基于自适应陷波器的航空电源同步信号提取方法分析

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1、1绪论1．1选题背景在竞争日益激烈的航空领域，采用新技术优化飞机的性能以此减少飞机全寿命周期费用是降低飞机使用维护费用的重要措施。20世纪90年代，“多电飞机”[141(MoreElectricAircraft，MEA)技术成为飞机技术发展史上一次变革，传统的飞机设计理念被深刻改变。在多电飞机中，电力系统取代气压系统、液压系统、机械传动系统等设备成为飞机上唯一的二次能源，极大提高了飞机的可靠性、可维护性能及地面支援能力。而且当发电机的运转能够根据用电需求控制燃油消耗时，有助于减少能源的浪费。美国空军对多电飞机的研究开始于20世纪80年代中期，已经经

2、历了三个发展阶段【5J。第一代多电飞机目标在于提高电源系统的可靠性，并且大大增加电力系统的功率密度，已于1998年完成。第二代多电飞机也能够提供高功率密度的发电系统，主要用于战斗机。为了节约飞机的有效空间，优化飞机的空间布局，它取消了液压泵、齿轮箱和附件传动机匣，采用电能为非推进功率部分提供能源，在2005年完成。第三代多电飞机的目标是令发电功率达到数兆瓦。采用具有更高能力的功率电子器件实现飞机电源系统中的功率变换和分配，完成计划是在2012年。相比传统飞机，“多电飞机”电力系统容量增大，用电负荷类型明显增多。飞机电力系统随着多电飞机的发展提出了新

3、的要求，其中供电体制有着极大的变化。现代的飞机电力系统主要有以下四种类型【6J：28V低压直流电源，270V高压直流电源，400Hz恒频交流电源和360～800Hz变频交流电源。其中28V低压直流电源是最早应用于飞机上的电源系统，直到现在仍然可以在中小型飞机和直升机上看到。它的发电系统结构简单，运行可靠，但有限的发电机工作转速限制了电机输出的最大功率致使其可靠工作高度有限。除此之外，正常工作情况下寿命短，维护工作复杂。400Hz恒速恒频交流电源是将发动机变化的转速通过机械液压恒速装置转变为恒定转速，再传动给交流发电机。其额定容量比较大，可达50kV

4、A，而且交流电压变换交流电压或者交流电变为直流都比较方便，解决了开关电器电弧的难题。因此恒速恒频交流电源在这几十年内发展迅速并得到了广泛应用。恒速传动装置也有明显的弱点。作为精密液压机械，它的生产制造和使用维护都比较困难和复杂。1970年在电力电子器件得到大力发展的背景下，变速恒频交流电源诞生了。它是将航空发动机跳过恒频环节直接传动到发电机上产生变频的交流电。恒定于400Hz频率的交流电是经过功率变换器将变频交流电转换得来的，以供飞机使用。相对于恒速恒频电源68～72％的电源电能转换率，变速恒频质量，对各种电气设备有不同程度危害。首先，它对电气设备

5、的正常工作会造成较大的负作用。比如谐波会在发电机的旋转电机上产生不必要的功率损耗，同时还会引起发热、机械振动和噪声等问题。其次，多电飞机上的许多精密仪器可能由于谐波干扰产生失真，影响电子设备工作精度，使通信系统无法正常工作，影响飞机飞行的安全性。因此，航空电源电能质量问题引起了业界的普遍重视，并对现有的环境标准进行修改。修订后的新航空电源标准DO一160[7-9]、ISO．1540(2006)[10]和MIL—STD．704F[11】等对航空电源的电能质量提出了更加严格的要求。为了满足航空电源新标准的严格要求，三相电压源变换器将在航空电力系统中得到

6、大量应用。其普遍采用的矢量控制需要同步信号的提取，同时航空电源系统的频率控制、故障保护等也需要同步信号。因此快速准确地提取变频航空电源变化的同步信号是变流器的控制前提，也是多电飞机电能质量得到保证的前提。1．2航空电源标准分析随着变频航空电源在多电飞机上的使用，航空电源标准在针对变频电源的特点上相继做了一定的修改。下表1．1即为参照DO．160F[9]标准的一些相应的性能指标。通过对修改后的航空电能质量标准进行比较，主要为以下几个方面¨驯：①电源系统由原来的115V交流(Ac)恒频(cF)扩展到115V／230VACCF、窄变频哪)和宽变频(WF)

7、；表1．1DO．160F对谐波电流的要求Tab．1．1RequirementsforcurrentharmonicsinDO-160F—————————————————————————————————一————————————里型堕垫堂遮垂鉴3”、5恤、7mIh：0．02113的整数倍的奇次谐波(h=9血，15伍，21n⋯39m)11tll13t11非3的整数倍的奇次谐波(h_17m．19山)非3的整数倍的奇次谐波(h=23rd25也)非3的整数倍的奇次谐波(h=29血,31st⋯,；gth,37血⋯)直流分量偶次谐波(h=2”，4m)偶次谐波(h

8、=6血，8血．10山⋯40血)表1．2DO一160F对用电设备抗不平衡能力的要求Tab．1．2Requirementsfo