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坦克火控系统三相交流软开关静变电源设计.doc

坦克火控系统三相交流软开关静变电源设计

不爱你所以谎言够胆说_
2017-10-26 0人钱柜777手机版登陆 0 0 0 暂无简介 举报

简介:本文档为《坦克火控系统三相交流软开关静变电源设计doc》,可适用于战略管理领域

坦克火控系统三相交流软开关静变电源设计坦克火控系统三相交流软开关静变电源设计Vo,NOFeb,l火力与指挥控制FireControlCommandControl第卷第z期年月文章编号:()坦克火控系统三相交流软开关静变电源设计刘亚龙,高嘉英,王治国',周伟科(装甲兵工程学院,北京,装甲兵技术学院,长春)摘要:采用高频电力变换技术,对装甲车辆火控系统中的VHz三相交流供电方式进行了替代研究试验结果表明,在三相交流软开关静变电源的设计中,引入高频脉冲直流环节可以有效地降低开关器件损耗,减小交流供电装置的体积与噪声,提高电能转换效率关键词:火控系统,变流机,软开关,高频脉冲直流环节中图分类号:TP文献标识码:ADesignofSoftswitchedThreephaseACStaticInverterofTankFireControlSystemLIUYalong,GAOJiaying,WANGZhiguo,ZHUWeike(AcademyofArmoredForceEngineering,BeOing,China,ArmoredForceTechniqueInstitute,Changchun,China)Abstract:AdoptthehighfrequencypowertransformtechnologytakeasubstituteresearchonVHzthreephaseACcurrentsupplymodeofthefirecontrolsysteminthearmoredvehiclesTheexperimentalresultsshowthatintroducingthehighfrequencypulseDCinkcandecreasetheswitchingdissipationoftheequipmenteffectively,reducethevolumeandnoiseoftheconverter,improvetheconversionefficiencyofelectricenergyduringthedesignofsoftswitchingthreephasestaticinverterKeywords:firecontrolsystem,invertersoftswitching,highfrequencypulseDClink引言目前装甲车辆中多采用旋转变流机为火控系统提供VHz三相交流电源这种供电方式的缺点是:电能转换效率低,工作噪声大随着电力电子技术和功率开关器件的发展,静变电源已经作为一种替代性供电方式应用到装甲车辆中口本文介绍了应用单向电压源高频脉冲直流环节逆变技术的火控系统三相交流软开关静变电源的设计过程该电源的特点是:无旋转部件,噪声低采用高频电力变换技术减小了静变电源本身的体积与重量在电力变换的主电路环节应用软开关技术使得静变电源的电磁兼容性得到进一步的改善收稿日期:O修回日期:作者简介:刘亚龙(一),男,河北张家口人,讲师,研究方向:电力电子与电力传动蓄电池输入:甜A相逆变模块控制电路H绷逆变模块主电路(sir杠l)尉丑逆变模块控制电路Hc相逆变模块主电路Yc一(sit,at)逆变模块控制电路Hc相逆变模块主电路图组合式逆变器结构三相高频脉冲直流环节静变电源原理框图H墼隆l陋丽募墨H硼交流输出N交流输出H攀制电路厂l环节图单相逆变器模块原理框图一一一一一一(总第,)火力与指挥控制年第期变电源结构与主电路设计上页图为采用该结构静变电源的原理框图每相逆变模块相互独立,区别在于各模块控制电路中基准正弦波存在的相位差台单相逆变模块的地线连在一起作为中线输出这种三相交流静变电源的优点是:具有较强的带不平衡负载的能力每相可分别独立控制,控制电路简单实现了模块化结构,系统可靠性高上页图为高频脉冲直流环节单相VHz软开关逆变器结构框图功率变换级为:蓄电池直流输入一DcDC斩波一高频脉冲直流电一DCAC逆变一VHz交流电根据原理框图设计的软开关逆变器主电路如图所示采用由开关管S,组成的双管正激电路作为DCDC环节的主电路拓扑,实现中间环节的电压匹配和产生脉冲直流电压高频变压器作为中间环节实现了输入与输出的隔离,拓展了逆变器的应用范围DCAC环节采用全桥电路作为主电路拓扑DCDC变换器输出的UCD为占空比一定的脉冲直流电,在脉冲电压UCD为零阶段控制桥臂上开关管Q,Q的开通与关断,以保证在源漏极电压为零的情况下实现开关管的通断转换,从而可靠实现零电压开关控制逆变桥臂开关管的开关时序,在两桥臂中点产生输出电压,经LC输出滤波环节后形成Hz单相交流电I"宰棼!!h:叫,图软开关逆变器主电路为达到软开关的要求,逆变桥臂上开关管控制脉冲的切换点在时间轴上是不连续的,因此采用离散脉冲调制(DPM)方式图为离散脉冲调制下的逆变桥工作原理图逆变桥的工作状态如下(由到B为正方向):将电流反馈信号,与电流给定信号(Hr正弦波信号)进行比较,当,超过滞环下限一口时,Q,Q导通,输出调制电压UAB等于UCD,输出电流i上升,此状态称为态,即直流电压供电状态当,在滞环范围(一口,口)以内时,Q,Q导通,Q,Q断开,桥臂中点输出电压等于,输出电感电流i经过D,Q或者D,Q进行续流,i下降,此状态称为态,即续流状态当i,超过滞环上限a时,Q,Q导通,输出电压等于UCD输出电流i反向增大,此状态称为一态因此,两桥臂中点电压就有UCD,UCD,三种状态图逆变桥三态离散脉冲调制原理图高频脉冲直流环节静变电源控制策略单相逆变模块的DCDC变换环节采用输入电压前馈控制,蓄电池输入电压以及负载的变化影响PWM控制芯片输出的占空比,从而保证DCDC变换环节输出脉冲电压平均值的稳定为克服正激电路占空比不能过大的缺陷,逆变器中增加了由开关管Sr和高频电解电容c组成的吸收电路实现占空比扩展,其控制脉冲相对于开关管和S的控制脉冲延时导通并延时关断在S和关断期间,由于Sr的延时关断,C向全桥逆变环节放电,增大脉冲直流电压的占空比,提高电能转换效率DCAC变换环节采用三态滞环电流型控制利用瞬时电压,电流反馈组成双闭环调节方式逆变器控制电路由基准正弦波发生电路,电压环调节器电路,电流滞环比较电路和采样保持电路组成外环为电压环,采用PI调节器的形式,取输出电压作为反馈信号,以基准正弦波电路产生的Hz正弦波,作为电压调节器的给定信号内环为电流环,取输出电流作为反馈信号,以电压环PI调节器的输出作为给定信号,采用三态滞环调节器对输出电流进行调节控制LJ图逆变环节传递函数框图电流内环具有自然限流功能,可以使逆变器在输出短路时限制最大输出电流,同时有利于提高系统的动态响应电压环可以保证输出电压具有良好的正弦度,较少的谐波含量和较硬的外特性图中,,为基准正弦波参考信号,为取自滤波电容c两端的输出电压经分压后的反馈信号为电压调节器的比例系数K为电压反馈系数i为电流给定信号为电感电流,为i流过霍尔器件后产生的电流反馈信号为电流反馈系数三态滞环调节器使得反馈电流i,在正负滞环环宽a内跟刘亚龙,等:坦克火控系统三相交流软开关静变电源设计(总第)'踪i变化滞环比较结果经采样保持后,控制逆变桥臂中点的输出电压UUAB经输出滤波器滤波后,得到最终需要的电压三相交流静变电源基准正弦波的产生三相基准正弦波发生器由个单相基准正弦波发生器组成,该发生器实现了各单相模块的输出电压相位相差O单相基准正弦波发生电路由振荡分频电路,阶梯波合成电路和有源滤波电路构成振荡电路包括M晶振和芯片CD,其脚输出频率为K的时钟信号阶梯波合成电路包括两个可预置计数器CD和个权电阻以及个反向器,该电路将时钟信号经循环移位和权电阻合成后输出阶数为的正弦波,此波形经有源滤波后输出Hz基准正弦波,三相基准正弦波发生器中个阶梯波合成电路公用一个振荡分频电路产生的时钟信号,利用芯片CD的预置数功能实现各单相模块控制电路中基准正弦波相位相差当三相静变电源控制电路工作时,C和R组成的微分电路为置数允许端'PE'提供初始置数高电平,CD计数器置数,其值由'J','J'所接高低电平决定阶的阶梯波对应,三相基准正弦波相位差,即每个阶梯波对应的相位关系,设定图所示…二图三相基准正弦波发生电路原理图原理样机设计及实验波形'样机采用两块一HK一型铅蓄电池供电(V),为使设计的样机具有较高可靠性及扩容余地,高频变压器采用铁氧体磁性材料,原副边匝数比为,直流环节的开关管S,S选用SSHN调节直流环节的占空比为,在高频变压器副边输出脉冲频率为KHz,平均电压为V的脉冲直流电压逆变环节开关管Q,Q,Q,Q选用IXFKN(MOSFET)输出滤波环节器件参数为C===F,L一mH逆变器输出为VHz交流电,控制电路中滞环宽度a'经过仿真与实验,确定逆变环节的时间常数为~s左右图给出的是高频变换软开关三相交流静变电源输出及软开关实验波形,输出电压波形较好,逆变桥上的开关管均实现零电压开通与关断(被测试管为相模块开关管Q,型号IXFKN,Q为该管栅极驱动电压)w't(a)开关管零电压开通波形(b)开关管零电压关断波形:j器麓(c)三相交流输出波形图软开关逆变器实验波形结论原理样机设计过程中均采用较大功率容量的器件,意图实现高可靠性,实际应用过程中可根据具体场合采用较低功率容量的高频变压器及各环节功率器件以降低成本并与现有装备实现参数匹配实验结果表明,在三态DPM电流滞环控制下,基于高频脉冲直流环节的VHz三相交流软开关静变电源具有稳定性好,动态响应快等优良性能逆变器桥臂上开关管实现了软开关,不增加辅助器件解决了开关损耗的问题供电品质高,可以取代现有的旋转变流机为火控系统提供vooHz三相交流电源参考文献:E臧克茂,马晓军,李长兵现代坦克炮控系统M北京:国防工业出版社,林渭勋现代电力电子技术M北京:机械工业出版社,陈道炼DCAC逆变技术及其应用M北京:机械工业出版社,MariaDB,AristideT,JavadM,etaAReviewofSoftswitchedDCACConverters口IEEETransonIA,,():NaserMAR,JohnEQAnalysisandDesignofaMultipleFeedbackLoopControlStrategyforSinglePhaseVoltageSourceUPSInvertersJIEEETransonPE,,】】():

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