CN104155536A - 对飞行器中的电网进行完整性测试的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了测试飞行器供电网络完整性的系统和方法。网络包括为相线供电的多相发电机，每个相线包括输电缆线组且设有输入侧的输入电流测量探测器，每个输电缆线设有输出侧的输出电流测量探测器，系统包括：连接至至少一个相线的输出点以由此形成具有发电机的测试电路的电流注入器，其被配置成通过发电机将测试信号注入测试电路中；安装在测试电路中以测量所注入测试信号的电流强度的电流测量测试探测器；和连接至电流测量测试探测器和与至少一个相线关联的输入和输出电流测量探测器组的处理单元，其被配置成获取由电流测量测试探测器和输入和输出电流测量探测器组输出的电流强度测量信号并基于电流强度测量而确定表示供电网络完整性的电指标。

Description

对飞行器中的电网进行完整性测试的系统和方法

技术领域

本发明涉及检查飞行器中的供电网络并且更具体地检查网络完整性的一般方式。

背景技术

飞行器对电能的需求日益增加，从而向许多机载致动器和电力设备供电。因此，飞行器包括至少一个供电网，该至少一个供电网包括为多个相线供电的至少一个多相发电机。

例如，飞行器可以包括两个完全独立的AC电网和两个DC电网。每个AC网是多相的(例如三相)，其具有由耦接至对应发动机的配件箱的至少一个发电机所提供的可变或固定频率。

通过许多长缆线而将由集成在飞行器发动机中的发电机输出的电能转发至航空电子设备舱。在若干传输缆线之间共享每个相线，以满足特别严格的安全性、可靠性和冗余性约束所日益增长地规定的航空需求。为每个传输缆线提供电流互感器，以测量该传输缆线所承载的电流强度。不同的电流强度测量结果被发送至管理供电网的机载计算机。

此时，使用专用工具的单元测试作为飞行器组装过程而被执行，以测试缆线的安装。这些测试在执行时非常复杂，并且通常包括顺次地分段测量缆线电阻并且需要大量时间。因此，该测试确认布线的连续性和不同电流强度测量结果之间的一致性，但是无法测试不同电流互感器的线路分配和组装定向。此外，在安装在飞行器中的网络能够被测试之前，必须断开发电机，并且必须移除至少一部分布线。

因此，本发明的目的是通过公开一种用于测试飞行器中的供电网的完整性的系统来修正上述缺点，该系统易于使用、可靠并且是非入侵式的。

发明内容

通过一种适于确定与飞行器中的供电网络的完整性有关的电特性的完整性测试系统来实现该目的，所述网络包括向多个相线提供电力的至少一个多相发电机，其中每个相线包括在输出点与输出点之间的一组输电缆线，每个相线在其输入侧配备有输入电流测量探测器，并且每个输电缆线在其输出侧配备有输出电流测量探测器，所述系统包括：

-电流注入器，其适于连接至所述相线中的至少一个相线的输出点，从而形成具有发电机的测试电路，所述电流注入器被配置成通过所述发电机来将测试信号注入所述测试电路中；

-电流测量测试探测器，其适于被安装在所述测试电路中以测量所注入的测试信号的电流强度；以及

-处理单元，其适于首先连接至所述电流测量测试探测器，且其次连接至与所述至少一个相线相关联的输入和输出电流测量探测器组，所述处理单元被配置成获取由所述电流测量测试探测器和所述输入和输出电流测量探测器组所输出的电流强度测量信号并且基于所述电流强度测量结果而确定表示所述供电网的完整性的电指标。

因此，所述系统能够被用来快速地、全局地和非入侵式地检查飞行器中的供电网的完整性。

有利地，所述电流注入器适于连接至一组相线的输出点，并且所述处理单元适于连接至与该组相线相关联的输入和输出电流测量探测器，以同时从该组相线获取电流强度测量信号。

这提供了一种检测不同相之间的任何干扰的手段。

有利地，所述处理单元通过计算关于所述输入和输出测量探测器以及所述测量测试探测器的传递函数来确定所述电指标。

所述电指标包括来自如下指标中的指标：电连续性指标；针对所述输入和输出探测器和所述测试探测器中的每一个的变比和通带指标；针对所述输入和输出探测器和所述测试探测器中的每一个的极性反转指标；测试电路阻抗指标；以及不同相线之间的串扰指标。

有利地，所述处理单元被配置成使得其能够被安装成代替机载飞行器电网发电机控制单元。

因此，所述处理单元能够容易地连接至不同的探测器，而无需重做任何布线并且没有布线错误的风险。

所述输入和输出探测器和所述测试探测器是电流互感器，每个所述电流互感器都包括初级电路和次级电路，与所述输入和输出探测器相对应的主电路适于耦接至所述供电网，与所述测试探测器相对应的初级电路适于耦接至所述测试电路，并且所述输入和输出探测器和所述测试探测器的次级电路适于连接至所述处理单元。

本发明的目的也在于一种用于测试飞行器中的供电网的完整性的方法，所述方法包括至少一个多相发电机向多个相线提供电力，其中，每个相线都包括在输入点与输出点之间的一组输电缆线，每个相线在输入侧配备有输入电流测量探测器，并且每个输电缆线在输出侧配备有输出电流测量探测器，所述方法包括以下步骤：

-通过发电机将测试信号注入所述相线中的至少一个相线的输出点；

-测量所注入的测试信号的电流强度；

-获取所注入的测试信号的被测试电流强度以及由与所述至少一个相线相关联的输入和输出电流测量探测器组所输出的电流强度的测量结果；以及

-基于所述电流强度测量结果而确定表示所述供电网的完整性的电指标。

附图说明

在参照附图阅读本发明的作为非限制性示例给出的优选实施方式后，本发明的其他特征和优点将变得明显，其中：

图1以图解的方式示出了飞行器中的供电网；

图2以图解的方式示出了根据本发明的一个实施方式的用于测试飞行器中的供电网的完整性的系统；

图3以图解的方式示出了根据本发明的一个实施方式的、不同的探测器到完整性测试系统的处理单元的连接；和

图4以图解的方式示出了根据本发明的一个实施方式的用于测试飞行器中的供电网的完整性的方法。

具体实施方式

本发明的基本思想是通过发电机非侵入式地注入测试电流，以确定关于网络完整性的电特性。

图1以图解的方式示出了飞行器中的供电网。

供电网1包括为多个相线5a、5b和5c供电的多相发电机3。图1中的示例示出了三相发电机3，该发电机3的绕组首先向三个相线5a至5c星形耦合地供电，其次向连接至飞行器的结构9的中性线(即地线)星形耦合地供电。每个相线5a至5c都包括在位于发电机3的端部的输入点11a、11b、11c与位于供电航空电子设备舱的输出点13a、13b和13c之间的一组输电缆线15a、15b和15c。每组缆线15a、15b和15c都包括至少一个缆线151a至153a、151b至153b和151c至153c(在图1的示例中示出了三个缆线)。出于温度安全和分隔的原因，每个相线5a至5c在若干缆线151a至153a、151b至153b和151c至153c中的共享划分了电流强度。例如，如果缆线是有缺陷的，则总是能够通过其他缆线来供电。

更确切地说，输出点13a至13c位于由虚线17a界定的也称为“飞行器的电芯”17的PEPDC(主电源配电中央系统)中。来自发电机的所有缆线聚集在这个电芯17中，该电芯17针对传统飞行器位于距发电机所处的发动机吊舱几十米(40m至70m)的位置。在输出点13a至13c处重组每个组15a、15b和15c中的缆线151a至153a、151b至153b和151c至153c，以重新形成相对应的相线5a、5b、5c，所述相线在发电机线路接触器19a、19b和19c的控制下将供电转发至配电箱(未示出)。然后，配电箱将能量分配给飞行器上机载的电控致动器和不同的电设备(屏幕、供暖等)。

此外，每个相线5a至5c在其11a至11c的输入点端上配备有输入电流测量探测器21a至21c。更具体地，图1中的示例示出了发电机3的每个绕组或相在中性线端配备有输入测量探测器21a至21c。此外，每个输电缆线151a至153a、151b至153b和151c至153c在其13a至13c的输出点端上配备有输出电流测量探测器231a至233a、231b至233b和231c至233c。输入或输出电流测量探测器通常包括将测量相线或输电缆线中的AC电流强度的电流互感器。

通常，电流互感器是环形体形式，其包括：初级电路或绕组，该初级电路或绕组连接至待测量电流在其中流通的缆线；以及次级测量电路或绕组，该次级测量电路或绕组将待测量电流的值除以常量因子。有利地，可以简单地将环形体放置成在导线(输电缆线或相线)周围，并且在此情况下，该导线形成初级电路。在所有情况下，电流互感器的特征在于在初级电流的强度与次级电流的强度之间的变比，例如以1000A/1A的形式来表示。

此外，供电网1包括位于航空电子设备舱中靠近电芯17的机载发电机控制单元(GCU)25。GCU(发电机控制单元)25连接至所有的电流测量探测器21a至21c，231a至233c来获取不同的测量结果，从而控制、调节和保护发电机3。更一般地，除了所有电测量结果以外，发电机控制单元25在其工作时还获取若干物理参数(例如温度)，从而控制发电机3并保护供电网1。

图2以图解的方式示出了根据本发明的一个实施方式的用于测试飞行器中的供电网的完整性的系统(或方法)。

根据本发明，完整性测试系统包括电流注入器27、电流测量测试探测器29以及处理单元31。

电流注入器27适于通过例如夹子(从而不需要拆卸、拧紧和旋开螺钉)连接至相线5a至5c中的至少一个相线的输出点19a至19c。更具体地，电流注入器27通过线33而连接在首先是相线5a至5c之一中的一个或多个输出点19a至19c与其次是发电机3的中性线之间，或者通过飞行器的用作地面的结构9，从而形成具有发电机3的测试电路35，线路的GLC接触器19a至19c明显是开路。

例如，电流注入器27可以是被配置成通过发电机3将测试信号注入测试电路35中的电流发生器或电流放大器。所注入的电流强度相对较低，约为发电机3的标称电流强度的5％的量级。该电流能够充分变化，以便在不引入归因于温度或其他破坏性风险的任意破坏风险的情况下做出准确的诊断。测试信号的电流强度为低电平，但是另一方面，该测试信号具有与由工作中的发电机3输出的高强度工作信号相同的频率形状。该测试信号检查电网1的架构和完整性，并且测试从发电机3直至不同的测试探测器21a至21c，231a至233c和29的整个系统。

例如，针对400A至450A的标称工作电流强度，测试信号约为20A，并且频率在0Hz至20kHz之间。有利地，以非常低的电压(少于50V)并且优选地以约20V的电压执行完整性测试，以便以完全安全的方式来完成工作。

电流测量测试探测器29被适配成能够被安装在测试电路35中以测量所注入的测试信号的电流强度。测量测试探测器35例如是电流互感器的类型，该电流互感器的初级电路连接或耦接至待测量的测试信号在其中流通的测试电路35，且该电流互感器的次级电路使待测量的测试信号的强度除以常量因子(例如因子为1000)。

处理单元31被适配成能够首先连接至电流测量测试探测器29且其次连接至与至少一个相线5a至5c相关联的一组输入21a至21c和输出231a至233c电流测量探测器组(在图2的示例中，处理单元31连接至与相线5c相关联的输入探测器21c和输出探测器233a至233c)。更确切地说，与输入和输出探测器21a至21c、231a至233c和测试探测器29相对应的电流互感器的次级电路连接至处理单元31。

此外，处理单元31适于连接至电流注入器27以控制所注入信号的幅度和频率。更具体地，处理单元31被配置成通过控制链路37来控制电流注入器27，以例如应用电流强度的正弦扫描和被注入测试电路35中的测试信号的频率。因此，在已知电流注入器27的响应不一定是线性的情况下，处理单元31调节所注入电流的强度。

此外，处理单元31包括获取模块311，其被配置成获取由连接至处理单元31的输入和输出电流测量探测器组21a至21c,231a至233c和电流测量测试探测器29所输出的电流强度测量信号。处理单元31还包括计算模块313，其被配置成基于电流强度测量结果来进行信号处理以确定表示供电网1的完整性的电指标。

本质上，供电网的完整性的特征在于节点法(nodes law)的有效性。因此，针对n相发电机，根据以下表达式，通过相线i∈{1,2,...n}中的输入探测器所测量的复电流强度Igen_i必须等于与相线i相对应的包括m个输电缆线的组p∈{1,2,...m}中的(由输入探测器测量的)复电流强度Iline_i_m之和：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{Igen}\_i}=\underset{p=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\‾}{\mathrm{Iline}\_i\_p}$

更具体地，处理单元31通过计算与输入和输出探测器21a至21c,231a至233c和测量测试探测器29有关的传递函数来确定电指标。测量探测器的传递函数代表被看作是恒定线性系统的探测器的输入信号(即初级电路的信号)与输出信号(即次级电路的信号)之间的关系。可以利用代表探测器的频率行为的伯德图而做出传递函数的图形解析。已知地，伯德图包括根据频率的以分贝为单位的第一增益图以及根据频率的以度为单元的第二相位图。这些图能够快速地在视觉上显示探测器的增益容限和相位容限、连续增益、通带和稳定度。因此，通过参照伯德图来比较根据由探测器观察的测量结果而构建的伯德图，处理单元31能够快速检测最微小的异常。特别地，通过经由发电机3的线圈来注入电流，处理单元31能够在单个测试中检验电源电路(或测试电路35)和相关联的测量电路。

有利地，根据传递函数而确定的电指标包括：电连续性指标、针对每个测量探测器21a至21c、231a至233c和29的变比和通带指标；针对每个探测器21a至21c、231a至233c和29的极性反转指标；以及测试电路35和网络的阻抗指标。

通过检测不同缆线151a至153c和相线5a至5c的电连续性以及次级电路的电连续性的电阻来标识电连续性指标。例如，归因于不紧固的螺钉和被氧化的接线片(lug)的不连续性能够被立即检测，同时识别有关缆线。然后，能够利用已知的反射测量技术来确定有缺陷的缆线中的故障位置与电流注入点之间的距离。

通过伯德图直接标识每个测量探测器21a至21c、231a至233c和29的变比和带通指标。该指标检验每个探测器的响应(增益或比率)在所确定的频率范围内是正确的。这意味着能够检测绕组中的任何泄漏以及对探测器芯的破坏。此外，如果给定探测器的变比是0，则能够推导出所讨论的探测器没有被连线。

更一般地，针对在相线i的输出点处注入的电流强度Iinj_i，如果满足以下关系式，则测量结果中的变比、布线和极性将被视为是正确的：

其中，表示电流互感器的增益或理论上的变比。

特别地，通过相角的测量来标识极性反转指标。因此，通过探测器初级电路与次级电路之间的反相观察而立即检测到测量探测器的错误安装或不良定向。

通过阻抗测量或通过缆线151a至153c之间的电流强度的不均衡检测来标识阻抗指标。更确切地说，包括n个相的系统中的复阻抗矩阵被如下定义：

因此，破坏、松散或接地的缆线将具有比其他缆线更高的阻抗，并且因此能够由于阻抗指标而被立即检测到。

有利地，电流注入器27连接至相线组5a至5c的输出点13a至13c，并且处理单元31连接至固定在属于该相线组的输电缆线151a至153c上的输出电流测量探测器231a至233c。因此，处理单元31可以同时从相线组5a至5c获取电流强度测量信号。例如，电流注入器27可以连接至所有相线组5a至5c的输出点13a至13c，并且处理单元31连接至与所有相线5a至5c相关联的测量探测器21a至21c,231a至233c。因此，处理单元31确定不同相线之间或所有相线之间的串扰指标(以增益或相位)，从而检测不同相之间的任何干扰。

应当指出，能够根据以下传递函数来测量输电缆线p的两个不同的相线i与j之间的串扰

$\left\{\begin{array}{c}\∀i\≠j,\stackrel{\‾}{\mathrm{Diaph}\_j\_\mathrm{vs}\_i}=\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{Igen}\_j}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{Iinj}\_i}}\\ \stackrel{\‾}{\mathrm{Diaph}\_j\_\mathrm{vs}\_i}=\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{line}\_j\_p}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{Iinj}\_i}}\end{array}\right.$

有利地，处理单元31被配置成其能够被安装成代替用于控制将来自不同测量探测器的连接固定在其中的电网1的机载发电机控制单元25(参见图1)。

因此，仅需要进行测试以移除发电机控制单元25(其被安装在航空电子设备舱中)并且用处理单元31来代替它即可，该处理器单元不同的探测器进行相同连接，而不具有任何布线错误的风险。

图3以图解的方式示出了根据本发明的一个实施方式的、不同的探测器到完整性测试系统的处理单元的连接。

根据该示例，处理单元31包含于包括输入模块315的处理设备131中。该输入模块包括负载电阻317以将从不同探测器21a至21c,231a至233c的次级电路241a至244c输出的电流强度测量结果转换为相对应的电压测量结果。这在模拟信号被数字化处理之前对模拟信号进行整形。

图4以图解的方式示出了根据本发明的一个实施方式的用于测试飞行器中的供电网的完整性的方法。

在步骤E0中，发电机3是断开的，并且线路接触器19a至19c GLC是开路。

在步骤E1中，发电机控制单元25被移除并且由处理单元31代替。因此，处理单元31适于直接接收来自不同的输入和输出测量探测器21a至21c,231a至233c的连接。

在步骤E2中，电流注入器27(例如电流放大器)首先通过鳄鱼夹而连接至来自相线5a至5c中的至少一个的输出点13a至13c，其次通过飞行器的结构9而连接至发电机3的中性线，从而形成具有发电机3的测试电路35。此外，测量测试探测器29被安装在测试电路35中，并且其次级测量电路连接至处理单元31。此外，处理单元31通过控制链路37连接至电流注入器27以使得处理单元31能够控制电流注入器。

在步骤E3中，在相线5a至5c中的至少一个相线的输出点13a至13c处注入测试信号。在处理单元31的控制下，电流注入器27通过发电机3注入测试信号。通过测量测试探测器29来测量所注入的测试信号的电流强度，并且将该电流强度发送至处理单元31。

步骤E4涉及获取如下测量结果：所注入的测试信号的电流强度的测量结果；以及由与测试所涉及的一个或多个相线5a至5c相关联的所有输入和输出电流测量探测器21a至21c,231a至233c所输出的电流强度的测量结果。

在步骤E5中，处理单元31基于电流强度测量结果而确定表示供电网络的完整性的电指标。

因此，该测试方法提供了一种用于检查在接触器19a至19c的输入侧上的供电网1的完整性的全局的、快速的且非侵入式的方法。

Claims (7)

1.一种完整性测试系统，其适于确定与飞行器中的供电网络(1)的完整性有关的电特性，所述网络包括为多个相线(5a至5c)供电的至少一个多相发电机(3)，其中，每个相线都包括在输入点(11a至11c)与输出点(13a至13c)之间的输电缆线组(15a至15c)，每个相线在其输入侧(11a至11c)都配备有输入电流测量探测器(21a至21c)，并且每个输电缆线(151a至153c)都在其输出侧(13a至13c)配备有输出电流测量探测器(231a至233c)，所述系统的特征在于，包括：

-电流注入器(27)，其适于连接至所述相线(5a至5c)中的至少一个相线的输出点(13a至13c)，从而形成具有所述发电机(3)的测试电路(35)，所述电流注入器被配置成通过所述发电机来将测试信号注入所述测试电路中；

-电流测量测试探测器(29)，其适于被安装在所述测试电路中以测量所注入的测试信号的电流强度；以及

-处理单元(31)，其适于首先连接至所述电流测量测试探测器(29)，并且其次连接至与所述至少一个相线相关联的输入和输出电流测量探测器组(21a至21c，231a至233c)，所述处理单元被配置成获取由所述电流测量测试探测器和所述输入和输出电流测量探测器组所输出的电流强度测量信号，并且通过基于电流强度测量结果而执行信号处理来确定表示所述供电网络的完整性的电指标。

2.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述电流注入器(27)适于连接至相线组(5a至5c)的输出点(13a至13c)，并且所述处理单元(31)适于连接至与所述相线组相关联的所述输入和输出电流测量探测器(21a至21c，231a至233c)以同时从所述相线组获取电流强度测量信号。

3.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述处理单元(31)通过计算关于所述输入和输出测量探测器和关于所述测量测试探测器的传递函数来确定所述电指标。

4.根据权利要求3所述的测试系统，其特征在于，所述电指标包括来自如下指标中的指标：电连续性指标；针对所述输入和输出探测器以及所述测试探测器中的每一个的变比和通带指标；针对所述输入和输出探测器以及所述测试探测器中的每一个的极性反转指标；测试电路阻抗指标；以及不同相线之间的串扰指标。

5.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述处理单元(31)被配置成使得其能够被安装成代替机载飞行器电网发电机控制单元(25)。

6.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述输入和输出探测器(21a至21c，231a至233c)和所述测试探测器(29)是电流互感器，每个所述电流互感器都包括初级电路和次级电路，与所述输入和输出探测器相对应的初级电路适于耦接至所述供电网络，与所述测试探测器相对应的初级电路适于耦接至所述测试电路，并且所述输入和输出探测器以及所述测试探测器的次级电路适于连接至所述处理单元。

7.一种用于测试飞行器中的供电网络的完整性的方法，所述网络包括为多个相线供电的至少一个多相发电机，其中，每个相线包括在输入点与输出点之间的输电缆线组，每个相线在输入侧都配备有输入电流测量探测器，并且每个输电缆线在其输出侧都配备有输出电流测量探测器，所述方法包括以下步骤：

-通过所述发电机将测试信号注入所述相线中的至少一个相线的所述输出点；

-测量所注入的测试信号的电流强度；

-获取所注入的测试信号的被测量电流强度以及由与所述至少一个相线相关联的输入和输出电流测量探测器组所输出的电流强度的测量结果；以及

-通过基于所述电流强度测量结果而执行信号处理来确定表示所述供电网络的完整性的电指标。