大功率電弧加熱器電源串并聯(lián)運行控制系統(tǒng)研究.pdf

1、電弧風洞在航空航天領域主要用于模擬飛行器再入大氣層時的高溫高壓環(huán)境，評估飛行器的防熱材料、氣體動力布局等系統(tǒng)性能。作為電弧風洞的主要組成部分，電弧加熱器對電弧風洞的試驗性能起著決定性的影響。隨著我國航空航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展，對電弧風洞的試驗能力要求進一步提高，提升電弧加熱器電源系統(tǒng)的功率等級也被提上了日程。
　　論文首先研究等離子電弧的負載特性，其負阻抗伏安特性決定了電源必須具有“下垂”的恒流輸出外特性從而得到穩(wěn)定的工作點。早期的電

2、弧加熱器電源主要采用飽和電抗器調(diào)壓方式，調(diào)壓范圍小功率因數(shù)低且自動化程度低。晶閘管調(diào)壓整流方式因其可以通過控制觸發(fā)信號實現(xiàn)電流的閉環(huán)控制而廣泛應用于現(xiàn)代電弧加熱器電源中。本文電源系統(tǒng)采用6組相差10°的移相變壓器外接晶閘管整流橋的主電路拓撲結構，在分析晶閘管整流橋串并聯(lián)運行原理的基礎上研究不同的串并聯(lián)方式來達到不同功率等級輸出。論文采用數(shù)字PI控制技術對電源進行恒流控制，使用Matlab/Simulink軟件對電源系統(tǒng)的開閉環(huán)運行和諧波

3、污染情況進行仿真研究。
　　搭建了采用該電路拓撲的實驗室樣機，重點研究以西門子SIMADYN D控制器作為控制核心的控制系統(tǒng)，運用Step7軟件基于CFC語言編寫了針對不同運行方式下的控制程序。最后對該電源進行了實驗，分析了在實際情況下不同串并聯(lián)運行方式下電源對電網(wǎng)造成的諧波污染，測試了電源的動態(tài)響應情況以及兩組電源并聯(lián)時的均流效果。實驗結果表明電源具有快速的動態(tài)響應以及良好的并聯(lián)均流特性，驗證了所采用的數(shù)字PI控制算法的有效性。