CN101847962B - 多功能调压模块 - Google Patents

Abstract

一种多功能调压模块，该模块集调压、高相限制、过流保护、数字保护接口和禁止调压功能于一体；调压、高相限制、过流保护、数字保护接口和禁止调压功能由相应的闭环调压、增加高相限制、过流保护、数字保护和禁止调压的电路实现。本发明具有功能高度集成化的优点，增加了高相限制、过流保护、数字保护接口和禁止调压功能，提高了飞机电源系统的发电机控制器的可靠性。

Description

多功能调压模块

技术领域

本发明涉及一种飞机电源系统的发电机控制器的调压模块，具体涉及一种飞机电源系统的发电机控制器的多功能调压模块。

背景技术

随着多电飞机和全电飞机的研制，对机上电源品质要求和发电系统的控制保护也越来越高。作为飞机电源系统的核心部件，发电机控制器的好坏会直接影响整个电源系统的功能和性能指标。因此，一种能将高相限制、过流保护(短路保护)、有数字保护接口和禁止调压接口集一身、硬件成本和体积重量基本不变的交流发电机控制器的研制成为迫切需要，这样将大大增加飞机发电系统的安全性，而且可以节省大量的维护费用，因此对本控制器的研制，有重大的实用价值和应用前景。对促进我国飞机及直升机电力系统调压和故障管理的发展意义重大，可大大推动我国航空科学技术发展。

目前国内现有在航空产品中，发电机的调压传统方式是模拟调压，虽然其具有实现简单、体积小、重量轻的特点。但其功能单一、保护功能欠缺等一直制约着模拟调压的进一步发展。数字调压是近几年新兴的调压方式，具有保护功能多等特点，然而数字调压可靠性差，调压速度慢、易受干扰等一直是发展的瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能调压模块，其解决了背景技术中功能单一、保护功能欠缺、可靠性差，调压速度慢以及易受干扰的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种多功能调压模块，其特殊之处在于：所述模块集调压、高相限制、过流保护、数字保护接口和禁止调压功能于一体；所述调压、高相限制、过流保护、数字保护接口和禁止调压功能由相应的闭环调压、增加高相限制、过流保护、数字保护和禁止调压的电路实现。

上述闭环调压的电路是在发电机的输出端引入反馈电路，经整流后进入比较电路和基准进行比较，产生脉宽调制信号，通过控制开关电路来接通或断开励磁回路，从而使发电机的输出电压达到并稳定在预定值。

上述高相限制的电路是在闭环调压的电路基础上增加第二反馈回路，在第二反馈回路中串入100K电阻，经整流后引入第二比较电路的正输入端，经和基准比较后得到第二PWM波；第一反馈回路中直接整流后引入到第一比较电路负比较端，在无故障时输出为高电平，利用这个高电平和第二PWM波做“与”逻辑后得到第三PWM波，通过第三个PWM波控制开关电路的通/断，从而控制励磁回路的通/断的，使励磁电流的有效值随输出电压的高低而不断变化，调节输出电压始终和预设值一致。

上述过流保护的电路是在闭环调压电路的基础上，增加互感器反馈电路；以第二整流电路分压后的电压做为基准源，在第三比较电路中将第二整流电路整流后的电压和互感线路通过第三整流电路整流后的电压进行比较，并将第三比较电路的输出作为反馈信号引入第二比较电路的负比较端。

上述数字保护和禁止调压的电路是在闭环调压电路的基础上，在提供励磁的三相交流电路中引入继电器；

该继电器提供了扩展数字保护的接口；当数字处理部分要关闭调压器时，通过对继电器的控制来切断励磁，实现关闭调压器，使发电机不再输出；

在第二比较电路中引入‘禁止调压’接口信号，若‘禁止调压’信号为高，则第二比较电路就一直输出为低，开关电路处于关闭状态，发电机就一直无励磁电流，实现禁止调压。

本发明的优点在于：

1)高相限制后的优点和收益

在反馈电路中一般都是先把三相交流电整流后，再分压和基准进行比较，如果三相中的其中一相或两相出现故障(短路和断路)，整流后的电压就会降低，与基准比较就会低于基准电压，这时多功能调压模块就会增大励磁电流使两相整流后的电压和基准一致。此时两相输出电压远远高于预设电压，对用电设备造成严重的过电压冲击，严重时甚至可能导致整个系统的崩溃。引入高相限制后就很好的避免了单项超调现象，从而对整个电源系统中的用电设备起到了很好的保护功能。

2)过流保护后的优点和收益

随着多电飞机和全电飞机的研制，飞机上的电线也随之增多。商用飞机和军用飞机上都有几英里长的电线，以F-18为例，其机身上的电线长达11英里。但是，电线增多也带来了问题，美国平均每周发生一起飞机冒烟事故，这直接带来飞机安全的威胁以及飞机降落的紊乱。因此，无论飞机制造商、军方等都要求，当飞机电线出现短路问题时发电机控制器要能及时的切断电源，使损失降到最小。发电机的过流保护功能就可以很好的解决这一问题，在输出电线一旦出现短路，使电流急剧增大时，发电机控制器就会及时切断励磁回路，使发电机停止工作，从而保护系统的安全。

3)数字保护接口和禁止调压接口的优点和收益

随着多电飞机和全电飞机的研制，对发电机控制器的要求也越来越高，传统模拟调压已远不能满足新飞机的需求。本方案特别增加了数字保护接口，从整体上提高了发电机控制器的功能和性能指标，能更好的满足新型飞机对电源系统的要求，为模拟、数字综合调压器的实现奠定了夯实的基础。

增加‘禁止调压’接口信号后，就能很好的掌握调压时间，在系统的起动过程中禁止调压，从而能很好的减轻发动机起动过程的负荷，减少发电机系统在起动过程中因转速不够，而引发电品参数不合格的现象，最终可以达到减少对机上电网系统扰动的目的。

附图说明

图1为闭环调压的电路原理图；

图2为增加高相限制的电路原理图；

图3为增加高相限制、过流保护的电路原理图；

图4为增加高相限制、过流保护、数字保护和禁止调压的电路原理图。

具体实施方式

本发明的多功能调压模块集调压、高相限制、过流保护、数字保护接口和禁止调压功能与一身，能很好的完成如下功能：

A、快速调压功能；

采用经典的模拟调压为基础，继承了实现简单、调压速度快、可靠性高等优点。

B、高相限制功能；

在经典模拟调压的基础上增加高相限制功能，当电路中有一路或两路故障(短路或断路)时，能很好的将电压限制在预设范围，使用电设备免受过电压的冲击伤害。

C、过流保护功能；

在经典的模拟调压基础上增加过流保护功能，当发电机输出电路中出现过流(短路)时，能及时的切断励磁回路，使发电机不再对外输出，从而达到保护电源系统的功能。

D、数字保护扩展接口；

预留的数字保护接口能很好的和数字处理模块连接，在提供励磁能量的电路前端增加继电器，当数据处理模块敏感到故障时，能及时的断开能量来源，很好的保护本产品乃至整个系统免受能量冲击伤害。在具体实现时，又可以把模拟调压和数字调压隔离开，避免了其相互影响，很好的解决电磁兼容问题，进而实现模拟调压和数字调压的完美结合；

E、禁止调压功能；

特有的禁止调压接口使其能准确的控制调压的时机，从而实现在发动机起动和停车过程中不调压。能明显减小起动机在起动中的负载量、减少发电机在系统起动过程中，因各种参数没达到要求而发的电品参数不合格的现象、减缓系统起动过程中因电品不稳对电网系统的冲击。

本发明每项功能的实现方式如下：

A、闭环调压的实现方式

普通闭环调压的电路实现方式如图1所示，

在发电机的输出端引入反馈电路，经整流后进入比较电路和基准进行比较，产生脉宽调制信号(PWM波)，通过控制开关电路来接通或断开励磁回路，从而使发电机的输出电压达到并稳定在预定值。

B、增加高相限制的实现方式

增加高相限制的电路实现方式如图2所示，

高相限制的电路是在第二反馈回路中串入100K电阻，经整流后引入第二比较电路的正输入端，经和基准比较后得到第二PWM波；第一反馈回路中直接整流后引入到第一比较电路负比较端，在无故障时输出为高电平，利用这个高电平和第二PWM波做“与”逻辑后得到第三PWM波，通过第三个PWM波控制开关电路的通/断，从而控制励磁回路的通/断的，使励磁电流的有效值随输出电压的高低而不断变化，调节输出电压始终和预设值一致。

当发电机输出的三相电压中的任意一相或两相出现问题时，第一整流电路的输出电压会变低，使第二比较电路输出的第二PWM波一直为高，导致第二PWM波也一直为高，开关电路一直处于接通状态，励磁电流变大，进一步调高发电机输出电压，对系统中用电设备产生很大的破坏。

引入高相限制后，当剩余相的电压到达限定值后(限定值，与串入三相反馈线中的电阻和整流后的分压电阻有关)，因为第一比较电路采用的是负比较，当电压达到预设值后，第一比较电路的输出将有高电平变成为第一PWM波，并和第二比较电路输出的第二PWM波(此时常为高电压)，利用这个高电平和第一PWM波做“与”逻辑后得到第三PWM波，通过第三PWM波驱动开关电路，使电压稳定在限定值，进而控制单项或两相故障(短路或断路)后引起的超调现象。

C、增加高相限制、过流保护的实现方式

增加高相限制、过流保护的电路实现方式如图3所示，

在增加高限限制的基础上，增加互感器反馈电路；以第二整流电路分压后的电压做为基准源，在第三比较电路中将第二整流电路整流后的电压(分压后)和互感线路通过第三整流电路整流后的电压(分压后)进行比较，并将第三比较电路的输出作为反馈信号引入第二比较电路的负比较端。

当发电机输出电路中出现电流过大时(发生短路)，第三比较电路就会产生一个高电平，从而使第二比较电路的输出由高电平变成低电平，第二PWM波将无法驱动开关电路，从而实现在发电机输出电路发生短路时，控制发电机不再输出。

D、增加高相限制、过流保护、数字保护和禁止调压的实现方式

增加高相限制、过流保护、数字保护和禁止调压的电路实现方式如图4所示，

在图3的基础上进一步增加数字保护和禁止调压功能；在提供励磁的三相交流电路中引入继电器，该继电器是扩展数字保护的接口；当数字处理部分要关闭调压器时，可以通过对继电器的控制来切断励磁，实现关闭调压器，进而使发电机不再输出，实现数字保护功能；

在第二比较电路中引入‘禁止调压’接口信号，只要‘禁止调压’信号为高，则第二比较电路就一直输出为低，开关电路处于关闭状态，发电机就一直无励磁电流，进而实现禁止调压功能。

Claims (1)

1.一种多功能调压模块，其特征在于：所述模块集调压、高相限制、过流保护、数字保护接口和禁止调压功能于一体；所述调压、高相限制、过流保护、数字保护接口和禁止调压功能由相应的闭环调压、高相限制、过流保护、数字保护和禁止调压的电路实现；

所述闭环调压电路是在发电机的输出端引入第一反馈回路，经第一整流电路整流后进入第一比较电路和基准进行比较，产生脉宽调制信号；

所述高相限制电路是在闭环调压电路的基础上从发动机输出端引入第二反馈回路，在第二反馈回路的输出端串入100K电阻，经第二整流电路整流后引入第二比较电路的正输入端，经和基准比较后得到第二PWM波；第一反馈回路中将发动机输出端的信号直接整流后引入到第一比较电路负比较端，在无故障时第一比较电路输出为高电平，利用这个高电平和第二PWM波做“与”逻辑后得到第三PWM波，通过第三PWM波控制开关电路的通/断，从而控制励磁回路的通/断，使励磁电流的有效值随输出电压的高低而不断变化，调节输出电压始终和预设值一致；

所述过流保护电路是在闭环调压电路的基础上，在发动机输出线路上串入互感器反馈电路；以第二整流电路分压后的电压引入到第三比较器的负端，互感器的输出信号经第三整流电路整流后引入到第三比较器的正端，将第三比较电路的输出端作为第二比较电路的基准引入到第二比较电路的负端；

所述数字保护和禁止调压电路是在闭环调压电路的基础上，在提供励磁的三相交流电路中引入继电器；该继电器提供了扩展数字保护的接口；当数字处理部分要关闭调压器时，通过对继电器的控制来切断励磁，实现关闭调压器，使发电机不再输出；在第二比较电路中引入‘禁止调压’接口信号，若‘禁止调压’信号为高，则第二比较电路就一直输出为低，开关电路处于关闭状态，发电机就一直无励磁电流，实现禁止调压。

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