康 磊，王甘牛

(中國飛機強度研究所，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，對地面驗證測試試驗裝備提出了更嚴格的要求，特別是航空慣性試驗臺測試裝備，對其試驗的加速度、速度等要求越來越高，導致該類型試驗臺的傳動系統(tǒng)功率越來越大，從而帶來試驗廠房需要專線增容以及供電系統(tǒng)升級改造的問題，并增加了該試驗臺的運營成本(增容需要按月繳納占容費)。針對上述問題，本文提出了變頻驅(qū)動系統(tǒng)混合供電技術(shù)。

2 技術(shù)原理

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

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)及儲能供電單元(儲能設(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

按照該類型試驗臺的試驗工況，將混合供電系統(tǒng)分為正常充電工況、加速放電工況、回饋制動工況。正常充電工況指試驗間隙通過整流供電單元為儲能供電單元進行補充電操作；加速放電工況是指試驗臺在加速過程中，由整流供電單元與儲能供電單元共同為變頻器驅(qū)動模塊提供滿足要求的直流電源，驅(qū)動電機加速運轉(zhuǎn)；回饋制動工況指試驗臺在制動過程中，試驗臺電機分別向電網(wǎng)以及儲能設(shè)備回饋能量，從而達到快速制動的目的。

2.2 控制策略

(1)正常充電工況

正常充電時，在電機不啟動的前提下，由整流供電單元提供充電直流電源，再經(jīng)過儲能供電單元雙向DC/DC裝置向儲能設(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

試驗臺在試驗加速過程中，先由整流供電單元向變頻驅(qū)動單元提供滿足要求的直流電源。隨著電機輸出功率增加，整流供電單元輸出功率無法滿足要求時，直流母線電壓降低，降低至設(shè)定值時，儲能供電單元投入放電，儲能設(shè)備通過DC/DC裝置向直流母線補充滿足要求的直流電源，與整流供電單元同時向變頻驅(qū)動單元提供電源，從而驅(qū)動電機帶動鼓輪加速運轉(zhuǎn)。控制策略如圖2所示。

圖2 控制策略圖

如圖2所示，設(shè)定整流供電單元標準電壓為Udc0。放電伊始，儲能供電單元處于待機狀態(tài)。當所需負載大于整流供電單元提供的能量時，母線壓被拉低。母線電壓低至Udcrec，儲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，整流供電單元與儲能供電單元停止工作。

(3)回饋制動工況

試驗臺在試驗減速制動過程中，直流母線電壓升高，此時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，直流母線電壓持續(xù)升高。當升高至設(shè)定值時，儲能供電單元投入回饋，即直流母線通過DC/DC裝置向儲能設(shè)備回饋充電，從而達到電機快速制動的目的。

如圖2所示，由穩(wěn)速段轉(zhuǎn)為減速段時，需要回饋能量至儲能設(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)，儲能供電單元處于待機狀態(tài)；減速時，電機回饋能量使母線壓被抬高。當直流母線電壓高于Udc0時，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)。當母線電壓升高至Udccha時，儲能供電單元開始通過雙向DC/DC裝置向儲能設(shè)備回饋充電，吸收母線提供能量。當母線電壓繼續(xù)抬高至Udcmax時，整流供電單元與儲能供電單元都停止工作。

3 技術(shù)驗證

在技術(shù)驗證階段，依托某航空慣性試驗臺，搭建小功率驗證試驗臺(功率縮比100)，對混合供電技術(shù)進行驗證。驗證試驗臺設(shè)計技術(shù)指標如表1所示，驗證試驗臺實物見圖3。

表1 驗證試驗臺設(shè)計技術(shù)指標

圖3 驗證試驗臺實物

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，加速啟動工況下儲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(儲能輸出)，AI1-06為DC/DC模塊2#輸入電流信號值(儲能輸出)。電壓信號10V滿量程為600VDC，電流信號10V滿量程為400A。

圖4 加速啟動工況下儲能供電單元輸出特性

表3 加速放電工況測試結(jié)果

回饋制動測試結(jié)果數(shù)據(jù)如表4所示，回饋制動工況下儲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(儲能輸入)，AI1-06為DC/DC模塊2#回饋輸出電流信號值(儲能輸入)。電流信號10V滿量程為400A。加減速曲線如圖6所示。

表4 回饋制動工況測試結(jié)果

圖5 回饋制動工況下儲能供電單元輸出特性

圖6 加減速曲線

4 結(jié) 論

經(jīng)過測試驗證，航空慣性試驗臺傳動系統(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，為客戶減少了試驗臺運營成本。