基于极性转换的航空交直流共地整流电源
收稿日期: 2023-09-06
修回日期: 2023-09-26
录用日期: 2023-11-07
网络出版日期: 2023-11-22
基金资助
国家自然科学基金(52277183)
Aircraft rectifier with common ground of AC and DC power based on polarity conversion
Received date: 2023-09-06
Revised date: 2023-09-26
Accepted date: 2023-11-07
Online published: 2023-11-22
Supported by
National Natural Science Foundation of China(52277183)
在航空交直流共地混合供电系统中，对飞机交流发电机产生的三相交流电进行整流可得到高压直流电。针对目前航空领域中常用的多脉冲变压整流器（TRU）和高频隔离整流器存在功率密度较低和可靠性较差等问题，提出了一种非隔离型整流器方案，该方案由非隔离的自耦多脉冲整流器和非隔离型双极-单极直流变换器构成。分析了新型整流方案的结构特点，提出了一种非隔离型双极-单极转换软开关直流变换器拓扑及协同控制策略。通过仿真和实验验证了该变换器可实现高功率因数整流，且具有良好的输出特性。相比于现有的航空大功率整流器，该变换器具有更高的工作可靠性和功率密度。
刘海春 , 李阳 , 谢少军 . 基于极性转换的航空交直流共地整流电源[J]. 航空学报, 2024 , 45(13) : 329539 -329539 . DOI: 10.7527/S1000-6893.2023.29539
The high voltage DC power supply is obtained by rectifying the three-phase AC power supplied by the aircraft generator in the common ground aircraft AC/DC hybrid system. Considering the low power density and reliability of the generally used multi-pulse Transformer-Rectifier-Unit （TRU） and the rectifier with high frequency galvanic isolation， a non-isolated rectifier scheme is proposed. The proposed rectifier is composed of a non-isolated Auto TRU （ATRU） and a non-isolated bipolar-unipolar DC/DC converter. Based on an analysis of the topology characteristics of the novel rectifier， a non-isolated bipolar-unipolar soft-switching DC/DC converter topology and the cooperative control strategy are proposed. The high power factor input and stable DC output of the converter are validated by simulation and experimental results. Compared with other high power aviation rectifiers， the presented one can improve the reliability and power density obviously.
| 1 | JIA Y J， RAJASHEKARA K. An induction generator-based AC/DC hybrid electric power generation system for more electric aircraft［J］. IEEE Transactions on Industry Applications， 2017， 53（3）： 2485-2494. |
| 2 | 崔亮， 许爱国， 谢少军. 高性能航空400Hz变压整流器［J］. 电源学报， 2012， 10（6）： 71-76. |
| CUI L， XU A G， XIE S J. High performance 400Hz transformer-rectifier-unit for aircraft supply［J］. Journal of Power Supply， 2012， 10（6）： 71-76 （in Chinese）. | |
| 3 | MADONNA V， GIANGRANDE P， GALEA M. Electrical power generation in aircraft： Review， challenges， and opportunities［J］. IEEE Transactions on Transportation Electrification， 2018， 4（3）： 646-659. |
| 4 | FARRUGIA D， APAP M， MICALLEF A， et al. Analysis of polygon connected ATRU for the more-electric aircraft［C］∥ 2020 IEEE 20th Mediterranean Electrotechnical Conference. Piscataway： IEEE Press， 2020： 136-140. |
| 5 | 陈杰， 申朋朋， 陈新， 等. 新型可变升压比18脉波自耦变压整流器研究［J］. 电工技术学报， 2018， 33（15）： 3607-3616. |
| CHEN J， SHEN P P， CHEN X， et al. Research on a novel variable step-up ratio 18-pulse auto-transformer rectifier unit［J］. Transactions of China Electrotechnical Society， 2018， 33（15）： 3607-3616 （in Chinese）. | |
| 6 | YANG C， ZHANG F H， CHENG L， et al. Open-circuit fault research on asymmetric delta-polygon 18-pulse autotransformer rectifier unit for more electric aircraft［J］. IEEE Transactions on Power Electronics， 2022， 37（12）： 14615-14630. |
| 7 | RAHNAMA M， VAHEDI A， MOHAMMAD-ALIKHANI A， et al. Average value modeling of six-pulse diode rectifier considering unbalance conditions in supply voltage and impedance［J］. International Transactions on Electrical Energy Systems， 2020， 30（3）： e12216. |
| 8 | 李臣松. 航空应用三相PWM整流器研究［D］. 南京： 南京航空航天大学， 2012： 3-5. |
| LI C S. Research on three-phase PWM rectifier for aviation applications［D］.Nanjing： Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， 2012： 3-5 （in Chinese）. | |
| 9 | LI X， DUSMEZ S， AKIN B， et al. A new SVPWM for the phase current reconstruction of three-phase three-level T-type converters［J］. IEEE Transactions on Power Electronics， 2016， 31（3）： 2627-2637. |
| 10 | SCHRITTWIESER L， KOLAR J W， SOEIRO T B. Novel SWISS rectifier modulation scheme preventing input current distortions at sector boundaries［J］. IEEE Transactions on Power Electronics， 2017， 32（7）： 5771-5785. |
| 11 | SIDOROV V， CHUB A， VINNIKOV D. Bidirectional isolated hexamode DC?DC converter［J］. IEEE Transactions on Power Electronics， 2022， 37（10）： 12264-12278. |
| 12 | BEN H Q， WANG X S， MENG T， et al. A duty cycle generation scheme for the three-phase single-stage full-bridge PFC in balanced-grid［J］. Electronics Letters， 2017， 53（23）： 1544-1546. |
| 13 | LI X， SUN Y， WANG H， et al. A hybrid control scheme for three-phase Vienna rectifiers［J］. IEEE Transactions on Power Electronics， 2018， 33（1）： 629-640. |
| 14 | ZHANG B F， XIE S J， LI Z Y， et al. An optimized single-stage isolated swiss-type AC/DC converter based on single full-bridge with midpoint-clamper［J］. IEEE Transactions on Power Electronics， 2021， 36（10）： 11288-11297. |
| 15 | WANG F， LEI Z F， XU X W， et al. Topology deduction and analysis of voltage balancers for DC microgrid［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics， 2017， 5（2）： 672-680. |
| 16 | 张先进， 龚春英. 三电平半桥电压平衡器［J］. 电工技术学报， 2012， 27（8）： 114-119. |
| ZHANG X J， GONG C Y. Three-level half bridge voltage balancers［J］. Transactions of China Electrotechnical Society， 2012， 27（8）： 114-119 （in Chinese）. | |
| 17 | 汪飞， 雷志方， 徐新蔚. 面向直流微电网的电压平衡器拓扑结构研究［J］. 中国电机工程学报， 2016， 36（6）： 1604-1612. |
| WANG F， LEI Z F， XU X W. Research on topologies of voltage balancers applied in DC micro-grid［J］. Proceedings of the CSEE， 2016， 36（6）： 1604-1612 （in Chinese）. | |
| 18 | LI W H， LV X D， DENG Y， et al. A review of non-isolated high step-up DC/DC converters in renewable energy applications［C］∥ 2009 Twenty-Fourth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition. Piscataway： IEEE Press， 2009： 364-369. |
| 19 | ZHANG X J， GONG C Y. Dual-buck half-bridge voltage balancer［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2013， 60（8）： 3157-3164. |
| 20 | GUNAWARDENA P， HOU N， NAYANASIRI D， et al. A dual-input single-output DC-DC converter topology for renewable energy applications［J］. IEEE Transactions on Industry Applications， 2023， 59（2）： 1995-2006. |
| 21 | 李霞林， 张雪松， 郭力， 等. 双极性直流微电网中多电压平衡器协调控制［J］. 电工技术学报， 2018， 33（4）： 721-729. |
| LI X L， ZHANG X S， GUO L， et al. Coordinated control of multiple voltage balancers in a bipolar DC microgrid［J］. Transactions of China Electrotechnical Society， 2018， 33（4）： 721-729 （in Chinese）. | |
| 22 | SARAVANA PRAKASH P， KALPANA R， SINGH B. Inclusive design and development of front-end multiphase rectifier with reduced magnetic rating and improved efficiency［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics， 2020， 8（3）： 2989-3000. |
| 23 | SynQor. MIPC-270- 115-270-FP product datasheet［EB/OL］. （2022-07-19）［2023-09-06］. . |
| 24 | LI X， SUN J L， GUO L N， et al. A three-phase single-stage AC/DC converter based on Swiss rectifier and three-level LLC topology［J］. IEEE Transactions on Power Electronics， 2023， 38（2）： 1958-1972. |
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