小型长程飞行器不间断供电系统的技术研究

论文摘要

随着技术不断发展，各类飞行器均朝着长制空、长航程不断发展。对于此类长程飞行器中的电源系统需要完成飞行阶段全程的供电任务，在满足供电质量的同时，对电源系统的长时间不间断的可靠性提出了更高的要求。目前，在各类飞行器上，电源系统设计方案各有不同，相比较而言长程飞行器中，主电源多采用发电机系统供电，对于应急电源或不间断电源的实现方式上各有不同，尤其是在电池或超级电容等储能设备的接入方面，实现手段各有不同。对于飞机而言，因为在重复使用性、人员安全性、飞机的载重和设备安装空间等条件方面均能相应的对应急电源或不间断电源环节进行设置，极大提高飞机电源系统的供电可靠性。但在某些特殊飞行器中因受到各种条件的制约，在长程飞行过程中无法装载或设置大容量大体积的应急电池，因此在长程飞行工作的过程中终会存在电源系统无应急电源的不可靠因素。随着电池技术和开关电源技术的不断发展，使得在检测、数据处理、控制驱动、供电隔离等电路硬件方面均实现集成化和小型化，在电池的容量体积比、放电密度等指标方面更为优化。为在某些长程飞行器上实现不间断供电或满足短时应急供电需要提供技术基础。本文通过对某类长程飞行器典型负载情况的分析，得出某种典型飞行器负载对电源系统的功率需求。特别是分析了发电机和直流电池之间功率分配情况。找到直流电源所对应的负载情况，由此选择合适的蓄电池类型和指标。提出一种通过双向变换器电路对蓄电池充放电的方法。选择典型的buck-boost电路作为双向变换器主电路。通过对双向变换器中高速开关的有效控制，实现蓄电池的储能和应急放电。针对本文提出的蓄电池特性和电源系统负载情况，提出蓄电池放电和充电过程的两种模糊控制策略。为在某些小型飞行器的电源系统中增加对发电机系统提供短时应急或补充电源提出一种技术方法。解决在小型长航程飞行器电源系统不间断可靠供电要求的同时，最大程度的提高电池工作效率，达到减少供电系统电路器件数量和减少电池体积重量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源、目的和意义
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.2.1 飞机电源系统不中断供电现状
• 1.2.2 国外飞行器系统研究现状
• 1.2.3 国内飞行器研究现状
• 1.3 论文的主要内容和章节安排
• 第2章 不间断供电电源技术
• 2.1 UPS 的特点
• 2.2 UPS 的分类
• 2.2.1 按电路主结构分类
• 2.2.2 按后备时间分类
• 2.2.3 按照输入输出方式分类
• 2.3 本课题研究项目与当前 UPS 电源技术的区别
• 2.4 本章小结
• 第3章 飞行器上设备用电负荷分析
• 3.1 直流电源系统负荷的分类及特性
• 3.1.1 经常负荷
• 3.1.2 事故负荷
• 3.1.3 冲击负荷
• 3.2 典型设备的负荷模型
• 3.2.1 经常负荷设备的用电模型
• 3.2.2 冲击负荷设备的用电模型
• 3.2.3 事故负荷的模型
• 3.3 直流电源系统负荷分配
• 3.3.1 某飞行器用电总负荷预计理想模型
• 3.3.2 发电机系统分配的负荷模型
• 3.3.3 蓄电池分配的负荷模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 蓄电池特性研究与设计
• 4.1 蓄电池种类
• 4.1.1 铅酸电池
• 4.1.2 碱性蓄电池
• 4.1.3 各种蓄电池体系的性能比较
• 4.2 蓄电池技术指标
• 4.3 锌银系电池性能分析
• 4.4 锂离子电池性能分析
• 4.5 本课题蓄电池设计
• 4.5.1 放电
• 4.5.2 充电
• 4.6 本章小结
• 第5章 充放电系统的设计
• 5.1 充放电电路的类型选择
• 5.1.1 典型双向变换器
• 5.1.2 其它双向变换器
• 5.2 系统构成及工作原理
• 5.3 控制器设计
• 5.3.1 模态控制
• 5.3.2 工况控制
• 5.4 本章小结
• 第6章 工作模式的仿真
• 6.1 仿真软件简介
• 6.2 正向工作模式的 BUCK 电路的仿真
• 6.3 反向工作模式的 BOOST 电路的仿真
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢