CN105978422B - 直升机交流电源系统用控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直升机交流电源系统用控制装置，包括：主控信号生成电路，用于对直升机交流电源系统输出的交流高压信号进行采样及后续处理转换得到稳态控制电路的主控信号；稳态控制电路，接收主控信号及预设基准信号，进行比较并根据比较结果输出励磁电流控制信号给直升机交流电源系统的交流电机；故障保护电路，用于采样直升机交流电源系统的故障信号并判断直升机交流电源系统的故障状态；供电电源电路，用于供电给控制装置。该稳态控制电路控制精度高，响应速度快，可以极快响应负载突变时的稳态控制，且通过故障保护电路采样直升机交流电源系统的故障信号并判断直升机交流电源系统的故障状态，提高了直升机交流电源系统工作的可靠性。

Description

直升机交流电源系统用控制装置
技术领域
本发明涉及直升机电子附件领域，特别地，涉及一种直升机交流电源系统用控制装置。
背景技术
直升机交流电源系统一般由交流电机、控制装置和电流互感器组成，其向直升机电网输出交流电，供机载设备使用。其中，控制装置是交流电源系统的核心控制部件。由于直升机的交流电源系统负载情况复杂，控制装置必须要快速响应外部信号的变化，使交流电源系统在复杂条件下能具有较高的供电稳定性和可靠性。同时，控制装置要设置完善的故障保护机制，当交流电源系统本身或者用电设备出现故障时，控制装置检测出故障，并发出故障指示。
现有的控制装置存在以下问题：1)、供电稳定性，特别是负载突变时的稳定控制方面比较薄弱，无法满足该交流电源系统的使用要求；2)、保护机制不完善，仅有电压、电流等个别保护措施；3)、供电电源出现较大波动时，控制装置输出变化剧烈，严重影响交流电源系统的供电稳定性；4)、未均衡考虑散热和电磁干扰的影响。
发明内容
本发明提供了一种直升机交流电源系统用控制装置，以解决现有的直升机交流电源系统因供电波动或者负载突变时稳定性差及故障保护机制不完善的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种直升机交流电源系统用控制装置，用于对直升机交流电源系统进行控制，本发明控制装置包括：
主控信号生成电路，用于对直升机交流电源系统输出的交流高压信号进行采样及后续处理转换得到交直流混合的低压信号作为稳态控制电路的主控信号；
稳态控制电路，接收主控信号及预设基准信号，进行比较并根据比较结果输出励磁电流控制信号给直升机交流电源系统的交流电机以控制交流电机输出的交流电压；
故障保护电路，用于采样直升机交流电源系统的故障信号并判断直升机交流电源系统的故障状态；
供电电源电路，用于供电给控制装置。
进一步地，稳态控制电路包括：
比较电路，用于接收主控信号及预设基准信号并对二者进行比较以输出比较结果；
PWM电路，连接比较电路的输出端，用于根据比较结果输出励磁电流控制信号给交流电机以控制交流电机输出的交流电压；其中，预设基准信号基于稳态控制电路的设计原理及交流电机的传递函数设定。
进一步地，稳态控制电路还包括：
第一信号调理电路，用于将PWM电路输出的励磁电流控制信号进行信号调理并反馈至比较电路的前端，以稳定PWM电路对交流电机的励磁电流的调节。
进一步地，主控信号生成电路包括：依次连接的隔离采样电路、降压电路、整流电路、滤波电路及第二信号调理电路；其中，隔离采样电路用于对直升机交流电源系统输出的交流高压信号进行隔离采样；且采样后的交流高压信号经降压、整流、滤波处理后被第二信号调理电路转换为交直流混合的低压信号作为稳态控制电路的主控信号。
进一步地，供电电源电路包括：
表决器电路，表决器电路具有两个输入端，其第一输入端连接直升机的机载电源，第二输入端由交流电机的副励磁机的输出经过整流、滤波及信号调理后供电；表决器电路切换第一输入端或者第二输入端连通至输出端供电作为控制装置的内部电源。
进一步地，故障保护电路包括：
故障信号采样电路，用于采样直升机交流电源系统对应的故障信号；
第三信号调理电路，连接故障信号采样电路，用于对采样的故障信号进行调理并输出至工作状态判断电路；
工作状态判断电路，连接第三信号调理电路，用于接收第三信号调理电路输出的信号并判断直升机交流电源系统的工作状态；
保护延时电路，连接工作状态判断电路，用于根据工作状态判断电路的判断结果进行延时保护判断以排除故障干扰；
故障种类判断电路，连接保护延时电路，用于判断故障种类并输出故障指示信息给外部电路进行显示。
进一步地，故障信号采样电路采样的故障信号包括过压、超高压、欠压、超低压、欠频、超低频、过频、超高频、过流、缺相、短路、差动、零序电压、最大励磁及旋转整流器故障信号中的一种或者多种。
进一步地，故障保护电路还包括：
保护执行电路，连接保护延时电路，用于根据保护延时电路的判断结果对直升机交流电源系统执行保护动作。
进一步地，控制装置包括用于抗电磁干扰的框架，框架为合围状的壳体，主控信号生成电路、稳态控制电路、故障保护电路及供电电源电路分别经对应的印制电路板固设于壳体内。
进一步地，壳体为防锈铝合金的钣金件点焊组合而成的盒体，各印制电路板的支撑架与盒体之间采用铆钉进行铆接组合；壳体的侧面设有多排散热孔。
本发明具有以下有益效果：
本发明直升机交流电源系统用控制装置，通过采用主控信号生成电路，对直升机交流电源系统输出的交流高压信号进行采样及后续处理转换得到交直流混合的低压信号作为稳态控制电路的主控信号，且稳态控制电路接收主控信号及预设基准信号，进行比较并根据比较结果输出励磁电流控制信号给直升机交流电源系统的交流电机以控制交流电机输出的交流电压，该稳态控制电路控制精度高，响应速度快，可以极快响应负载突变时的稳态控制，且通过故障保护电路采样直升机交流电源系统的故障信号并判断直升机交流电源系统的故障状态，提高了直升机交流电源系统工作的可靠性，能够有效满足直升机交流电源系统在复杂环境下的供电稳定性、使用可靠性以及用电安全性。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例直升机交流电源系统用控制装置的结构方框示意图；
图2是本发明优选实施例稳态控制电路的结构方框示意图；
图3是本发明优选实施例主控信号生成电路的结构方框示意图；
图4是本发明优选实施例供电电源电路的结构方框示意图；
图5是本发明优选实施例故障保护电路的结构方框示意图；
图6是本发明优选实施例稳态控制电路中反馈控制的电路结构示意图；
图7是本发明优选实施例供电电源电路中表决器电路的电路结构示意；
图8是本发明优选实施例控制装置的外壳结构示意图。
附图标记说明：
1、主控信号生成电路；11、隔离采样电路；
12、降压电路；13、整流电路；14、滤波电路；15、第二信号调理电路；
2、稳态控制电路；21、比较电路；22、PWM电路；23、第一信号调理电路；
3、故障保护电路；31、故障信号采样电路；32、第三信号调理电路；
33、工作状态判断电路；34、保护延时电路；
35、故障种类判断电路；36、保护执行电路；
4、供电电源电路；41、表决器电路；42、DC/DC转换电路；
5、壳体；51、散热孔。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本发明的优选实施例提供一种直升机交流电源系统用控制装置，用于对直升机交流电源系统进行控制，以满足直升机交流电源系统的供电可靠性及稳定性。参照图1，本实施例控制装置包括：主控信号生成电路1，用于对直升机交流电源系统输出的交流高压信号进行采样及后续处理转换得到交直流混合的低压信号作为稳态控制电路2的主控信号；稳态控制电路2，接收主控信号及预设基准信号，进行比较并根据比较结果输出励磁电流控制信号给直升机交流电源系统的交流电机以控制交流电机输出的交流电压；故障保护电路3，用于采样直升机交流电源系统的故障信号并判断直升机交流电源系统的故障状态；供电电源电路4，用于供电给控制装置。本实施例通过采用主控信号生成电路，对直升机交流电源系统输出的交流高压信号进行采样及后续处理转换得到交直流混合的低压信号作为稳态控制电路的主控信号，且稳态控制电路接收主控信号及预设基准信号，进行比较并根据比较结果输出励磁电流控制信号给直升机交流电源系统的交流电机以控制交流电机输出的交流电压，该稳态控制电路控制精度高，响应速度快，可以极快响应负载突变时的稳态控制，且通过故障保护电路采样直升机交流电源系统的故障信号并判断直升机交流电源系统的故障状态，提高了直升机交流电源系统工作的可靠性，能够有效满足直升机交流电源系统在复杂环境下的供电稳定性、使用可靠性以及用电安全性。
参照图2，本实施例稳态控制电路2包括：比较电路21，用于接收主控信号及预设基准信号并对二者进行比较以输出比较结果；PWM电路22，连接比较电路21的输出端，用于根据比较结果输出励磁电流控制信号给交流电机以控制交流电机输出的交流电压；其中，预设基准信号基于稳态控制电路2的设计原理及交流电机的传递函数设定。本实施例中，PWM电路22输出的励磁电流控制信号为类似方波的占空比信号，交流电机根据该励磁电流控制信号调节输出的交流电压，使得供电稳定可靠。
优选地，参照图2，本实施例稳态控制电路2还包括：第一信号调理电路23，用于将PWM电路22输出的励磁电流控制信号进行信号调理并反馈至比较电路21的前端，以稳定PWM电路22对交流电机的励磁电流的调节。参照图6，PWM电路22输出的励磁电流控制信号经第一信号调理电路23进行信号调理后反馈至比较电路21的主控信号输入端，以稳定PWM电路22对励磁电流的调节。本实施例中，第一信号调理电路23包含比较器，用于对接收的励磁电流控制信号与预设基准信号进行差分放大后输出给比较电路21的主控信号输入端，进一步提高稳态控制电路对负载变化时的响应速度及控制精度，以满足负载突变时的稳态控制。
参照图3，本实施例中，作为对直升机交流电源系统的输出信号进行采样及处理的主控信号生成电路1包括：依次连接的隔离采样电路11、降压电路12、整流电路13、滤波电路14及第二信号调理电路15；其中，隔离采样电路11用于对直升机交流电源系统输出的交流高压信号进行隔离采样；且采样后的交流高压信号经降压、整流、滤波处理后被第二信号调理电路15转换为交直流混合的低压信号作为稳态控制电路2的主控信号。优选地，隔离采样电路11包括变压器及隔离光耦，从而对交流电源系统的三相交流电压信号进行隔离采样，避免了采样过程中对直升机交流电源系统的干扰影响。
参照图4及图7，本实施例供电电源电路4包括：表决器电路41，表决器电路41具有两个输入端，其第一输入端连接直升机的机载电源，第二输入端由交流电机的副励磁机的输出经过整流、滤波及信号调理后供电；表决器电路41切换第一输入端或者第二输入端连通至输出端供电作为控制装置的内部电源。本实施例中，表决器电路41的输出端经DC/DC转换电路将电源转换为控制装置工作所需的直流电源，譬如，12.5V的直流电源。本实施例通过表决器电路41将直升机的机载电源和交流电机副励磁机输出的电压一起给控制装置供电，只要其中一路有电，控制装置就能正常工作，避免了由于机载直流电源波动而引起的控制装置的稳态调节功能失控，从而克服了现有技术中因供电电源出现波动时，控制装置输出变化剧烈，严重影响交流电源系统供电稳定性的缺陷。
参照图5，本实施例故障保护电路3包括：故障信号采样电路31，用于采样直升机交流电源系统对应的故障信号；第三信号调理电路32，连接故障信号采样电路31，用于对采样的故障信号进行调理并输出至工作状态判断电路33；工作状态判断电路33，连接第三信号调理电路32，用于接收第三信号调理电路32输出的信号并判断直升机交流电源系统的工作状态；保护延时电路34，连接工作状态判断电路33，用于根据工作状态判断电路33的判断结果进行延时保护判断以排除故障干扰；故障种类判断电路35，连接保护延时电路34，用于判断故障种类并输出故障指示信息给外部电路进行显示。本实施例中，故障信号采样电路31采样的故障信号包括过压、超高压、欠压、超低压、欠频、超低频、过频、超高频、过流、缺相、短路、差动、零序电压、最大励磁及旋转整流器故障信号中的一种或者多种，基本涵盖了交流电源系统中所有的信号故障，从而完善了故障保护机制，提升了系统运行的可靠性。各故障保护的原理类似：故障信号经故障信号采样电路31采样进入控制装置，经过第三信号调理电路32进行信号调理后输出至工作状态判断电路33，其判断结果输出至保护延时电路34，根据不同的故障种类，保护延时时间也不同，当延时时间结束后，若故障状态仍然存在，则判定为故障状态并输出给故障种类判断电路35，从而提高了判断的准确性，避免了频繁误报的现象。本实施例故障种类判断电路35输出四位二进制代码，用于用户判断故障种类。优选地，故障种类判断电路35输出的代码信号发送至故障指示灯，譬如，故障检测发光二极管，或者通过显示屏和/或语音输出模块输出故障信息，便于用户直观判断故障类别。
优选地，本实施例故障保护电路3还包括：保护执行电路36，连接保护延时电路34，用于根据保护延时电路34的判断结果对直升机交流电源系统执行保护动作。本实施例保护执行电路36为继电器组，通过继电器组的动作对直升机交流电源系统执行保护动作。
优选地，为了提升整个控制装置的抗电磁干扰能力及散热性能，本实施例控制装置包括用于抗电磁干扰的框架，参照图8，本实施例框架为合围状的壳体5，以提高其电磁屏蔽性能，主控信号生成电路1、稳态控制电路2、故障保护电路3及供电电源电路4分别经对应的印制电路板固设于壳体5内。由于控制装置的散热性能，壳体5的两侧各设有多排散热孔51。参照图8，本实施例中，壳体5的两侧各设有904(226×4)个直径为Φ3的散热孔51，采用该结构，既满足了交流电源系统对控制装置的电磁兼容性要求，又保证了控制装置工作时产生的热量能及时散去。本实施例中，壳体5为防锈铝合金的钣金件点焊组合而成的盒体，各印制电路板的支撑架与盒体之间采用铆钉进行铆接组合。优选地，各印制电路板上的电源线、地线、强电功能电路、弱电功能电路，高频功能电路、低频功能电路均分开布局。数字地和模拟地分开设计，电源和底线之间安装有滤波电容和专用滤波器，功能电路根据需要安装去耦电容，从而进一步增强电路的抗电磁干扰性能。本实施例壳体的正面板上安装故障检测按钮，以触发相应的故障检测功能，且正面板上设有用于显示故障代码的故障检测发光二极管，后面板上安装有航空插座及接地螺栓。壳体外部除了故障检测按钮外无任何控制元件，使得整个控制装置结构紧凑，界面美观。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种直升机交流电源系统用控制装置，其特征在于，用于对直升机交流电源系统进行控制，所述控制装置包括：
主控信号生成电路(1)，用于对所述直升机交流电源系统输出的交流高压信号进行采样及后续处理转换得到交直流混合的低压信号作为稳态控制电路(2)的主控信号；
稳态控制电路(2)，接收所述主控信号及预设基准信号，进行比较并根据比较结果输出励磁电流控制信号给直升机交流电源系统的交流电机以控制所述交流电机输出的交流电压；
故障保护电路(3)，用于采样所述直升机交流电源系统的故障信号并判断所述直升机交流电源系统的故障状态；
供电电源电路(4)，用于供电给所述控制装置；
所述稳态控制电路(2)包括：
比较电路(21)，用于接收所述主控信号及所述预设基准信号并对二者进行比较以输出比较结果；
PWM电路(22)，连接所述比较电路(21)的输出端，用于根据所述比较结果输出励磁电流控制信号给所述交流电机以控制所述交流电机输出的交流电压；其中，所述预设基准信号基于所述稳态控制电路(2)的设计原理及所述交流电机的传递函数设定；
第一信号调理电路(23)，用于将所述PWM电路(22)输出的励磁电流控制信号进行信号调理并反馈至所述比较电路(21)的前端，以稳定所述PWM电路(22)对所述交流电机的励磁电流的调节；
所述主控信号生成电路(1)包括：依次连接的隔离采样电路(11)、降压电路(12)、整流电路(13)、滤波电路(14)及第二信号调理电路(15)；其中，所述隔离采样电路(11)用于对所述直升机交流电源系统输出的交流高压信号进行隔离采样；且采样后的交流高压信号经降压、整流、滤波处理后被所述第二信号调理电路(15)转换为交直流混合的低压信号作为稳态控制电路(2)的主控信号；
所述供电电源电路(4)包括：
表决器电路(41)，所述表决器电路(41)具有两个输入端，其第一输入端连接直升机的机载电源，第二输入端由所述交流电机的副励磁机的输出经过整流、滤波及信号调理后供电；所述表决器电路(41)切换所述第一输入端或者所述第二输入端连通至输出端供电作为所述控制装置的内部电源。
2.根据权利要求1所述的直升机交流电源系统用控制装置，其特征在于，
所述故障保护电路(3)包括：
故障信号采样电路(31)，用于采样所述直升机交流电源系统对应的故障信号；
第三信号调理电路(32)，连接所述故障信号采样电路(31)，用于对采样的故障信号进行调理并输出至工作状态判断电路(33)；
工作状态判断电路(33)，连接所述第三信号调理电路(32)，用于接收所述第三信号调理电路(32)输出的信号并判断所述直升机交流电源系统的工作状态；
保护延时电路(34)，连接所述工作状态判断电路(33)，用于根据所述工作状态判断电路(33)的判断结果进行延时保护判断以排除故障干扰；
故障种类判断电路(35)，连接所述保护延时电路(34)，用于判断故障种类并输出故障指示信息给外部电路进行显示。
3.根据权利要求2所述的直升机交流电源系统用控制装置，其特征在于，
所述故障信号采样电路(31)采样的所述故障信号包括过压、超高压、欠压、超低压、欠频、超低频、过频、超高频、过流、缺相、短路、差动、零序电压、最大励磁及旋转整流器故障信号中的一种或者多种。
4.根据权利要求3所述的直升机交流电源系统用控制装置，其特征在于，
所述故障保护电路(3)还包括：
保护执行电路(36)，连接所述保护延时电路(34)，用于根据所述保护延时电路(34)的判断结果对所述直升机交流电源系统执行保护动作。
5.根据权利要求1至4任一所述的直升机交流电源系统用控制装置，其特征在于，
所述控制装置包括用于抗电磁干扰的框架，所述框架为合围状的壳体(5)，所述主控信号生成电路(1)、稳态控制电路(2)、故障保护电路(3)及供电电源电路(4)分别经对应的印制电路板固设于所述壳体(5)内。
6.根据权利要求5所述的直升机交流电源系统用控制装置，其特征在于，
所述壳体(5)为防锈铝合金的钣金件点焊组合而成的盒体，各印制电路板的支撑架与所述盒体之间采用铆钉进行铆接组合；所述壳体(5)的侧面设有多排散热孔(51)。
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