CN114629177B - 无互联信号线的航空地面静变电源并联扩容装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无互联信号线的航空地面静变电源并联扩容装置，所述装置包括航空地面静变电源主机、航空地面静变电源从机和变压器缓冲均流网络，所述航空地面静变电源主机和所述航空地面静变电源从机内部均包含电压采样模块、相位同步信号产生电路和控制器；所述电压采样模块输入端和对应电源的U相输出端相连，所述电压采样模块的输出端U_sample和所述相位同步信号产生电路输入端相连，所述相位同步信号产生电路的输出端U_PWM和对应控制器相连。仅采用一种无互联信号线的航空地面静变电源并联扩容装置，实现相位同步和均流控制。不存在并机信号互联线，不存在主机外环切入过程，采用变压器缓冲均流网络均流，控制简单，可靠性更高。
Description
技术领域
本发明涉及航空地面静变电源技术领域，具体提供一种无互联信号线的航空地面静变电源并联扩容装置。
背景技术
近几十年，我国大飞机产业发展战略不断推进，2008年中国商用飞机有限责任公司（简称“中国商飞”)成立，再一次推动了自主大飞机的研制。随着大飞机的研制、产品化，飞机廊桥、地面、机库所需供电测试设备航空地面静变电源的功率等级也必然会随之增大。在现有航空地面静变电源产品形态上实现两台或者多台并机是最经济、高效地提升航空地面静变电源的容量的途径。
航空地面静变电源是将50Hz市电变换成所需的频率、电压，用于飞机和机载设备的启动、通电检查而设计的，是机场必需的地勤保障设备。适用于机场及飞机制造、检测、维修等应用场合，满足民用和军用各种飞机及机载设备的使用要求，为航空业提供安全保障。适用于机载设备、雷达、导航等军用电子电气设备供电，典型应用于电机、开关电源、电源适配器、信息通信、光伏、电子元器件、航空航天、国防军工等行业领域。
专利号CN202110504303.7发明专利公开了一种飞机地面静变电源输出电缆压降补偿方法及系统。属于飞机地面静变电源的技术领域，该补偿方法包括：S1：在输出电缆与飞机连接的插头处，将输出电缆的备用控制线芯与输出电缆的主回路线芯并联压接；S2：将备用控制线芯连接至飞机地面静变电源，并作为飞机地面静变电源中主控芯片的电压采集线；S3：主控芯片将备用控制线芯采集的电压值作为输出电压负反馈值，将输出电压负反馈值与输出电压设定值进行PID闭环控制，直至输出电压负反馈值与输出电压设定值之间的偏差小于阈值，实现输出电缆的压降补偿，以达到简化电压补偿估算，实时准确控制输出电压的目的。
发明内容
目前研究较多的航空地面静变电源并机方法有带并机互联线的主从并机控制和不带并机互联线的下垂特性控制，前者容易出现主机宕机系统就陷入瘫痪的问题，后者当负载较重时输出电压的幅值和频率偏移额定值较大。如何研究开发一种简洁、高效的航空地面静变电源并联扩容方法将具有较高的研究和应用价值。
本发明的技术任务是针对上述存在的问题，提供一种无互联信号线的航空地面静变电源并联扩容装置。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
无互联信号线的航空地面静变电源并联扩容装置，所述装置包括航空地面静变电源主机、航空地面静变电源从机和变压器缓冲均流网络，其中：
所述航空地面静变电源主机和所述航空地面静变电源从机内部均包含电压采样模块、相位同步信号产生电路和控制器；
所述电压采样模块输入端和对应电源的U相输出端相连，
所述电压采样模块的输出端U_sample和所述相位同步信号产生电路输入端相连，
所述相位同步信号产生电路的输出端U_PWM和对应控制器相连。
更进一步的，所述变压器缓冲均流网络是一个副边含接触器的三柱式多绕组变压器，其中所述三柱式多绕组变压器每一柱上绕组结构相同，均为原边两个绕组A1A2、B1B2，其中A2、B2连接在同一处原边绕组中点o，同名端为A1、B1，
所述三柱式多绕组变压器每一柱副边两个绕组a1a2、b1b2，其中a2、b1连接于同一点，同名端为a1、b1；副边输出端a1、b2连接接触器两端。
更进一步的，所述航空地面静变电源主机和所述航空地面静变电源从机的输出端U1,U2与所述三柱式多绕组变压器第一柱原边A1、B1相连，
所述航空地面静变电源主机和所述航空地面静变电源从机的输出端V1,V2与所述三柱式多绕组变压器第二柱原边A1、B1相连，
所述航空地面静变电源主机和所述航空地面静变电源从机的输出端W1,W2与所述三柱式多绕组变压器多绕组变压器第三柱原边A1、B1相连。
更进一步的，所述第一柱TDU原边绕组中点o与并联后总输出端U相连，
所述第二柱TDV原边绕组中点o与并联后总输出端V相连，
所述第三柱TDW原边绕组中点o与并联后总输出端W相连。
更进一步的，所述第一柱TDU副边输出端a1、b2与接触器K1相连，
所述第二柱TDV副边输出端a1、b2与接触器K2相连，
所述第三柱TDW副边输出端a1、b2与接触器K3相连。
更进一步的，所述航空地面静变电源主机和所述航空地面静变电源从机的中线N1与N2连在一起作为并联后总的输出N。
更进一步的，所述相位同步信号产生电路的工作流程包括：
当U_sample由负半轴过零点时，比较器输出高阻态，U_pwm出现上升沿，而后保持高电平；
当U_sample由正变负过零后，U_sample下降到电压Udown时，U_pwm由正电平变为负电平。
更进一步的，所述装置相位同步的实现流程包括：
所述航空地面静变电源主机启动输出之前，U1经过变压器原边与U2连接，输出端U1的电压为从机输出电压U2，
U1经过主机电压采样模块后得到采样电压信号U_sample,
U_sample通过相位同步信号产生电路，在由负变正过零点处产生上升沿同步除服信号U_pwm，
控制器获得上升沿同步触发信号后，输出主机A相调制波Ua*sin（wt）和B相，C相调制波，
主机受调制波控制输出与U2相位相同的相电压U1，进而实现相位同步。
更进一步的，所述航空地面静变电源并机切入流程实现过程如下：
首先所述航空地面静变电源从机启动输出，输出相电压U2、V2、W2，
所述航空地面静变电源主机经过电压采样模块和相位同步信号产生电路产生U_pwm的上升沿相位同步触发信号，U_pwm的上升沿相位同步触发信号，送给控制器的IO口，
所述航空地面静变电源主机控制器判断上升沿同步信号到来时，输出A、B、C相调制波Uasin（wt）、Ubsin（wt-120°）、Ucsin（wt+120°），
所述航空地面静变电源主机受调制波控制输出U1、V1、W1，
此时主机和从机输出的电压相位和幅值相同，瞬态环流很小；
然后闭合接触器K1、K2、K3，因为变压器副边短路，副边绕组a1a2和b1b2中流过的电流相同，根据变压器原理原边绕组A1A2和B1B2流过的得电流相同，两台静变电源均流输出，整体并联稳态输出U、V、W。
更进一步的，所述航空地面静变电源并机退出流程实现过程如下：
其中一台航空地面静变电源停止输出，所述装置自动进入单机运行状态。
与现有技术相比，本发明无互联信号线的航空地面静变电源并联扩容装置具有以下突出的有益效果：
本发明装置与现有技术相比，本发明中仅采一种无互联信号线的航空地面静变电源并联扩容装置，实现相位同步和均流控制。不存在并机信号互联线，不存在主机外环切入过程，采用变压器缓冲均流网络均流，控制简单，可靠性更高。
附图说明
图1是本发明本发明的系统框图；
图2是相位同步信号产生电路；
图3是相位同步原理示意图；
图4-1、2、3、4是变压器缓冲均流网络内部连接图；
图5是静变电源并机切入流程图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，无互联信号线的航空地面静变电源并联扩容装置，所述装置包括航空地面静变电源主机、航空地面静变电源从机和变压器缓冲均流网络，其中：
所述航空地面静变电源主机和所述航空地面静变电源从机内部均包含电压采样模块、相位同步信号产生电路和控制器；
所述电压采样模块输入端和对应电源的U相输出端相连，
所述电压采样模块的输出端U_sample和所述相位同步信号产生电路输入端相连，
所述相位同步信号产生电路的输出端U_PWM和对应控制器相连。
如图4-1、2、3、4所示所述变压器缓冲均流网络是一个副边含接触器的三柱式多绕组变压器，其中所述三柱式多绕组变压器每一柱上绕组结构相同，均为原边两个绕组A1A2、B1B2，其中A2、B2连接在同一处原边绕组中点o，同名端为A1、B1，
所述三柱式多绕组变压器每一柱副边两个绕组a1a2、b1b2，其中a2、b1连接于同一点，同名端为a1、b1；副边输出端a1、b2连接接触器两端。
所述航空地面静变电源主机和所述航空地面静变电源从机的输出端U1,U2与所述三柱式多绕组变压器第一柱原边A1、B1相连，
所述航空地面静变电源主机和所述航空地面静变电源从机的输出端V1,V2与所述三柱式多绕组变压器第二柱原边A1、B1相连，
所述航空地面静变电源主机和所述航空地面静变电源从机的输出端W1,W2与所述三柱式多绕组变压器多绕组变压器第三柱原边A1、B1相连。
所述第一柱TDU原边绕组中点o与并联后总输出端U相连，
所述第二柱TDV原边绕组中点o与并联后总输出端V相连，
所述第三柱TDW原边绕组中点o与并联后总输出端W相连。
所述第一柱TDU副边输出端a1、b2与接触器K1相连，
所述第二柱TDV副边输出端a1、b2与接触器K2相连，
所述第三柱TDW副边输出端a1、b2与接触器K3相连。
所述航空地面静变电源主机和所述航空地面静变电源从机的中线N1与N2连在一起作为并联后总的输出N。
如图3所示，所述相位同步信号产生电路的工作流程包括：
当U_sample由负半轴过零点时，比较器输出高阻态，U_pwm出现上升沿，而后保持高电平；
当U_sample由正变负过零后，U_sample下降到电压Udown时，U_pwm由正电平变为负电平。
如图2所示，其中：
所以，正弦波U_sample由负边正过零，U_pwm在过零点处产生上升沿，正弦波U_sample由正变负过零，在过零后-0.39V处产生下降沿。这样既实现了正弦波U_sample由负边正过零，U_pwm在过零点处产生上升沿同步触发信号，又避免了存在过零点抖动时产生误触发的上升沿信号。
如图3所示：所述装置相位同步的实现流程包括：
所述航空地面静变电源主机启动输出之前，U1经过变压器原边与U2连接，输出端U1的电压为从机输出电压U2，
U1经过主机电压采样模块后得到采样电压信号U_sample,
U_sample通过相位同步信号产生电路，在由负变正过零点处产生上升沿同步除服信号U_pwm，
控制器获得上升沿同步触发信号后，输出主机A相调制波Ua*sin（wt）和B相，C相调制波，
主机受调制波控制输出与U2相位相同的相电压U1，进而实现相位同步。
如图5所示，所述航空地面静变电源并机切入流程实现过程如下：
首先所述航空地面静变电源从机启动输出，（实际上所述航空地面静变电源没有主从机之分，两台静变电源先启动的为从机，后启动的为主机）输出相电压U2、V2、W2，
所述航空地面静变电源主机经过电压采样模块和相位同步信号产生电路产生U_pwm的上升沿相位同步触发信号，U_pwm的上升沿相位同步触发信号，送给控制器的IO口，
所述航空地面静变电源主机控制器判断上升沿同步信号到来时，输出A、B、C相调制波Uasin（wt）、Ubsin（wt-120°）、Ucsin（wt+120°），
所述航空地面静变电源主机受调制波控制输出U1、V1、W1，
此时主机和从机输出的电压相位和幅值相同，瞬态环流很小；
然后闭合接触器K1、K2、K3，因为变压器副边短路，副边绕组a1a2和b1b2中流过的电流相同，根据变压器原理原边绕组A1A2和B1B2流过的得电流相同，两台静变电源均流输出，整体并联稳态输出U、V、W。
所述航空地面静变电源并机退出流程实现过程如下：
其中一台航空地面静变电源停止输出，所述装置自动进入单机运行状态。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.无互联信号线的航空地面静变电源并联扩容装置，其特征在于，所述装置包括航空地面静变电源主机、航空地面静变电源从机和变压器缓冲均流网络，其中：
所述航空地面静变电源主机和所述航空地面静变电源从机内部均包含电压采样模块、相位同步信号产生电路和控制器；
所述电压采样模块输入端和对应电源的U相输出端相连，
所述电压采样模块的输出端U_sample和所述相位同步信号产生电路输入端相连，
所述相位同步信号产生电路的输出端U_PWM和对应控制器相连；
所述变压器缓冲均流网络是一个副边含接触器的三柱式多绕组变压器，其中所述三柱式多绕组变压器每一柱上绕组结构相同，均为原边两个绕组A1A2、B1B2，其中A2、B2连接在同一处原边绕组中点o，同名端为A1、B1，
所述三柱式多绕组变压器每一柱副边两个绕组a1a2、b1b2，其中a2、b1连接于同一点，同名端为a1、b1；副边输出端a1、b2连接接触器两端；
所述航空地面静变电源主机和所述航空地面静变电源从机的输出端U1,U2与所述三柱式多绕组变压器第一柱原边A1、B1相连，
所述航空地面静变电源主机和所述航空地面静变电源从机的输出端V1,V2与所述三柱式多绕组变压器第二柱原边A1、B1相连，
所述航空地面静变电源主机和所述航空地面静变电源从机的输出端W1,W2与所述三柱式多绕组变压器第三柱原边A1、B1相连。
2.根据权利要求1所述的无互联信号线的航空地面静变电源并联扩容装置，其特征在于，
所述第一柱TDU原边绕组中点o与并联后总输出端U相连，
所述第二柱TDV原边绕组中点o与并联后总输出端V相连，
所述第三柱TDW原边绕组中点o与并联后总输出端W相连。
3.根据权利要求2所述的无互联信号线的航空地面静变电源并联扩容装置，其特征在于，
所述第一柱TDU副边输出端a1、b2 与接触器K1相连，
所述第二柱TDV副边输出端a1、b2 与接触器K2相连，
所述第三柱TDV副边输出端a1、b2 与接触器K3相连。
4.根据权利要求3所述的无互联信号线的航空地面静变电源并联扩容装置，其特征在于，所述航空地面静变电源主机和所述航空地面静变电源从机的中线N1与N2连在一起作为并联后总的输出N。
5.根据权利要求4所述的无互联信号线的航空地面静变电源并联扩容装置，其特征在于，所述相位同步信号产生电路的工作流程包括：
当U_sample由负半轴过零点时，比较器输出高阻态，U_pwm出现上升沿，而后保持高电平；
当U_sample由正变负过零后，U_sample下降到电压Udown时，U_pwm由正电平变为负电平。
6.根据权利要求2所述的无互联信号线的航空地面静变电源并联扩容装置，其特征在于，所述装置相位同步的实现流程包括：
所述航空地面静变电源主机启动输出之前，U1经过变压器原边与U2连接，输出端U1的电压为从机输出电压U2，
U1经过主机电压采样模块后得到采样电压信号U_sample,
U_sample通过相位同步信号产生电路，在由负变正过零点处产生上升沿同步触发信号U_pwm，
控制器获得上升沿同步触发信号后，输出主机A相调制波Ua*sin（wt）和B相，C相调制波，
主机受调制波控制输出与U2相位相同的相电压U1，进而实现相位同步。
7.根据权利要求3所述的无互联信号线的航空地面静变电源并联扩容装置，其特征在于，所述航空地面静变电源并机切入流程实现过程如下：
首先所述航空地面静变电源从机启动输出，输出相电压U2、V2、W2，
所述航空地面静变电源主机经过电压采样模块和相位同步信号产生电路产生U_pwm的上升沿相位同步触发信号，U_pwm的上升沿相位同步触发信号，送给控制器的IO口，
所述航空地面静变电源主机控制器判断上升沿同步信号到来时，输出A、B、C相调制波Uasin（wt）、Ubsin（wt-120°）、Ucsin（wt+120°），
所述航空地面静变电源主机受调制波控制输出U1、V1、W1，
此时主机和从机输出的电压相位和幅值相同，瞬态环流很小；
然后闭合接触器K1、K2、K3，两台静变电源均流输出，整体并联稳态输出U、V、W。
8.根据权利要求7所述的无互联信号线的航空地面静变电源并联扩容装置，其特征在于，所述航空地面静变电源并机退出流程实现过程如下：
其中一台航空地面静变电源停止输出，所述装置自动进入单机运行状态。
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