CN108111074A - 一种具有并联均流功能的高压直流发电机调压控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种具有并联均流功能的高压直流发电机调压控制装置，采集发电机转速信号、发电机左右通道调压点信号及发电机左右通道互感器输出信号。发电机调压点信号通过信号调理电路转换后与左右通道的互感器输出信号共同进入均衡电路模块，均衡模块输出信号和发电机转速信号作为PI模块的输入信号，PI模块的调节信号作为调制波送入PWM生成模块产出占空比可调的方波，送入功率模块控制发电机励磁绕组中的励磁电流，达到控制发电机双通道输出及并联均流的目的。该发明填补了国内高压直流电源系统在并联、均流工作这一领域的空白，避免了机上电源系统的通道切换，同时双通道电源系统在并联工作时互为热备份，提高了系统的可靠性，为飞机的飞行安全提供了有力的保障。

Description

一种具有并联均流功能的高压直流发电机调压控制装置

技术领域

本发明属于航空电气技术，涉及一种具有并联均流功能的高压直流发电机调压控制装置，首次同时实现了高压直流双路输出的并联均流功能。

背景技术

现阶段机上采用的高压直流发电系统的方案为采用双发电机各自单路输出高压直流电，分别通过机上两条270V高压电源汇流条直接给负载设备供电。采用这种方案时，当机上某一高压电源汇流条出现故障时，需要进行通道切换，这样就会导致切换时机上负载供电出现间断，而且配电逻辑复杂；所以在设计上，常常希望两条高压电源汇流条能够并联工作，这样就不需要进行通道切换，实现机上负载不间断供电并简化配电逻辑。

目前高压直流发电系统的调压控制原理框图如图1所示，包括信号调理电路、PI调节模块、PWM信号生成模块和功率模块；发电机转速信号、参考电压信号以及调理后的发电机调压点电压信号输入至PI调节模块，PI调节模块输出调制信号至PWM信号生成模块，生成PWM波控制功率模块，由功率模块产生电压信号控制励磁电流。

申请人通过试验发现，采用上述传统的控制方式，目前高压直流发电系统中的两条高压电源汇流条只能够在短时间内进行并联工作，长时间工作极易会导致某一路发电机过载输出，造成发电机过热损坏。为此，申请人经过理论分析和试验验证，发现目前高压直流发电系统两条高压电源汇流条只能在短时间内进行并联工作的关键原因是目前的控制装置中不具备均流功能，导致并联工作时某一侧电源系统过载运行，所以无法长时工作于并联状态。

发明内容

为解决现有高压直流发电系统无法两条高压电源汇流条无法长时工作于并联状态的问题，本发明提出了一种具有并联均流功能的高压直流发电机调压控制装置，同时实现高压直流发电机两路输出的并联均流功能，提高了机上供电系统的供电效率和可靠性，满足系统的使用要求。

本发明的技术方案为：

所述一种具有并联均流功能的高压直流发电机调压控制装置，其特征在于：包括两个信号调理电路、两个PI调节模块、两个PWM信号生成模块、两个功率模块和两个均衡模块；上述信号调理电路、调节模块、信号生成模块、功率模块和均衡模块分为两组，分别对应高压直流发电系统的一路通道；

对于高压直流发电系统中的A通道：A通道发电机调压点电压信号经过第一信号调理电路进行包括分压、滤波处理后，输入至第一均衡模块；A通道互感器输出的A通道负载电流信号以及B通道互感器输出的B通道负载电流信号输入至第一均衡模块；采集的发电机转速信号、A通道的参考电压信号以及第一均衡模块输出信号共同输入至第一PI调节模块，得到A通道的调制信号，A通道的调制信号输入第一PWM信号生成模块生成PWM波控制第一功率模块，第一功率模块产生电压信号控制励磁电流；

对于高压直流发电系统中的B通道：B通道发电机调压点电压信号经过第二信号调理电路进行包括分压、滤波处理后，输入至第二均衡模块；B通道互感器输出的B通道负载电流信号以及A通道互感器输出的A通道负载电流信号输入至第二均衡模块；采集的发电机转速信号、B通道的参考电压信号以及第二均衡模块输出信号共同输入至第二PI调节模块，得到B通道的调制信号，B通道的调制信号输入第二PWM信号生成模块生成PWM波控制第二功率模块，第二功率模块产生电压信号控制励磁电流；

所述均衡模块包括电流比较电路、开关电路和调压点调节电路；两个通道的负载电流信号输入至电流比较电路，得到两通道负载电流不均衡值输入开关控制电路；所述开关电路由外部控制信号控制，当高压直流发电系统需要并联工作时，外部控制信号控制开关电路将两通道负载电流不均衡值接入调压点调节电路；所述调压点调节电路将两通道负载电流不均衡值与调理后输入均衡模块的发电机调压点电压信号进行求和和放大后输出。

有益效果

本发明提出了一种具有并联均流功能的高压直流发电机调压控制装置，通过在传统的电压反馈的基础上，引入负载电流反馈，实现了高压直流系统双通道调压及负载电流的均流功能。该发明填补了国内高压直流电源系统在并联、均流工作这一领域的空白，避免了机上电源系统的通道切换，同时双通道电源系统在并联工作时互为热备份，提高了系统的可靠性，为飞机的飞行安全提供了有力的保障。

本发明通过实现对高压直流发电机的调压控制，可以使高压直流发电系统的左右两通道单独运行，也可以使左右两通道并联使用，由于该发明中实现了均流功能，因此两通道可以长时并联工作。采用该种方式可以根据机上负载情况，既可以左右通道其中一路给机上供电，也可以两路同时给机上供电，以此提高机上电源系统的使用效率。同时双通道并联的方式，也可以使两个通道互为备份，当某一通道出现故障时直接将该通道切除，另一个通道继续向电网供电，从而减少了高压直流电源系统投入电网时接触器动作的时间，降低了该情况下电源系统的震荡现象。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1单通道高压直流调压控制系统原理框图；

图2双通道高压直流发电机调压控制装置原理框图；

图3双通道高压直流发电机调压控制装置电流均衡模块电路。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明设计思想基于目前使用的航空高压直流发电机的调压技术，通过引入负载电流反馈，将双通道负载电流进行比较作差，将差值引入调压电路反馈回路，通过调节调压点电压，从而实现高压直流发电机的双通道并联均流目的。

该具有并联均流功能的高压直流发电机调压控制装置，包括两个信号调理电路、两个PI调节模块、两个PWM信号生成模块、两个功率模块和两个均衡模块；上述信号调理电路、调节模块、信号生成模块、功率模块和均衡模块分为两组，分别对应高压直流发电系统的一路通道；

对于高压直流发电系统中的A通道：A通道发电机调压点电压信号经过第一信号调理电路进行包括分压、滤波处理后，输入至第一均衡模块；A通道互感器输出的A通道负载电流信号以及B通道互感器输出的B通道负载电流信号输入至第一均衡模块；采集的发电机转速信号、A通道的参考电压信号以及第一均衡模块输出信号共同输入至第一PI调节模块，得到A通道的调制信号，A通道的调制信号输入第一PWM信号生成模块生成PWM波控制第一功率模块，第一功率模块产生电压信号控制励磁电流；

对于高压直流发电系统中的B通道：B通道发电机调压点电压信号经过第二信号调理电路进行包括分压、滤波处理后，输入至第二均衡模块；B通道互感器输出的B通道负载电流信号以及A通道互感器输出的A通道负载电流信号输入至第二均衡模块；采集的发电机转速信号、B通道的参考电压信号以及第二均衡模块输出信号共同输入至第二PI调节模块，得到B通道的调制信号，B通道的调制信号输入第二PWM信号生成模块生成PWM波控制第二功率模块，第二功率模块产生电压信号控制励磁电流；

所述均衡模块包括电流比较电路、开关电路和调压点调节电路；两个通道的负载电流信号输入至电流比较电路，得到两通道负载电流不均衡值输入开关控制电路；所述开关电路由外部控制信号控制，当高压直流发电系统需要并联工作时，外部控制信号控制开关电路将两通道负载电流不均衡值接入调压点调节电路；所述调压点调节电路将两通道负载电流不均衡值与调理后输入均衡模块的发电机调压点电压信号进行求和和放大后输出。

本发明需要实现双通道的调压控制，同时需要完成双通道的均流功能，因此增加了均衡电路模块，该系统原理框图如图2所示。针对传统的调压控制策略，双通道高压直流调压控制系统不仅引入了电压反馈，同时引入了电流反馈。两通道调压点电压经过信号调理电路后，同时使用两通道发电机互感器输出的电流信号，三者均进入均衡电路模块进行处理，随后均衡电路输出信号同参考电压及发电机转速信号进入PI调节电路，然后经过PWM生成模块，产生PWM波控制功率模块，实现高压直流发电系统双通道的调压、均流目的。

如图2所示，该调压控制装置采集发电机转速信号、发电机左右通道调压点信号及发电机左右通道互感器输出信号。首先发电机调压点信号通过信号调理电路转换为可供控制电路处理的低电压信号，该信号与左右通道的互感器输出信号共同进入均衡电路模块，经均衡模块处理后的输出信号和发电机转速信号均作为PI模块的输入信号，然后将PI模块的调节信号作为调制波送入PWM生成模块产出占空比可调的方波，最后将该方波信号送入功率模块控制发电机励磁绕组中的励磁电流，达到控制发电机双通道输出及并联均流的目的。

双通道高压直流调压控制系统均衡电流模块电路如图3所示。图3中继电器K1控制电流均衡模块是否接入正常的调压控制系统中，当左右两通道均接入供电系统中时，软件控制继电器K1，将电流均衡模块接入正常的调压控制系统。电阻R31、R52、R60、R84以及运放N13C，实现左右通道电流的比较。比较后的结果和左右通道电压信号通过电阻R39、R56、R67、R81、R195、R197、R198、R333、运放N13D和N13B组成的电路，作为均衡模块的输出，送入PI模块。

继电器K1其引脚1、2、3、4为继电器的控制端，引脚5、6为继电器的常闭触点，引脚7、8为继电器的常开触点。N13B、N13C、N13D为运算放大器芯片N13的一组运算放大器，其中引脚5、10、12为运算放大器的同相端，引脚6、9、13为运算放大器的反相端，引脚7、8、14为运算放大器的输出端。R28、R31、R39、R52、R56、R60、R67、R81、R84、R195、R197、R198、R333均为电阻。

信号CSRGenA_IN、CSRGenB_IN分别为A通道发电机互感器输出和B通道发电机互感器输出，POR_A为经过信号调理电路的A通道发电机调压点信号，PORA_OUT为均衡模块输出，PCS为软件输出的并联控制信号。

电阻R31、R52、R60、R84以及运算放大器N13C组成了负载电流比较电路。

继电器K1、电阻R28组成了开关电路。

电阻R39、R56、R67、R81、R195、R197、R198、R333、运算放大器N13D和N13B组成了调压点调节电路。

本实施例品已经用于某型飞机电源系统地面演示实验，该双通道高压直流发电机调压控制装置已经通过地面演示实验，该控制装置的功能、性能得到了验证。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (1)

1.一种具有并联均流功能的高压直流发电机调压控制装置，其特征在于：包括两个信号调理电路、两个PI调节模块、两个PWM信号生成模块、两个功率模块和两个均衡模块；上述信号调理电路、调节模块、信号生成模块、功率模块和均衡模块分为两组，分别对应高压直流发电系统的一路通道；

对于高压直流发电系统中的A通道：A通道发电机调压点电压信号经过第一信号调理电路进行包括分压、滤波处理后，输入至第一均衡模块；A通道互感器输出的A通道负载电流信号以及B通道互感器输出的B通道负载电流信号输入至第一均衡模块；采集的发电机转速信号、A通道的参考电压信号以及第一均衡模块输出信号共同输入至第一PI调节模块，得到A通道的调制信号，A通道的调制信号输入第一PWM信号生成模块生成PWM波控制第一功率模块，第一功率模块产生电压信号控制励磁电流；

对于高压直流发电系统中的B通道：B通道发电机调压点电压信号经过第二信号调理电路进行包括分压、滤波处理后，输入至第二均衡模块；B通道互感器输出的B通道负载电流信号以及A通道互感器输出的A通道负载电流信号输入至第二均衡模块；采集的发电机转速信号、B通道的参考电压信号以及第二均衡模块输出信号共同输入至第二PI调节模块，得到B通道的调制信号，B通道的调制信号输入第二PWM信号生成模块生成PWM波控制第二功率模块，第二功率模块产生电压信号控制励磁电流；

所述均衡模块包括电流比较电路、开关电路和调压点调节电路；两个通道的负载电流信号输入至电流比较电路，得到两通道负载电流不均衡值输入开关控制电路；所述开关电路由外部控制信号控制，当高压直流发电系统需要并联工作时，外部控制信号控制开关电路将两通道负载电流不均衡值接入调压点调节电路；所述调压点调节电路将两通道负载电流不均衡值与调理后输入均衡模块的发电机调压点电压信号进行求和和放大后输出。