第七章 变速恒频交流电源
§ 7-1 概述
§ 7-3 阶梯波合成型AC-DC-AC VSCF
§ 7-5 无刷起动/ 发电系统
§ 7-8 全电或多电飞机的发展及其特点
电力电子技术在航空器上的应用
小结
内容要求
§ 7-4 PWM AC-DC-AC VSCF
Ch7 变速恒频交流电源
构成、特点、工作原理、控制与保护
一、VSCF 电源的构成与类型
§ 7-1 概述
图 7-1 VSCF电源构成方块图
变频交流发
电机
电子变换
器
控制器
VFAC
n
V
CFAC
框图：
发电机：
功能：机械能→ 电能
相数：视不同的变换器结构而定。三、多相
转速：变化，变化范围同 engine。
1： 1.8 民航喷气客机； 1： 2～ 2.4 军用飞机。
冷却：小容量风冷，大容量油冷。
Con： 功能：变 f交流电 →恒频、恒压
类型： AC-AC、 AC-DC-AC
（ SCR） staircase PWM
↓↓
阶梯波合成VSCF PWM VSCF
GCU： 功能： Gen和 Con的检测、控制、保护和
故障诊断
核心： CPU
二 . 特点
1. 电气性能：与CSCF 要求一样，兼容。
2. 优点
电能质量高： f 稳定，精确不变。
效率高：， 。
旋转部件少，可靠性高
结构灵活：部件式和组件式
能实现无刷起动 /发电。
生产、使用、维护方便。
%70
csc
=
f
η
%80=
VSCF
η
3. 缺点
工作温度低，电子器件结温低，不及恒装。
过载、短路能力差：电力电子变换器。
容量： 40/30KVA，额定 40KVA。
过载以 30KVA为基数 150% 45KVA， 5min
200% 60KVA， 5s
三 . VSCF的应用和发展
第一套 VSCF： 72年装机。
AC-AC F-18、 A-4：已不再发展，不做介绍。
staircase G- Ⅲ /Ⅳ、MD90 ：核心是阶梯波合成逆变
器 已详细介绍。
PWM AC-DC-AC ： F-20、 F-16、B737、 B777。
重点
§7— 3 阶梯波合成型AC-DC-AC VSCF
一. 组成与工作原理
? 组成
3 Φ 永磁
副发电机
3 Φ主
发电机
开关
电源
驱动电源
控制电源
逻辑电源
发电机励磁电源
3 Φ
VF
桥式
整流
直流
滤波
四通道阶梯波
合成逆变器
输出
滤波
3Φ/400
115 / 200V
输出
逻辑
电路
控制保护
输出电压
电流调节
电流电压检测
图 7-5 阶梯波合成型交直交变速恒频电源方框图
合成方法：
绕组串接，第一台变比1：1 ，第二
3:1
二个桥相位差30°。
?原理
180°导通型
1 控制规律：各导通180°，
三相差120°。
iAB
UU
3
2
=
iAO
UU
3
2
=
?交直交 VSCF电压调节：
电压调节器
发 电机
电流检测
整流逆变
U
A
U
B
U
C
N
+28V
反馈
（ a）
?外特性：
115
I
A
2I
N
3I
N
I
N
0
(b)
U
A
(V)
?技术发展趋势：
高
IGBT
磁性材料：铁氧体，非晶，超微晶
微机控制技术
DC
V
fj
I I∝
二 . 调压器的特性
j
I
调节对象参数变化大： 发电机变速工作，高速
运行稳定性差
1. 工作特点
范围大。
调节对象结构复杂。
2. 设计特点
励磁电流反馈校正
强阻尼续流回路 NFF
限制
DC
V
Soft start
励磁机电流放大器特性： 电流源
§ 7-4 PWM AC-DC-AC VSCF
+
-
C
BC
E
R
OV
V
OV
V6V4
V3V1 V5
V2
i
DC
i
V1 i
D1
i
Cf
A0
B0 C0
L
f
C
f
NFT
i
NFT
C
B
A
N
i
A0
i
L
图7-7 脉宽调制型逆变器的主电路
1 构成
? rectifier and直流filter：高 ，则C 小。
f
? 直流过压吸收
? Cnverter
6T，开关管， 、 、 、 、 、 、
)(once
V
r
t
f
t
s
t
fe
h
j
T
driver、、
CM
I
BV
6D，快恢复， 、 、 、 （短路）
rr
t
j
T
)≥(
ceoo
BVBV
J
I
ceo
D
I
（通态平均电流）
?filter EMI
低通 low pass，、 。
f
L
f
C
适当的结构，可实现 EMI。
?NFT
形成中点 Neutral
提高不平衡负载能力。
2. PWM信号
（ 1） PWM信号的优化
? 最优原则：减少 low order Harmonic or THD
尽量大的基波含量。
? 调制频率f ：
P
THD
Weight of 、。
f
L
f
C
9块波， 、 、 、 。
1
loss
θ
null
θ
null
θ
null
θ
1
θ
null
θ
null
θ
null
θ
Φ
A
Φ
B
Φ
C
图7-8 最优SPWM波形
? PWM波特点：
m为偶数
m为奇数
二组开关点。 P223式7-16、 7-17
5、 7、 11、 13次为0 ，
三相：三及三的倍数次谐波＝0
THD最小。（考虑 filter影响）
]5.0cos)1([
4
+?=
∑
m
i
n
E
U θ
1=
i
i
n
nπ
]5.0cos)1([
1
∑
=
i
i
n
n
n
U
π
4
1
??=
+
m
i
E
θ
开关点数（ 1/4周期）
（ 2）滤波后各次谐波的计算
滤波器的作用：Low pass 。∴THD ↓。
滤波器的幅频特性
空载：
滤波器的自然谐振f 。
???
+=
cLi
UUU
??
= IjwLU
L
??
?= I
wc
jU
c
1
2
?
?
?
?
?
?
?
?
?=
oc
L
f
f
U
U
LC
o
π2
f
1
=
????
?==
Lico
UUUU
)1)(1()(1
2
oo
i
o
i
f
f
f
f
U
f
f
U
?+
=
?
=
??
)1)(1(
11
oo
in
on
f
nf
f
nf
U
U
?+
=
?
?
滤波后谐波含量：THD ↓ 2.32%（ Table 7-3）
2.35% （ Table 7-4）
的选取： ， 以减小重量。
o
f
1
5.4 ff
o
=
（ 3） PWM开关点的离散实现
? EPROM存储
? 量化误差， 2716：2048 1周期 1个点代表 1.22μs 。
式7-17 2.32%→ 1.45%。
? 死区时间的影响：
提前一位：1.22 μ s。 2.45%→ 2.92%。
在 PWM信号优化时要考虑量化误差和死区时间
影响。
3． PWM INV的主电路
? 输出电压
a．波形：
极电压 (A点相对于负直流母线）
（ n=1、 5、 7… ）
?
AO
U
???
-=
BOAOAOBO
UUU
1
-sin
AON AO NO n
n
UUU bθ
∞
???
=
==
∑
相电压
线电压
)5.0coscoscoscos(
4
4321
++?+?= "θθθθ
π
nnnn
n
E
b
n
中点电压
?=
NO
U 0=++
???
CONBONAON
UUU
)++(
3
1
=
????
COBOAONO
UUUU
+
-
C
BC
E
R
OV
V
OV
V6V4
V3V1 V5
V2
i
DC
i
V1 i
D1
i
Cf
A0
B0 C0
L
f
C
f
NFT
i
NFT
C
B
A
N
i
A0
i
L
图7-7 脉宽调制型逆变器的主电路
E
0
-E
（b）
0
E
（a）
（c）
-2/3E
1/3E
2/3E
-1/3E
图7-9 逆变器的电压波形
(a) 电压U
A
波形；（b）未滤波的相电压U
AON
波形；（c）未滤波的线电压U
AOBO
波形
b. 比较
中 有 E/2直流电压，有3 及 3的倍数次谐波。
不含E/2 ，无3 及 3的倍数次谐波。
与 波形不同，但谐波成分一致，
幅值小 倍。
AO
U
AOBO
U
AON
U
AOBO
U
3
? 电流：
除基波分量外，还有大量的谐波电流。
也有谐波电流，峰值 /有效值 =1.6。
LfLoadNFTcfAO
iiiii =++=
cf
i
?仿真波形与数据： 15KVA
?晶体管及二极管的电压、电流定额 。
