果功率開(kāi)關(guān)管Q1、Q4和Q2、Q3導(dǎo)通的時(shí)間并不對(duì)稱(chēng)，那么逆變產(chǎn)生的交流電壓中會(huì)包含直流分量，變壓器原邊側(cè)會(huì)積累很大的直流分量，進(jìn)而造成變壓器磁路飽和，隔直電容Cb可以阻斷直流電流分量。

3 270V直流直線供電系統(tǒng)仿真

本文采用的是MATLAB軟件中的Simulink平臺(tái)來(lái)進(jìn)行仿真分析。MATLAB是一款集工程計(jì)算、圖形繪制、系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一體的仿真軟件。Simulink是MATLAB的一個(gè)附加組件，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模與仿真的環(huán)境集成。

根據(jù)電路數(shù)據(jù)，確定仿真參數(shù)。仿真時(shí)間為0.2 s；仿真方式：間隔采樣時(shí)間為1 e～6 s；APFC電路中電感值為2 e～3 H；APFC電路中電容值為400 e～4 F；APFC電路中電阻值為1 Ω；輸出整流電路中電感值為1 e～3 H；輸出整流電路中電容值為1 e～6 F；輸出整流電路中電阻值為1 Ω.搭建好的270 V直流直線供電系統(tǒng)電路模型[4]，如圖3所示。

圖3270 V直流直線供電系統(tǒng)電路模型

在Simulink平臺(tái)上運(yùn)行上述的270 V直流直線供電系統(tǒng)電路模型，得出270 V直流直線供電系統(tǒng)最終輸出的電壓波形，如圖4所示。可以看到電壓穩(wěn)定在270 V，滿(mǎn)足GJB572A-2006《飛機(jī)外部電源供電特性及一般要求》中關(guān)于270 V輸出的規(guī)定。

圖4270 V直流直線供電系統(tǒng)最終輸出電壓波形

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了多電飛機(jī)外部電源所需要的270 V直流直線供電系統(tǒng)，對(duì)整流部分和DC/DC部分進(jìn)行了分析，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，從結(jié)果看出此系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，能夠滿(mǎn)足飛機(jī)外部電源需求。

[1]陳 偉.基于多電飛機(jī)的先進(jìn)供電技術(shù)研究[J].飛機(jī)設(shè)計(jì)，2006，27（04）：64-68.

[2]陳雙全.一種單相合成三相APFC拓?fù)涞难芯縖D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011.

[3]李順毅.75 kW移相全橋ZVS DC/DC變換器的設(shè)計(jì)[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2015.

[4]孫宇帆.MATLAB/SIMULINK電力系統(tǒng)仿真方法[J].一重技術(shù)，2006，55（06）：74-77.

Design and Simulation of 270V DC Linear Power Supply System

SUN Guo-wen，ZHAO Xu-cheng，JI Jia-wei
（ Air Force Service Station，Xuzhou Four，Xuzhou Jiangsu 221000，China）

In view of the need of 270 V DC external power supply for multi electric aircraft，this paper introduces the rectifier part and DC/DC part of 270 V DC line power supply system.The specific circuit of 270V linear power supply system is designed，and the circuit of 270 V linear power supply system is simulated.Through the analysis of the simulation results，the conclusion is drawn that the design of 270 V DC linear power supply system is reasonable.

linear power supply system；design；simulation

TM133

A

1672-545X（2017）09-0026-03

2017-06-23

孫國(guó)文（1993-），男，四川威遠(yuǎn)人，在讀碩士研究生，研究方向：航空四站保障技術(shù)與信息化。