多电飞机系统传导电磁干扰交互作用机理分析及建模

采用270 V直流配电的多电飞机系统中电力电子设备众多,单一设备的传导电磁干扰很容易影响其他设备。为了探究复杂工况下设备间的传导电磁干扰交互作用机理,以DC/DC变换器、DC/AC逆变器和电机及其驱动器三种典型设备为研究对象进行研究。首先,对典型设备依据功能划分不同的运行工况。然后,分别建立了各设备的高频等效模型,在此基础上建立系统的高频等效模型。根据不同运行工况,分别研究设备间的电磁干扰交互作用机理。研究发现,设备间的电磁干扰交互作用既体现在干扰源的增加,又体现在新传导路径的引入,新传导路径会造成新的谐振问题。最后,仿真和实验结果表明,基于设备间电磁干扰交互作用机理搭建的仿真模型对谐振尖峰幅值的预测结果与实验误差在5 dBμV以内,模型符合度很好,证明了机理分析和建模的正确性。

多电航空发动机发电机负载突变时的自抗扰控制研究

多电航空发动机运行过程中发电机负载突变会影响发动机转速的稳定。通过分析发动机与发电机的耦合机理,将耦合输入、观测误差积分和动态调度参数加入扩张状态观测器中,提出一种基于改进扩张状态观测器的自抗扰控制算法以抑制负载突变扰动影响。通过多工况发电机负载突变仿真,验证了耦合输入和动态调度参数改进可减小超调,观测误差积分和动态调度参数改进可缩短调节时间。相同观测器带宽下,改进后转速受扰超调至少降低68%,调节时间至少缩短46%,总扰动最大估计误差减小80%,证明了改进后的算法对发电机负载突变具有更强的抗扰能力。

多电飞机中高效高功率密度伺服控制器设计

高效、高功率密度和高功重比是飞机电力作动系统伺服控制器的发展趋势。分析了限制伺服控制器功率密度提升的关键因素,从功率器件、母线电容和机械结构展开研究。采用分立SiC器件多管并联方案,通过权衡效率和功率密度设计功率器件的并联数量;建立电容电流应力、电压纹波与电容的数学关系,给出了最小体积的电容设计方案;采用立体式板卡和双面贴装散热设计了紧凑型机械结构来提升功率密度。最后设计出功率50 kW、功率密度11 kW/L的样机。

多电飞机断路器电弧机理及灭弧技术研究综述

多电飞机指次级功率从机械能、液压能、气压能等传统的多能源体制统一为电能体制的飞机,具有系统结构简单、可靠性高、可维护性高和能源利用率高等优点,其电力系统最先进的架构为360~800 Hz变频交流电源和270 V直流电源,目前已在空客A380、波音B787、F-22等多电飞机中应用.但随着用电功率的增加,多电飞机的配电、用电网络以及线缆布局将变得更复杂,发生短路等电气故障的概率明显加大.故障电流产生的电弧不仅严重影响线缆和用电设备的寿命、可靠性和安全性,还将限制航空电力系统扩容和飞行性能提升.多电飞机断路器是灭弧的关键器件,通过分析断路器中电弧放电过程的复杂机理,可有助于提升其灭弧性能.为深入推进多电飞机电力系统中断路器电弧理论与灭弧技术研究的开展,首先分析了民用和军用多电飞机电力系统的结构以及电气故障保护的难点,然后分别归纳了航空变频交流断路器和270 V直流断路器中电弧理论与灭弧技术的研究现状,最后预测了未来航空保护电器灭弧技术的发展趋势.

低气压方波电压下多电飞机电机绝缘局部放电研究

随着宽禁带电力电子器件与电机技术的发展,推进电机的比功率密度与容量大大提高,能够更好的满足多电飞机推进的需求,但极端环境条件(低气压、高温)与具有高d U/dt(快速上升、下降时间)的高频方波电应力更加容易引发局部放电(partialdischarge,PD),加速电机绕组绝缘材料的老化,导致电机系统失效。局部放电检测是衡量绝缘可靠性的重要手段,但与正弦电压下局部放电检测方法不同,具有高d U/dt的方波电压在上升沿和下降沿会引发强烈电磁干扰,极大地影响局部放电检测。为了解决此问题并研究低气压下多电飞机电机绝缘局放特性,提出基于特高频下混频技术和硅光电倍增技术的多电飞机推进电机绝缘局部放电联合检测方法,有效解决了高d U/dt方波下的电磁干扰问题。针对飞机实际运行工况,利用所提出的检测方法测量了不同气压下(低至20 kPa),施加方波电压时电机绝缘试样的局部放电特性,并与施加正弦电压的情况进行对比。分析了电机绝缘气–固复合绝缘的界面电荷弛豫过程,发现重复方波电压下界面弛豫电荷与局放残余电荷对瞬态电场的存在拮抗作用。提出了不同气压高d U/dt方波下局部放电起始电压的改进Paschen公式,并分析了低气压对快速方波下电机绝缘局放特性的影响规律,为多电飞机推进电机绝缘性能评估和优化设计提供参考。

电力电子技术在多电及混合动力推进飞机上的应用进展

主要回顾了过去十年间电力电子技术在多电及混合动力推进飞机中的应用,包括功率半导体器件、固态断路器等元部件层级和各种功率变换器拓扑等架构层级。此外,研制了一种基于混合三电平有源中性点箝位(3L-ANPC)拓扑结构的兆瓦级功率变换器,并给出了相关的实验结果,为实现高效高密度多电飞机及混合推进系统提供了一个颇有前景的解决方案。

多电发动机内装式高速起动发电机研究与实践

多电发动机是多电飞机的核心,内装式高速起动发电机是多电发动机的关键性支撑技术。该文论述多电发动机基本概念,结合内装式高速起动发电机集成位置和运行环境特点,系统总结了多电发动机高速起动发电机系统发展现状,并提出内装式高速双凸极起动发电技术;分析铁心材料对电机运行性能的影响规律,研究转子应力分布和并列结构转子动力学特性,结合关键参数敏感度分析,提出基于铁心材料特性与转子稳定性约束的高速双凸极起动发电机优化设计方法;研制高速油冷双凸极起动发电机原理样机,完成起动与发电实验验证。电励磁双凸极电机兼具结构坚固可靠和发电控制简单的优势,在多电发动机内装式起动发电系统中具有重要的应用价值。

多电发动机燃油系统设计面临的挑战和对策

针对IHI公司提出的由电动燃油泵和发电机系统组成的多电发动机燃油系统,探讨了实现这一系统所面临的电动燃油泵流量高精度计量、电动燃油泵低转速稳定运行、发电机系统低转速有效发电,以及发动机对多电发动机燃油系统的高安全性和高可靠性要求等4个方面的挑战。就上述4个方面的挑战,逐一给出对策:设计一种带流量反馈的电动燃油泵,以保证其高精度计量;分析低压离心泵低速增压和高压齿轮泵、电机的低速运行,给出相应的应用建议,解决电动燃油泵低转速稳定运行问题;采用永磁发电机系统,确保发电机系统低转速有效发电;采用发电机双余度电机系统,保证发动机对多电发动机燃油系统的高安全性和高可靠性要求。

多电飞机高压直流供电系统稳定性探讨

为促进飞机能源利用率有效提升,充分发挥多电飞机的燃油经济性、低碳环保性、地勤维护简单化、能源利用高效化的优势,在其高压直流供电系统中应用了大量电力电子装置,导致系统稳定性受到严重影响。文章从高压直流供电系统为切入点,通过大信号与小信号分析对其稳定性开展研究,希望本文的研究成果能为读者提供一定的参考价值。

多电飞机与电力电子

从多电飞机用电设备的非线性特性探讨了飞机电源的特点,分析了变频交流电源的不足之处。从高温电力电子器件对飞机电源、配电和用电设备发展的价值,考察了下一代多电飞机电气系统的能量管理与热管理的必要性及其主要机电装置的研究方向。推动电力电子器件及其装置的发展,已成为实现多电飞机的必要条件。

多电飞机液压系统浅析

通过对多电飞机B787及A350飞机的液压系统进行研究。

磁浮多电航空发动机的研究现状及关键技术

介绍了国际上磁浮多电发动机的研究现状、发展趋势及其核心关键技术如高温磁悬浮轴承、高温位移传感器、附件电传动技术、备用轴承和多电发动机的结构设计。介绍了美国的IHPTET计划中有关磁浮多电发动机的研制情况,IHPTET计划和美国的德雷伯实验室(DraperLaboratory)、Synchrony公司等多个单位进行了长期的合作,共同研制该发动机的核心关键技术"高温磁悬浮轴承",从目前掌握的资料分析,IHPTET计划中的磁浮多电发动机将采用Synchrony公司研制成功的"高温磁悬浮轴承"。1997年底,欧共体制定了类似的AMBIT研究计划,期望率先研制出以磁悬浮轴承支撑的航空发动机,参加该计划的有英国、德国、法国、奥地利和瑞士等5个国家。

多电飞机开关磁阻发电系统的数字仿真研究

分析了多电飞机开关磁阻发电系统的运行机理,针对开关磁阻发电机(SRG)的特点,应用MATLAB/Simulink中的电力系统工具箱(PSB)建立了开关磁阻发电系统的仿真模型,并详细的介绍了系统模型的内部结构和Simulink/PSB建模方法。利用该模型对发电系统的稳态和动态特性进行仿真,将仿真结果与实测或其它仿真方法的输出进行比较,结果基本一致,验证了系统模型的正确性,从而为多电飞机电源系统的特性分析提供了一种可行的研究方法。

多电飞机电气系统关键技术研究

介绍了多电飞机电气系统关键技术的研究现状和发展趋势,阐述了电源系统结构,PSP和ELMC的结构与功能,电源系统BIT技术与容错技术以及电力作动技术等关键技术,并探讨了上述关键技术的设计方案。

多电飞机中双级矩阵变换器的改进控制方法

提出了中频变频电源下双极矩阵变换器(TSMC)的改进控制方法,分析了地面控制方法下产生整流级相位滞后的原因,提出整流级相位的前馈校正方法,采用软件锁相环(SPLL)对变频电源的频率和相位进行检测。仿真和实验表明,SPLL对变频电源的频率和相位检测实时、准确,TSMC直流侧电压波形得以改善。

多电飞机电力系统及其关键技术

多电飞机将机载二次能源逐步统一为电能,有效提高了飞机的燃油经济性、可靠性和维护性,已成为航空科技发展的重要方向。作为机载二次能源系统的核心,电力系统在多电飞机发展过程中起到了关键支撑作用。电力系统及其关键技术的创新发展是实现飞机综合性能提升和全局优化的必要基础。本文从多电飞机的基本概念与特点出发,分析对比了典型多电飞机的电力系统架构,在此基础上系统地总结了支撑多电飞机电力系统发展的关键技术,讨论了未来多电飞机电力系统高压、直流和智能化的发展趋势。

多电飞机电气系统BIT虚警分析及解决方案

对多电飞机电气系统机内测试(Built-in Test, BIT) 虚警产生的原因进行了分析和总结, 从多电飞机的电源系统、配电系统、电力作动系统和综合控制系统四个方面阐述电气系统的虚警问题, 并针对这几部分的虚警原因, 从BIT的设计方案、系统仿真建模、硬件及软件等几个方面, 提出了一个电气系统BIT虚警问题的系统解决方案, 为多电飞机电气系统测试性及可靠性的深入研究打下了基础。

多电飞机电源系统智能机内测试诊断技术研究

提出了一种基于混合神经网络模型的智能机内测试(BIT)方法,并将其应用在多电飞机电源系统智能BIT故障诊断当中。对BIT各个测点的信号进行功率谱分析,在不损失谱线特征的前提下,利用小波的多尺度分析对谱线数量进行压缩,提取出信号在频域的特征量,并同小波包分解后的频带能量组成诊断用的特征向量。针对原有广义学习矢量量化(GLVQ)神经网络的算法缺陷进行改进,并在此基础上提出了一种混合网络模型结构。将提取的特征向量作为混合网络的学习样本,经训练后对电源系统的故障进行诊断。结果表明,基于这种混合网络的智能BIT方法诊断精度高,对测量噪声也具有良好的鲁棒性,可以有效提高多电飞机电源BIT系统的诊断性能。

基于模块化多电平变换器的多电飞机电源系统

多电飞机(MEA)电源系统电压等级高、额定功率大,且对可靠性、谐波含量、重量、效率等方面都有比较严格的要求,常规两电平变换器难以满足这些系统需求。为应对该挑战,提出基于模块化多电平变换器(MMC)的MEA电源系统。MMC具有可靠性高、谐波含量低、重量轻、效率高等特点,且具备优秀的故障穿越能力,已在中高压电力传输、船舶电力推进、电气化铁路、电动汽车等领域获得广泛应用。与以上领域相比,MEA电源系统的主要特点是频率远高于工频,由此带来更大的挑战。阐述了MMC的结构和运行原理,给出一套建模、控制、调制方法,并搭建实验系统进行验证,展示了MMC的运行效果,表明了MMC技术应用于MEA电源系统的广阔前景。

多电飞机电气负载引起的电磁干扰

多电飞机(MEA)电气系统越来越大量地采用电子变换器,使得电气系统内和系统间的电磁干扰(EMI)问题变得非常严重.基于MEA电气负载特性,将电气负载分为整流类、斩波类和逆变类,建模和仿真这3类主要电气负载在稳态和突加工作情况下的传导EMI电流,并对逆变类负载的EMI特性进行了实验验证.结果表明:负载对电源侧的EMI集中在电力电子器件开关频率及其倍频邻域;斩波环节后端连接的大功率电气负载的突加使电源线传导EMI特性发生明显变化,主要体现在幅度频谱极值所对应的频率上.研究结果对独立电气系统的EMI识别及滤波器设计具有指导意义.