CN104698379A - 基于地面航空发电机电源测试的负载管理系统 - Google Patents
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Abstract
基于地面航空发电机电源测试的负载管理系统,负载管理计算机与交流负载总控电路、直流负载总控电路、交流负载箱和直流负载箱的控制电路信号连接,电量传感器与采集控制单元信号连接,采集控制单元与负载管理计算机的并口卡槽连接。本发明的优点是:本基于地面航空发电机电源测试的负载管理系统,可广泛应用于军/民用飞行器电源系统负载试验领域。本发明便于移动,操作简便,由多个控制回路组成,通过将负载接入不同的端口,可灵活的完成对单台/多台发电网络的集中突加/卸载、单相/三相交流平衡加/卸载、不平衡加/卸载、过载等负载的综合管理,实现电源系统品质的测试。
Description
技术领域
本发明属于地面航空发电机电源测试技术领域,特别是关于地面航空发电机电源系统试验中对负载的综合管理。
背景技术
在航空交流发电机测试过程中,为了模拟复杂多变的真实负载,需要一套智能、灵活的假负载系统。现有的电源测试负载系统往往简单地由多个电阻或电感箱,再加上微调箱、接触器柜组合组成。通用性不强,智能化程度低,且更换一个试验,需要大量的人员接线,校对,存在试验失误的风险。航空发电机地面测试不过关,装上飞机将直接影响人机安全。根据本发明,从国内几大常用发电机系列出发,提炼出简约的加载测试架构,拥有强大的通用性、高智能化、全自动化、高精度、高可靠性。直接对口标准的试验需求,提供一体化的系统解决方案,不仅提高了系统测试效率和质量,还节约了试验成本,缩短了试验工期,在地面航空发电机电源系统测试领域有广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的就是针对现有地面航空发电机测试的负载管理系统的缺点,专为目前国内大型飞机交/直流电源系统测试的负载管理而设计的一种基于地面航空发电机电源测试的负载管理系统。
本发明由负载管理计算机、交流负载总控电路、直流负载总控电路、交流负载箱、直流负载箱、电量传感器和采集控制单元组成;负载管理计算机与交流负载总控电路、直流负载总控电路、交流负载箱和直流负载箱的控制电路信号连接,电量传感器与采集控制单元信号连接,采集控制单元与负载管理计算机的并口卡槽连接。
交流负载总控电路由交流主回路、交流分步加载回路、交流相间短路回路、交流相地短路回路、交流控制电路、交流采样电路组成。分步加载回路与主回路的控制接触器前端电连接,交流相间短路和交流相地短路独立工作,所有回路的电量传感器与采集控制单元信号连接,交流控制电路与交流主回路、交流分步加载回路、交流相间短路回路和交流相地短路回路的交流接触器电连接,交流采样电路与交流主回路、交流分步加载回路、交流相间短路和交流相地短路的电量传感器信号连接,交流采样电路与采集控制单元信号连接。
直流负载总控电路由直流主回路、直流分步加载回路、直流线地短路回路、直流控制电路、直流采样电路组成。分步加载回路与主回路的控制接触器前端电连接,直流线地短路回路独立工作,所有回路的电量传感器与采集控制单元信号连接,直流控制电路与直流主回路、直流分步加载回路和直流线地短路回路的直流接触器电连接,直流采样电路与直流主回路、直流分步加载回路和直流线地短路回路的电量传感器信号连接,直流采样电路与采集控制单元信号连接。
交流负载箱电路由一个集中回路和七个分路回路组成;七个分路回路分别通过通断控制器件与集中回路并联电连接;所有分路回路分别由精密阻性负载、精密感性负载、控制单元、保护器件、通断控制器件、测试器件组成;精密阻性负载和精密感性负载通过通断控制器件并联电连接,精密阻性负载值和精密感性负载值按8421码规则,进行档位细分并联电连接,组合而成负载箱整体功率因数为cosψ=0.75~1.0滞后,交流负载箱保护器件分别与该箱集中回路和分路回路电连接,交流负载箱控制单元与该箱所有通断控制器件、测试器件信号连接,与负载管理计算机通过RS485总线信号连接。
基于地面航空发电机电源测试的负载管理系统,其特征在于直流负载箱电路,由一个集中回路和九个分路回路组成;九个分路回路分别通过通断控制器件与集中回路并联电连接;所有回路分别由精密阻性负载、控制单元、保护器件、通断控制器件、测试器件组成:精密阻性负载通过通断控制器件按8421码分档并联电连接。
它还有直流负载箱保护器件和直流负载箱控制单元,直流负载箱保护器件分别与该箱集中回路和分路回路并联或串联电连接,直流负载箱控制单元与该箱所有通断控制器件、测试器件信号连接,与负载管理计算机通过RS485总线信号连接。
交流负载总控电路的主回路、分步加载回路分别与不同的交流负载箱的集中回路,根据试验需要实现模块化组合电连接。
直流负载总控电路的主回路、分步加载回路分别与不同的直流负载箱的集中回路,根据试验需要实现模块化组合电连接。
所述交流负载总控电路额定电压为三相四线AC115V/200V,最大集中加载电流630A,短路电流最大到1200A<10S,直流负载总控制电路额定电压为两线制DC28V,最大集中加载电流为3200A,短路电流最大到3500<10S;
所述交流负载箱额定电压(相电压)115 V三相四线制,工作电压范围:104V~118V,额定相电流175 A,额定频率400Hz,工作频率范围:300Hz~ 500Hz,功率因数cosφ = 0.70滞后~ 1.00,每台负载路数为5 A一路,10 A二路,20 A一路,30 A一路,50 A二路,分为七路单独加卸载。容量裕度为在额定电压时,电阻和电感负载应具有不小于 15 % 额定负载175A的调节裕量,在满足工作电压104V~118V范围内,均能达到额定电流使用;每相各路电阻与电感具有负载的无级调节功能;
所述直流负载箱额定电压28.5V两线制,工作电压范围:24V~30V,额定电流600A,每台负载路数为10 A一路,20 A二路, 50 A三路,100A两路,200A一路,分为九路单独加卸载。容量裕度为每台负载箱在额定电压时,应具有不小于 15 % 额定负载(600A)的调节裕量,以满足在工作电压24V~30V范围内,均能达到额定电流使用;各路电阻均具有负载的无级(微调)调节功能。
所述采集控制单元配置相应PXI数据采集板卡,同时采样测量路数(通道数)为 200 路,采样率为单通道最高采样频率≤ 1.25 MHz,分辨率(模数转换器位数):≥ 12 bit。
本发明的优点是: 本基于地面航空发电机电源测试的负载管理系统,可广泛应用于军/民用飞行器电源系统负载试验领域。本发明便于移动,操作简便,由多个控制回路组成,通过将负载接入不同的端口,可灵活的完成对单台/多台发电网络的集中突加/卸载、单相/三相交流平衡加/卸载、不平衡加/卸载、过载等负载的综合管理,实现电源系统品质的测试。
说明书附图
图1为本发明电路系统方框图。
图2为交流负载总控电路的直流主回路A、直流分步加载回路B、直流线地短路回路C、直流控制电路D的电路图,11#为发电机连接排,1~3#为集中加/卸载排,4#为分步加/卸载排。当工作在过载试验模式下,需要将所配好的负载连接到集中加/卸载(1~3#)连接排,分路加/卸载(4#)连接排空置,优先投入负载档位值较大的档。当工作在突加/卸试验模式下时,分路加/卸载(4#)连接排为10%或20%P的分步加载用;分路加卸载(4#)连接排,还可为不平衡加载试验用,其平衡负载加在集中加卸载(1~3#)连接排。
图3为交流负载总控电路的交流控制电路E、交流采样电路F的电路图。
图4为直流负载总控电路中的直流主回路A1、直流分步加载回路B1和直流线地短路回路C1三种回路电路,11~44#为发电机连接排,1~6#为集中加/卸载排,7~8#为分步加/卸载排。当工作在过载试验模式下,只用将所配好的负载加到集中加/卸载(1~6#)连接排,分路加/卸载(7~8#)连接排空置,优先投入负载档位值较大的档。当工作在突加、突卸试验模式下时,分路加/卸载(7~8#)连接排为10%或20%P的分步加载用。
图5为直流负载总控电路中的直流控制电路D1和直流采样电路E1二种回路电路。
图6为交流负载箱简图。
图7为直流负载箱简图。
具体实施方式
本发明由负载管理计算机、交流负载总控电路、直流负载总控电路、交流负载箱、直流负载箱、电量传感器和采集控制单元组成,系统框图见附图1。
负载管理计算机与交流负载总控电路、直流负载总控电路、交流负载箱和直流负载箱的控制电路信号连接,电量传感器与采集控制单元信号连接,采集控制单元与负载管理计算机的并口卡槽连接。
交流负载总控电路见附图2,由交流主回路A、交流分步加载回路B、交流相间短路回路C、交流相地短路回路D、交流控制电路E、交流采样电路F组成。分步加载回路B与主回路A的控制接触器前端电连接,交流相间短路和交流相地短路独立工作,所有回路的电量传感器与采集控制单元信号连接,交流控制电路E与交流主回路A、交流分步加载回路B、交流相间短路回路C和交流相地短路回路D的交流接触器电连接,交流采样电路F与交流主回路A、交流分步加载回路B、交流相间短路C和交流相地短路D的电量传感器信号连接,交流采样电路F与采集控制单元信号连接。
直流负载总控电路见附图5,由直流主回路A1、直流分步加载回路B1、直流线地短路回路C1、直流控制电路D1、直流采样电路E1组成。分步加载回路B1与主回路A1的控制接触器前端电连接,直流线地短路回路C1独立工作,所有回路的电量传感器与采集控制单元信号连接,直流控制电路D1与直流主回路A1、直流分步加载回路B1和直流线地短路回路C1的直流接触器电连接,直流采样电路E1与直流主回路A1、直流分步加载回路B1和直流线地短路回路C1的电量传感器信号连接,直流采样电路E1与采集控制单元信号连接。
交流负载箱电路简图见附图4,由一个集中回路A2和七个分路回路B2组成。七个分路回路B2分别通过通断控制器件与集中回路A2并联电连接。该箱中分路回路由精密阻性负载、精密感性负载、控制单元、保护器件、通断控制器件、测试器件组成。精密阻性负载和精密感性负载通过通断控制器件并联电连接。精密阻性负载值和精密感性负载值按8421码规则,进行档位细分并联电连接,最小分档0.25A,精度为2%,组合而成负载箱整体功率因数为cosψ=0.75~1.0(滞后)。分路回路可单独工作,模拟飞机用电设备对电网进行加载。集中回路用于电网突加/卸载。单台负载箱按额定总容量175A设计,满足JF60C单台发电机额定加载需要,容量裕度不小于±15%,能在25%的过电压情况下正常工作30S。
交流负载箱保护器件与该箱集中回路A2和分路回路B2电连接。交流负载箱控制单元与该箱所有通断控制器件、测试器件信号连接,与负载管理计算机通过RS485总线信号连接。
直流负载箱电路简图见附图5,由一个集中回路A3和九个分路回路B3组成。九个分路回路B3分别通过通断控制器件与集中回路A3并联电连接。所有回路分别由精密阻性负载、控制单元、保护器件、通断控制器件、测试器件组成。分回路由精密阻性负载通过通断控制器件按8421码分档并联电连接,最小分档0.25A,精度为2%,功率因数大于0.95。分路回路可单独工作,模拟飞机用电设备对电网进行加载。集中回路用于电网突加/卸载。单台负载箱按额定总容量600A设计,满足QF18单台发电机额定加载需要。容量裕度不小于±15%,能在25%的过电压情况下正常工作30S。
直流负载箱保护器件分别与该箱集中回路A3和分路回路B3中并联或串联电连接。直流负载箱控制单元与该箱所有通断控制器件、测试器件信号连接,与负载管理计算机通过RS485总线信号连接。
交流负载总控电路的主回路A、分步加载回路B分别与不同的交流负载箱的集中回路A,根据试验需要实现模块化组合电连接,完成电源系统的集中突/加卸载、单相/三相交流平衡加/卸载、不平衡加/卸载、过载等试验。
直流负载总控电路的主回路A1、分步加载回路B1分别与不同的直流负载箱的集中回路A3根据试验需要实现模块化组合电连接,完成电源系统的集中突/加卸载、过载等试验。
本发明面向试验对象,能极大的简化和通用不同电源系统的测试流程,便于负载管理计算机优化算法,实现负载的高精度、高可靠性、全自动闭环加/卸载。
本发明适用航空交流发电机的加载方式
a) 满足GJB1392-92飞机400Hz交流发电系统通用规范中
过载容量:系统应能在功率因数从0.75(滞后)到1的范围内的任一功率因数下提供150%额定负载电流5min,200%额定负载电流5S;
短路能力:发电系统单台或并联运行时,在单相、二相、三相的线——中线及二相、三相线对短路状态下,至少能提供300%额定负载电流5S。
电压不平衡和相移:在空载和额定平衡三相负载状态下,相电压的不平衡度不应大于0.5%,相角在120○±0.6○范围之内。
不平衡负载状态下各相电压之间的不平衡度和相移,应在下表规定的极限之内。
不平衡负载 | 电压不平衡度 | 相移 |
1/6不平衡负载 | 1% | 120○±1○ |
1/3不平衡负载 | 2% | 120○±2○ |
2/3不平衡负载 | 4% | 120○±4○ |
满足GJB181-86 飞机供电特性及对用电设备的要求中
在供电系统正常工作状态下,最高相电压和最低相电压之差不得超过3伏。应急电源供电时,不得超过4伏。
供电系统正常工作
a. 当把10%P负载突加到85%P负载再突减到10%P负载时,其浪涌等值阶跃电压应在该标准极限曲线⑤和⑥之间;当把20%P负载突加到170%P负载再突减到20%P负载时;其浪涌等值阶跃电压应在该标准的极限曲线②和③之间;
相平衡
三相用电设备,各相的输入功率和功率因数应尽量相等。在各相电压平衡的情况下,最高相和最低相之间的输入伏安数之差,应小于该标准的规定的极限。
满足GJB181A-2003 飞机供电特性中
负载不平衡
三相用电设备,各相的负载和功率因数应尽量相等。在各相电压平衡的情况下,用电设备负载不平衡应限制在极限之内。当总负载大于30kVA时,用电设备负载不平衡应不大于它三相总负载的3.33%。
满足GJB3365-98飞机电气系统模型试验通用要求中
系统运行状态为两台发电机同时向电网供电。故障模式为:
1) 单相对地短路;
2) 两相对地短路;
3) 三相间短路;
4) 三相对地短路。
3适用不同航空交流发电机加载方式下的电流值
根据2适用航空交流发电机的加载方式计算出不同交流发电机各种加载方式下的电流值,见下表。交流总控电路的回路通/断控制接触器、传感器量程根据下表电流范围选取,在交流负载总控制电路的每个回路上,安装两个不同量程范围的电流传感器,可保证系统采样精度。
本发明适用直流航空发电机的加载方式
a) 满足GJB181-86 飞机供电特性及对用电设备的要求中
当把10%P负载突加到85%P负载再突减到10%P负载时,其浪涌等值阶跃电压应在该标准极限曲线⑤和⑥之间;当把20%P负载突加到170%P负载再突减到20%P负载时;其浪涌等值阶跃电压应在该标准极限曲线②和③之间。
满足GJB181A-2003 飞机供电特性中
正常工作特性应符合该标准表2的规定
过压和欠压值应在规定的极限之内。
应急工作状态的稳态直流电压应在18V~29V之间。
在电起动工作状态,直流电压应在12V~29V之间。辅助动力装置的电起动(不是蓄电池起动)应属正常工作性能,不包括在电起动状态之中。
本发明适用不同航空直流发电机加载方式下的电流值
根据4本发明适用直流航空发电机的加载方式计算出不同直流发电机各种加载方式下的电流值,见下表。直流总控电路的回路通/断控制接触器、传感器量程根据下表电流范围选取,每个回路上安装两个不同量程范围的电流传感器,可保证系统采样精度。
Claims (10)
1.基于地面航空发电机电源测试的负载管理系统,其特征在于它由负载管理计算机、交流负载总控电路、直流负载总控电路、交流负载箱、直流负载箱、电量传感器和采集控制单元组成;负载管理计算机与交流负载总控电路、直流负载总控电路、交流负载箱和直流负载箱的控制电路信号连接,电量传感器与采集控制单元信号连接,采集控制单元与负载管理计算机的并口卡槽连接。
2.根据权利要求1所述的基于地面航空发电机电源测试的负载管理系统,其特征在于交流负载总控电路由交流主回路(A)、交流分步加载回路(B)、交流相间短路回路(C)、交流相地短路回路(D)、交流控制电路(E)、交流采样电路(F)组成;
分步加载回路(B)与主回路(A)的控制接触器前端电连接,交流相间短路和交流相地短路独立工作,所有回路的电量传感器与采集控制单元信号连接,交流控制电路(E)与交流主回路(A)、交流分步加载回路(B)、交流相间短路回路(C)和交流相地短路回路(D)的交流接触器电连接,交流采样电路(F)与交流主回路(A)、交流分步加载回路(B)、交流相间短路(C)和交流相地短路(D)的电量传感器信号连接,交流采样电路(F)与采集控制单元信号连接。
3.根据权利要求1所述的基于地面航空发电机电源测试的负载管理系统,其特征在于直流负载总控电路由直流主回路(A1)、直流分步加载回路(B1)、直流线地短路回路(C1)、直流控制电路(D1)、直流采样电路(E1)组成;
分步加载回路(B1)与主回路(A1)的控制接触器前端电连接,直流线地短路回路(C1)独立工作,所有回路的电量传感器与采集控制单元信号连接,直流控制电路(D1)与直流主回路(A1)、直流分步加载回路(B1)和直流线地短路回路(C1)的直流接触器电连接,直流采样电路(E1)与直流主回路(A1)、直流分步加载回路(B1)和直流线地短路回路(C1)的电量传感器信号连接,直流采样电路(E1)与采集控制单元信号连接。
4.根据权利要求1所述的基于地面航空发电机电源测试的负载管理系统,其特征在于交流负载箱电路由一个集中回路(A2)和七个分路回路(B2)组成;七个分路回路(B2)分别通过通断控制器件与集中回路(A2)并联电连接;所有分路回路分别由精密阻性负载、精密感性负载、控制单元、保护器件、通断控制器件、测试器件组成;精密阻性负载和精密感性负载通过通断控制器件并联电连接,精密阻性负载值和精密感性负载值按8421码规则,进行档位细分并联电连接,组合而成负载箱整体功率因数为cosψ=0.75~1.0滞后,交流负载箱保护器件分别与该箱集中回路(A2)和分路回路(B2)电连接,交流负载箱控制单元与该箱所有通断控制器件、测试器件信号连接,与负载管理计算机通过RS485总线信号连接。
5.根据权利要求1所述的基于地面航空发电机电源测试的负载管理系统,其特征在于直流负载箱电路,由一个集中回路(A3)和九个分路回路(B3)组成;九个分路回路(B3)分别通过通断控制器件与集中回路(A3)并联电连接;所有回路分别由精密阻性负载、控制单元、保护器件、通断控制器件、测试器件组成:精密阻性负载通过通断控制器件按8421码分档并联电连接。
6.根据权利要求1所述的基于地面航空发电机电源测试的负载管理系统,其特征在于它还有直流负载箱保护器件和直流负载箱控制单元,直流负载箱保护器件分别与该箱集中回路和分路回路并联或串联电连接,直流负载箱控制单元与该箱所有通断控制器件、测试器件信号连接,与负载管理计算机通过RS485总线信号连接。
7.根据权利要求2所述的基于地面航空发电机电源测试的负载管理系统,其特征在于交流负载总控电路的主回路、分步加载回路分别与不同的交流负载箱的集中回路,根据试验需要实现模块化组合电连接。
8.根据权利要求3所述的基于地面航空发电机电源测试的负载管理系统,其特征在于直流负载总控电路的主回路、分步加载回路分别与不同的直流负载箱的集中回路,根据试验需要实现模块化组合电连接。
9.根据权利要求1所述的基于地面航空发电机电源测试的负载管理系统,其特征在于所述交流负载总控电路额定电压为三相四线AC115V/200V,最大集中加载电流630A,短路电流最大到1200A<10S,直流负载总控制电路额定电压为两线制DC28V,最大集中加载电流为3200A,短路电流最大到3500<10S;
所述交流负载箱额定电压(相电压)115 V三相四线制,工作电压范围:104V~118V,额定相电流175 A,额定频率400Hz,工作频率范围:300Hz~ 500Hz,功率因数cosφ = 0.70滞后 ~ 1.00,每台负载路数为5 A一路,10 A二路,20 A一路,30 A一路,50 A二路,分为七路单独加卸载;
容量裕度为在额定电压时,电阻和电感负载应具有不小于 15 % 额定负载175A的调节裕量,在满足工作电压104V~118V范围内,均能达到额定电流使用;每相各路电阻与电感具有负载的无级调节功能;
所述直流负载箱额定电压28.5V两线制,工作电压范围:24V~30V,额定电流600A,每台负载路数为10 A一路,20 A二路, 50 A三路,100A两路,200A一路,分为九路单独加卸载;
容量裕度为每台负载箱在额定电压时,应具有不小于 15 % 额定负载(600A)的调节裕量,以满足在工作电压24V~30V范围内,均能达到额定电流使用;各路电阻均具有负载的无级(微调)调节功能。
10.根据权利要求1所述的基于地面航空发电机电源测试的负载管理系统,其特征在于所述采集控制单元配置相应PXI数据采集板卡,同时采样测量路数(通道数)为 200 路,采样率为单通道最高采样频率 ≤ 1.25 MHz,分辨率(模数转换器位数):≥ 12 bit。
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