CN202975035U - 一种从相电流中获取发电机转速信号的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种从相电流中获取发电机转速信号的装置，它包括电源变换器、电流变压器、半波整流器、整形比较器以及信号输出端，电源变换器的输入端与待测发电机的两相输出端相连，待测发电机的另一相输出端和电源变换器的另一输入端分别与电流变压器的原边相连，电流变压器的副边通过连接电路依次与半波整流器、整形比较器以及信号输出端相连。本实用新型的有益效果是：采用电流变压器从发电机的电流信号中获取转速信号，克服了电源变换器的负载为空载时电压取样法无法获取转速信号的问题，并具有结构简单、使用方便的特点。

Description

一种从相电流中获取发电机转速信号的装置

技术领域

本实用新型涉及一种从相电流中获取发电机转速信号的装置，特别涉及特别是一种用于航空发动机全权限数字电子控制器的转速信号检测装置，属于航空发动机检测设备技术领域。 

背景技术

对于一般的发电机，输出电压U=U₀s in(2πpnt+φ)为正弦交流电压，其中包含了转速信号n（p为发电机的机对数）。通过降压、半波整流、限幅和整形后可以得到转速信号，波形变换过程见附图1。这种获取转速信号的方法可以称为电压取样法。 

航空发动机是飞机的心脏，对可靠性有着非常高的要求，为了提高可靠性，现代航空发动机的全权限数字电子控制器和重要成附件都采用冗余设计来提高可靠性。转速是发动机的一个极其重要的参数，是数字电子控制器的控制对象，所以需要对该参数进行检测，对转速检测采用非相似冗余来提高转速检测的可靠性：一种方式是通过转速传感器直接获得发动机主轴的转速信号N1；另一种方式是通过给数字电子控制器供电的抗短路交流发电机获得转速信号N2。N1与N2有固定的比例关系，反映的都是发动机的转速，通过不同的途径和方法得到。 

航空发动机的全权限数字电子控制器为了实现高可靠和全权限控制的功能，要求给其供电的发电机电源系统中的发电机须具有抗短路的功能；要求电源系统中的电源变换器须具有宽输入电压范围（变化约2 0倍）内稳压变换的功能。抗短路要求使发电机接近于一个恒流源；宽输入电压范围的要求使电源变换器采用并联开关稳压控制，串联开关稳压控制难以满足输入电压约2 0倍 的变化范围，恒流特性和并联开关稳压使发电机的输出电压波形从正弦波变为限幅的序列波，见附图2所示，序列波的脉冲宽度随负载大小而变化，如果电源变换器的负载为空载，则脉宽几乎为零，此时无法从发电机输出电压中获取频率信息，采用电压取样法无法获取转速信号。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种从相电流中获取发电机转速信号的装置，能从发电机的电流信号中获取转速信号，克服电源变换器的负载为空载时电压取样法无法获取转速信号的问题。 

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种从相电流中获取发电机转速信号的装置，它包括电源变换器、电流变压器、半波整流器以及整形比较器，电源变换器的输入端与待测发电机的两相输出端相连，待测发电机的另一相输出端和电源变换器的另一输入端分别与电流变压器的原边相连，电流变压器的副边通过连接电路依次与半波整流器以及整形比较器相连。 

所述的待测发电机为抗短路发电机。 

所述的电源变换器为并联稳压型电源变换器。 

所述的电流变压器为包含频率信号的电流-电压转换器。 

所述的电源变换器的输出端接负载。 

本实用新型的有益效果在于：采用电流变压器从发电机的电流信号中获取转速信号，克服了电源变换器的负载为空载时电压取样法无法获取转速信号的问题，并具有结构简单、使用方便的特点。 

附图说明

图1为一般发电机转速检测的波形变换示意图； 

图2为并联稳压变换波形示意图； 

图3为本实用新型的结构示意图； 

图4为本实用新型电源变换器的简化的模型示意图； 

图5为本实用新型电流变压器副边的连接电路图。 

其中，1-电源变换器，2-电流变压器，3-半波整流器，4-整形比较器，5-待测发电机。 

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本实用新型的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。 

如图3，一种从相电流中获取发电机转速信号的装置，它包括电源变换器1、电流变压器2、半波整流器3以及整形比较器4，电源变换器1的输入端与待测发电机5的两相输出端相连，待测发电机5的另一相输出端和电源变换器1的另一输入端分别和电流变压器2的原边相连，电流变压器2的副边通过连接电路依次与半波整流器3以及整形比较器4相连，最终与整形比较器4输出电机的转速信号。 

所述的待测发电机5为抗短路发电机，抗短路发电机具有比较软的外特性，即在输出电流增大时端电压下降很快，因而其特性接近于恒流源。 

所述的电源变换器1为并联稳压型电源变换器，其简化的模型见附图4所示，其中的电源变换器2为采用PWM控制的并联开关稳压器，通过调节脉冲“短路”时间来调节“短路”电流I1，从而间接调节流过负载R的电流I2，使负载上的电压U稳定。可以推导出：

其中δ为PWM波形中“短路”时间的占空比。当负载为空载时R→∞，由于U不变，则δ→1，即发电机输出的电压波形全部被“短路”，这就是负载为空载时电压法无法获取转速信号的原因。 

所述的电流变压器2为包含频率信号的电流-电压转换器。 

所述的电源变换器1的输出端接负载R。 

虽然相电压波形被斩波为PWM波形，但在绕组感抗的“扼流”作用下，相电流波形被平滑为光滑连续的基波，频率为发电机电势的频率（pn），发电机的恒流特性使得其电流大小基本不变，并且波形始终以基波状态存在，这就是电流法能够测量转速，而且与负载无关的理论依据。 

电流变压器2的副边与半波整流器3、整形比较器4以及信号输出端6的电路图如附图5所示，图中： 

1）T₁为电流变压器2副边的电流互感器； 

2）R₁为调整电流互感器输出电压幅度的电阻； 

3）V₁为半波整流器； 

4）V₁提供一个比较的参考的整流器； 

5）UA为整形比较器，将半正弦波信号变换为方波信号; 

电流互感器T₁的一端依次与半波整流器V₁、电阻R₂、R₅连接，然后与整形比较器UA的正极输入端相连，电流互感器T₁的另一端与参考的整流器V₂相连，参考的整流器V₂与输入电源VCC以及电阻R₄并联后再串联R₆与整形比较器UA的负极输入端相连，输入电源VCC与整形比较器UA的输出端之间设置有电阻R₇，半波整流器V₁和参考的整流器V₂之间并联电阻R₃和电容C₁。 

所述的电流变压器2的原边绕组N₁为1匝，副边绕组匝数N₂由下面的公式确定： 

$N_2=\frac{1}{4f{S}_C{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{\μ}}_r\×\frac{1}{l}\×\sqrt{{\left(\frac{N_1{I}_1}{V_2}\right)}^2-4^2\×{\left(\frac{N_2}{R_1}\right)}^2}}$

式中： 

$\frac{N_2}{R_1}=\frac{N_1{I}_2^{\′}}{{4V}_2}$

为互感器副边绕组去磁电流； 

为磁环励磁电流； 

f为转速信号频率； 

S_c为互感器磁芯截面积； 

μ₀为真空导磁率； 

μ_r为互感器磁芯相对导磁率； 

l为磁芯磁路长度； 

I₁为被测电流（互感器原边电流）； 

B_m为工作磁密； 

V₂为副边绕组电压； 

R₁为副边绕组并联电阻。 

可见，采用电流变压器从发电机的电流信号中获取转速信号，克服了电源变换器的负载为空载时电压取样法无法获取转速信号的问题，解决了航空发动机全权限数字电子控制器中控制参数N2的检测问题。 

Claims (5)

1.一种从相电流中获取发电机转速信号的装置，其特征在于：它包括电源变换器（1）、电流变压器（2）、半波整流器（3）以及整形比较器（4），电源变换器（1）的输入端与待测发电机（5）的两相输出端相连，待测发电机（5）的另一相输出端和电源变换器（1）的另一输入端分别与电流变压器（2）的原边相连，电流变压器（2）的副边通过连接电路依次与半波整流器（3）以及整形比较器（4）相连。 

2.根据权利要求1所述的从相电流中获取发电机转速信号的装置，其特征在于：所述的待测发电机（5）为抗短路发电机。 

3.根据权利要求1所述的从相电流中获取发电机转速信号的装置，其特征在于：所述的电源变换器（1）为并联稳压型电源变换器。 

4.根据权利要求1所述的从相电流中获取发电机转速信号的装置，其特征在于：所述的电流变压器（2）为包含频率信号的电流-电压转换器。 

5.根据权利要求1所述的从相电流中获取发电机转速信号的装置，其特征在于：所述的电源变换器（1）的输出端接负载。 

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