康 磊，王甘牛

(中國飛機(jī)強(qiáng)度研究所，陜西 西安 710065)

1 引 言

目前，國內(nèi)軍工行業(yè)發(fā)展十分迅速。隨著軍工行業(yè)的發(fā)展，對地面驗(yàn)證測試試驗(yàn)裝備提出了更嚴(yán)格的要求，特別是航空慣性試驗(yàn)臺(tái)測試裝備，對其試驗(yàn)的加速度、速度等要求越來越高，導(dǎo)致該類型試驗(yàn)臺(tái)的傳動(dòng)系統(tǒng)功率越來越大，從而帶來試驗(yàn)廠房需要專線增容以及供電系統(tǒng)升級改造的問題，并增加了該試驗(yàn)臺(tái)的運(yùn)營成本(增容需要按月繳納占容費(fèi))。針對上述問題，本文提出了變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)混合供電技術(shù)。

2 技術(shù)原理

航空慣性試驗(yàn)臺(tái)主要用于航空輪胎、機(jī)輪及剎車裝置動(dòng)態(tài)性能測試，目前試驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)多采用交流變頻驅(qū)動(dòng)方案。常規(guī)試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)力供電來自于廠房常規(guī)變壓器，由于試驗(yàn)臺(tái)瞬間功率要求越來越大，最大功率可達(dá)20MW級，試驗(yàn)廠房的常規(guī)供電不能滿足試驗(yàn)臺(tái)的要求。針對該試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)特點(diǎn)，提出變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)混合供電技術(shù)，通過“常規(guī)變壓器整流+儲(chǔ)能斬波”共同為變頻器驅(qū)動(dòng)單元提供直流電源。

2.1 系統(tǒng)組成

混合供電系統(tǒng)主要由整流供電單元(常規(guī)變壓器、整流單元)及儲(chǔ)能供電單元(儲(chǔ)能設(shè)備、雙向DC/DC裝置)組成，如圖1所示。

圖1 混合供電架構(gòu)圖

按照該類型試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)工況，將混合供電系統(tǒng)分為正常充電工況、加速放電工況、回饋制動(dòng)工況。正常充電工況指試驗(yàn)間隙通過整流供電單元為儲(chǔ)能供電單元進(jìn)行補(bǔ)充電操作；加速放電工況是指試驗(yàn)臺(tái)在加速過程中，由整流供電單元與儲(chǔ)能供電單元共同為變頻器驅(qū)動(dòng)模塊提供滿足要求的直流電源，驅(qū)動(dòng)電機(jī)加速運(yùn)轉(zhuǎn)；回饋制動(dòng)工況指試驗(yàn)臺(tái)在制動(dòng)過程中，試驗(yàn)臺(tái)電機(jī)分別向電網(wǎng)以及儲(chǔ)能設(shè)備回饋能量，從而達(dá)到快速制動(dòng)的目的。

2.2 控制策略

(1)正常充電工況

正常充電時(shí)，在電機(jī)不啟動(dòng)的前提下，由整流供電單元提供充電直流電源，再經(jīng)過儲(chǔ)能供電單元雙向DC/DC裝置向儲(chǔ)能設(shè)備充電。充電過程中，雙向DC/DC裝置采用先恒流后恒壓的控制策略。

(2)加速放電工況

試驗(yàn)臺(tái)在試驗(yàn)加速過程中，先由整流供電單元向變頻驅(qū)動(dòng)單元提供滿足要求的直流電源。隨著電機(jī)輸出功率增加，整流供電單元輸出功率無法滿足要求時(shí)，直流母線電壓降低，降低至設(shè)定值時(shí)，儲(chǔ)能供電單元投入放電，儲(chǔ)能設(shè)備通過DC/DC裝置向直流母線補(bǔ)充滿足要求的直流電源，與整流供電單元同時(shí)向變頻驅(qū)動(dòng)單元提供電源，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)鼓輪加速運(yùn)轉(zhuǎn)。控制策略如圖2所示。

圖2 控制策略圖

如圖2所示，設(shè)定整流供電單元標(biāo)準(zhǔn)電壓為Udc0。放電伊始，儲(chǔ)能供電單元處于待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)所需負(fù)載大于整流供電單元提供的能量時(shí)，母線壓被拉低。母線電壓低至Udcrec，儲(chǔ)能供電單元投入放電，為母線提供能量。母線電壓繼續(xù)降低至Udcmin時(shí)，整流供電單元與儲(chǔ)能供電單元停止工作。

(3)回饋制動(dòng)工況

試驗(yàn)臺(tái)在試驗(yàn)減速制動(dòng)過程中，直流母線電壓升高，此時(shí)先由整流供電單元向交流側(cè)回饋電能。因整流模塊功率較小，回饋不及時(shí)，直流母線電壓持續(xù)升高。當(dāng)升高至設(shè)定值時(shí)，儲(chǔ)能供電單元投入回饋，即直流母線通過DC/DC裝置向儲(chǔ)能設(shè)備回饋充電，從而達(dá)到電機(jī)快速制動(dòng)的目的。

如圖2所示，由穩(wěn)速段轉(zhuǎn)為減速段時(shí)，需要回饋能量至儲(chǔ)能設(shè)備與電網(wǎng)。穩(wěn)速段，整流供電單元處于整流工作狀態(tài)，儲(chǔ)能供電單元處于待機(jī)狀態(tài)；減速時(shí)，電機(jī)回饋能量使母線壓被抬高。當(dāng)直流母線電壓高于Udc0時(shí)，首先由整流供電單元通過自身回饋模塊將能量回饋至電網(wǎng)。當(dāng)母線電壓升高至Udccha時(shí)，儲(chǔ)能供電單元開始通過雙向DC/DC裝置向儲(chǔ)能設(shè)備回饋充電，吸收母線提供能量。當(dāng)母線電壓繼續(xù)抬高至Udcmax時(shí)，整流供電單元與儲(chǔ)能供電單元都停止工作。

3 技術(shù)驗(yàn)證

在技術(shù)驗(yàn)證階段，依托某航空慣性試驗(yàn)臺(tái)，搭建小功率驗(yàn)證試驗(yàn)臺(tái)(功率縮比100)，對混合供電技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)如表1所示，驗(yàn)證試驗(yàn)臺(tái)實(shí)物見圖3。

表1 驗(yàn)證試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)

圖3 驗(yàn)證試驗(yàn)臺(tái)實(shí)物

正常充電測試結(jié)果如表2所示，可以得出結(jié)論：整流供電單元+雙向DC/DC單元具備向儲(chǔ)能設(shè)備正常充電功能。

表2 正常充電工況測試結(jié)果

加速放電測試結(jié)果如表3所示，加速啟動(dòng)工況下儲(chǔ)能供電單元輸出特性見圖4。圖中，AI1-01為直流母線電壓信號值，AI1-03為DC/DC模塊1#輸出電流信號值，AI1-09為DC/DC模塊2#輸出電流信號值，AI1-05為DC/DC模塊1#輸入電流信號值(儲(chǔ)能輸出)，AI1-06為DC/DC模塊2#輸入電流信號值(儲(chǔ)能輸出)。電壓信號10V滿量程為600VDC，電流信號10V滿量程為400A。

圖4 加速啟動(dòng)工況下儲(chǔ)能供電單元輸出特性

表3 加速放電工況測試結(jié)果

回饋制動(dòng)測試結(jié)果數(shù)據(jù)如表4所示，回饋制動(dòng)工況下儲(chǔ)能供電單元輸出特性見圖5，圖中，AI1-03為DC/DC模塊1#回饋輸入電流信號值，AI1-09為DC/DC模塊2#回饋輸入電流信號值，AI1-05為DC/DC模塊1#回饋輸出電流信號值(儲(chǔ)能輸入)，AI1-06為DC/DC模塊2#回饋輸出電流信號值(儲(chǔ)能輸入)。電流信號10V滿量程為400A。加減速曲線如圖6所示。

表4 回饋制動(dòng)工況測試結(jié)果

圖5 回饋制動(dòng)工況下儲(chǔ)能供電單元輸出特性

圖6 加減速曲線

4 結(jié) 論

經(jīng)過測試驗(yàn)證，航空慣性試驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)混合供電技術(shù)有效可行，特別是超大脈沖功率應(yīng)用場合，能夠很好地解決用戶對常規(guī)電源的依賴，并且減少常規(guī)供電占容費(fèi)，為客戶減少了試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)營成本。