CN109193604A - 飞机交流发电系统瞬态过压保护器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种飞机交流发电系统瞬态过压保护器，包括微处理器电路、电源转换电路、状态信息输出电路、过压数据采集电路、自检测电路、过压保护驱动电路、动作电路以及延时电路件；其中，电源转换电路用于提供电源电压；过压数据采集电路用于对POR处电压进行处理；自检测电路用于上电、运行以及维护自检测；过压保护驱动电路用于驱动开关器件；动作电路用于吸收VFG瞬态的过压；延时电路用于产生延时脉冲；微处理器电路用于接收数据、控制过压保护以及控制产生脉冲等。本申请的飞机交流发电系统瞬态过压保护器，能够解决高压、宽变频、大容量交流发电系统中存在瞬间过压的问题，以缓解GCU在整个发电系统中的压力，提高整个系统的安全性与适航性。
Description
技术领域
本申请属于航空交流启动发电系统防护技术领域，特别涉及一种飞机交流发电系统瞬态过压保护器。
背景技术
目前的飞机电源系统中，交流发电机的输出电压调节和过压保护功能仅仅通过发电机控制器(GCU)来实现，将对GCU的安全性、可靠性提出苛刻的要求，使得GCU的设计保证等级要求过高，一旦GCU发生故障之后将导致飞机电源系统出现严重的故障类型，威胁到机载用电设备的安全性，甚至对整个飞机飞行安全性产生威胁。
常规飞机交流电源系统中，GCU集合了发电系统初始状态检测、发电机输出电压调节、保护功能检测、故障综合处理及与飞行控制系统的通讯等功能，GCU复杂的功能必须采用先进的数字控制器才能实现，但是数字控制器实现的发电机故障保护功能将存在较长的保护响应时间。另外根据大功率高压变频交流发电机输出特性可知，在励磁电流饱和条件下，其电压上升率非常高，这也是变频交流发电机构成的发电系统具有优良的动态性能的前提，但是同时也对GCU的控制和保护提出了严格的要求，同时由于GCU调节能力的局限性，特别是当电压调节点(POR)处于250V～280V时，发电系统处于超调状态，此时仅仅依靠GCU已经无法将发电系统电压调节到安全范围内。电源系统中进行大容量负载切换，或者在励磁回路饱和状态下发电机转速剧增的情况下，使得交流发电机输出电压过高，GCU控制延时及发电机励磁回路的调节过程，再加上保护的延时时间，将使得飞机发电机输出过压问题更加严重，在目前技术状态下，当出现瞬间过压时，机载设备只能强行承受瞬间的过压，机载负载在过压状态下，机载设备的寿命以及安全可靠性会受到很大的威胁，严重威胁后级用电设备的安全性，使得整个飞机电气系统难以满足相关的适航及安全性要求。
发明内容
本申请的目的是提供了一种飞机交流发电系统瞬态过压保护器，以解决上述至少一方面的问题。
本申请公开了一种飞机交流发电系统瞬态过压保护器，包括微处理器电路、电源转换电路、状态信息输出电路、过压数据采集电路、自检测电路、过压保护驱动电路、动作电路以及延时电路件；其中
所述电源转换电路用于提供电源电压；
所述过压数据采集电路用于对POR处电压进行处理并输出至所述微处理器电路；
所述自检测电路用于对所述飞机交流发电系统瞬态过压保护器进行上电、运行以及维护自检测，以得到状态信息；
所述过压保护驱动电路用于驱动动作电路中的开关器件，并在出现过压状态时，将所述开关器件导通开，以对所述飞机交流发电系统瞬态过压保护器进行过压保护；
所述动作电路用于吸收VFG瞬态的过压；
所述延时电路用于产生延时脉冲；
所述微处理器电路用于接收并处理所述过压数据采集电路采集的数据，并根据处理结果控制所述过压保护驱动电路，以及对过压保护次数进行计数；所述微处理器电路还用于在POR点电压大于预定电压值时，产生一个第一预定时长的脉冲，以及在一个第二个预定时长内发生两次POR点电压大于预定电压值时，产生一个所述第一预定时长的脉冲，同时产生一个高电平，并将高电平输出至GCU；以及
所述微处理器电路还用于接收所述自检测电路产生的状态信息，并通过所述状态信息输出电路对所述状态信息进行处理以及并处理后的所述状态信息输出至GCU。
根据本申请的至少一个实施方式，飞机交流发电系统瞬态过压保护器，还包括：
直流汇流条，所述直流汇流条通过所述电源转换电路为所述飞机交流发电系统瞬态过压保护器提供电源电压。
根据本申请的至少一个实施方式，所述自检测电路还用于对所述飞机交流发电系统瞬态过压保护器中的各个功能电路以及各个器件功能、性能进行检测，并将检测得到的状态信息发送至所述微处理器电路。
根据本申请的至少一个实施方式，所述驱动动作电路中的开关器件为绝缘栅极双极型晶体管。
根据本申请的至少一个实施方式，所述动作电路是通过其中的功率器件吸收VFG瞬态的过压。
根据本申请的至少一个实施方式，在所述动作电路还包括一个全桥整流电路，用于在将三相交流电转换成直流电。
根据本申请的至少一个实施方式，所述预定电压值为290V时，所述第一预定时长为200ms。
根据本申请的至少一个实施方式，所述微处理器电路对过压保护次数进行计数包括：
在第二预定时长内出现保护次数以及一次飞行时间内保护次数。
根据本申请的至少一个实施方式，所述第二预定时长为60s。
根据本申请的至少一个实施方式，所述微处理器电路还用于接收GCU信号，所述GCU信号包括控制所述飞机交流发电系统瞬态过压保护器的上电BIT、运行BIT、维护BIT。
本申请至少存在以下有益技术效果：
本申请的飞机交流发电系统瞬态过压保护器，采用瞬态过压保护器的设计，能够解决高压、宽变频、大容量交流发电系统中存在瞬间过压的问题，以及能够缓解GCU在整个发电系统中的压力，并且能够提高整个系统的安全性与适航性。
附图说明
图1是本申请飞机交流发电系统瞬态过压保护器原理框图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
为了解决目前高压、宽变频、大容量交流发电系统中存在的过压隐患，保护机载设备以及整个飞机系统的安全，同时缓解GCU在整个系统中的压力，在高压、宽变频、大容量交流发电系统中引入瞬态过压保护器是很有必要的。当高压、宽变频、大容量交流发电系统出现大功率负载卸载，或者在励磁回路饱和状态下发电机转速剧增的情况下，交流发电系统会产生瞬间过压，此时将瞬态过压保护器接入发电系统中，通过瞬态保护器吸收瞬态的过压，将发电系统中的高压在极短的时间内调节至稳态电压，保护机载设备以及整个发电系统的安全。
瞬态过压保护器产品能否起到在极短的时间内将瞬态过压调节至安全电压范围，关键技术在于当高压、宽变频、大容量交流发电系统出现大功率负载卸载，或者在励磁回路饱和状态下发电机转速剧增的情况下，瞬态过压保护器能否瞬间接入发电系统中，以及能否在极短的时间内将瞬态过压调整至安全电压范围内，针对这种情况，在瞬态过压保护器相应部分选择开关时间极短的绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)作为开关器件，同时选择合适的功率电阻作为吸收过压的部件，该功率电阻在选型时既要能够满足吸收瞬态过压，同时当功率电阻卸载时不得引起整个系统的过压。
下面结合附图1对本申请的飞机交流发电系统瞬态过压保护器做进一步详细说明。
在本申请的一个可选实施方式中，如图1所示，飞机交流发电系统瞬态过压保护器可以包括微处理器电路、电源转换电路、状态信息输出电路、过压数据采集电路、自检测电路、过压保护驱动电路、动作电路以及延时电路。
需要说明的是，上述各功能电路具体结构可以采用目前已知的相同功能的电路结构，此处不再对其具体结构进行一一举例；下面将对各电路主要功能及相互之间的关系进行说明。
1、微处理器电路：
主要作用是数据采集、对采集到的数据进行处理、做出相应的保护以及多保护次数进行计数、产生延时脉冲等；进一步，微处理器电路具体功能如下：
1)用于接收GCU信号，其中，GCU信号包括飞机交流发电系统瞬态过压保护器上电BIT、运行BIT、维护BIT；
2)用于接收POR点电压，并判断系统是否处于过压状态，如果过压，则启动过压保护驱动电路；
3)用于接收自检测电路发送来的多个硬件电路及主要器件检测结果，检测结果包括对应电路及器件是否完好；
4)对飞机交流发电系统瞬态过压保护器保护次数进行计数，包括第二个预定时长(60s)内出现保护次数以及一次飞行时间内保护次数；
5)当POR点电压大于于预定电压值(290V)时，由微处理器产生一个第一预定时长(200ms)时长的脉冲。
6)在一个第二个预定时长(60s)内发生两次POR点电压大于预定电压值时，产生一个第一预定时长的脉冲，同时产生一个高电平，并将高电平输出至GCU。
2、状态信息输出电路：
其主要作用是将飞机交流发电系统瞬态过压保护器的状态信息进行一定的处理并将状态信息输出至GCU。其中，是微处理器电路接收自检测电路产生的状态信息，再将状态信息输出至状态信息输出电路。
3、电源转换电路：
其主要作用是为飞机交流发电系统瞬态过压保护器内部器件提供所需要的电源电压。
在本申请的一个可选实施方式中，飞机交流发电系统瞬态过压保护器供电电源来源于28V直流汇流条，为飞机交流发电系统瞬态过压保护器中保护动作电路提供电源以及为过压保护驱动电路提供驱动电能。28V电源通过多路输出DC/DC变换器输出±15V以及5V供电电源，其中±15V电源为电压数据采集电路、过压保护驱动电路提供工作电压，5V电源为微处理器电路、自检测电路、飞机交流发电系统瞬态过压保护器所有采样、调理以及延时电路提供工作电压。
4、过压数据采集电路：
其主要作用是对POR处电压进行处理并输出给微处理器电路。
5、自检测电路：
其主要作用是对整个产品进行上电、运行以及维护自检测，以及对主要功能电路以及主要器件功能、性能进行检测。
6、过压保护驱动电路：
其主要作用是驱动动作电路中的开关器件，当出现过压状态时(POR点电压为290V时)，瞬间通过驱动电路将绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)导通开。
7、动作电路：
其主要作用是通过功率器件吸收瞬态的过压，当交流发电机(VFG)出现过压状态时，将功率器件接入到整个电网系统中，通过功率器件吸收瞬态过压并且将整个发电系统在极短的时间内将电压调整至安全范围内，同时考虑到IGBT器件的电气特性，在IGBT作为瞬间导通开关时，需要在动作电路中设计有一个全桥整流电路，将三相交流电转换成直流电。
8、延时电路：
其主要作用是产生保护所需要的延时脉冲。具体地：
1)软件延时方面：由微处理器完成200ms的延时，并由微处理器输出高电平到过压保护驱动电路，延时完成后控制信号变为低电平；
2)飞机交流发电系统瞬态过压保护器内部延时电路被触发，并输送高电平信号至微处理器功能电路，并且在200ms后控制信号变为低电平，该部分延时电路在飞机交流发电系统瞬态过压保护器延时电路中起到冗余备份的作用。
综上所述，本申请的飞机交流发电系统瞬态过压保护器中，当高压、宽变频、大容量交流发电系统出现大功率负载卸载，或者在励磁回路饱和状态下发电机转速剧增的情况下，交流发电系统会产生瞬间过压，此时将瞬态过压保护器接入发电系统中，通过瞬态保护器吸收瞬态的过压，将发电系统中的高压在极短的时间内调节至稳态电压，保护整个发电系统以及机载设备的安全，提高整个系统的寿命、安全性以及适航性。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种飞机交流发电系统瞬态过压保护器，其特征在于，包括微处理器电路、电源转换电路、状态信息输出电路、过压数据采集电路、自检测电路、过压保护驱动电路、动作电路以及延时电路件；其中
所述电源转换电路用于提供电源电压；
所述过压数据采集电路用于对POR处电压进行处理并输出至所述微处理器电路；
所述自检测电路用于对所述飞机交流发电系统瞬态过压保护器进行上电、运行以及维护自检测，以得到状态信息；
所述过压保护驱动电路用于驱动动作电路中的开关器件，并在出现过压状态时，将所述开关器件导通开，以对所述飞机交流发电系统瞬态过压保护器进行过压保护；
所述动作电路用于吸收VFG瞬态的过压；
所述延时电路用于产生延时脉冲；
所述微处理器电路用于接收并处理所述过压数据采集电路采集的数据，并根据处理结果控制所述过压保护驱动电路，以及对过压保护次数进行计数；所述微处理器电路还用于在POR点电压大于预定电压值时，产生一个第一预定时长的脉冲，以及在一个第二个预定时长内发生两次POR点电压大于预定电压值时，产生一个所述第一预定时长的脉冲，同时产生一个高电平，并将高电平输出至GCU；以及
所述微处理器电路还用于接收所述自检测电路产生的状态信息，并通过所述状态信息输出电路对所述状态信息进行处理以及并处理后的所述状态信息输出至GCU。
2.根据权利要求1所述的飞机交流发电系统瞬态过压保护器，其特征在于，还包括：
直流汇流条，所述直流汇流条通过所述电源转换电路为所述飞机交流发电系统瞬态过压保护器提供电源电压。
3.根据权利要求1所述的飞机交流发电系统瞬态过压保护器，其特征在于，所述自检测电路还用于对所述飞机交流发电系统瞬态过压保护器中的各个功能电路以及各个器件功能、性能进行检测，并将检测得到的状态信息发送至所述微处理器电路。
4.根据权利要求1所述的飞机交流发电系统瞬态过压保护器，其特征在于，所述驱动动作电路中的开关器件为绝缘栅极双极型晶体管。
5.根据权利要求4所述的飞机交流发电系统瞬态过压保护器，其特征在于，所述动作电路是通过其中的功率器件吸收VFG瞬态的过压。
6.根据权利要求5所述的飞机交流发电系统瞬态过压保护器，其特征在于，在所述动作电路还包括一个全桥整流电路，用于在将三相交流电转换成直流电。
7.根据权利要求1所述的飞机交流发电系统瞬态过压保护器，其特征在于，所述预定电压值为290V时，所述第一预定时长为200ms。
8.根据权利要求1所述的飞机交流发电系统瞬态过压保护器，其特征在于，所述微处理器电路对过压保护次数进行计数包括：
在所述第二预定时长内出现保护次数以及一次飞行时间内保护次数。
9.根据权利要求1或8所述的飞机交流发电系统瞬态过压保护器，其特征在于，所述第二预定时长为60s。
10.根据权利要求1所述的飞机交流发电系统瞬态过压保护器，其特征在于，所述微处理器电路还用于接收GCU信号，所述GCU信号包括控制所述飞机交流发电系统瞬态过压保护器的上电BIT、运行BIT、维护BIT。
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