抑制航空交流發(fā)電機控制器內(nèi)部電路受強電磁干擾的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種抑制航空交流發(fā)電機控制器內(nèi)部電路受強電磁干擾的方法，在電壓調(diào)節(jié)電路第一級比較器的基準端增加濾波電容器，在頻率采樣電路中比較器正負輸入引腳端口之間增加一個濾波電容器；電壓調(diào)節(jié)電路中增加的濾波電容器的濾波電容范圍是180pF～1200pF，頻率采樣電路中增加的濾波電容器的濾波電容范圍是1000pF～4700pF。采用本發(fā)明的濾波技術(shù)后，在進行電磁兼容性全面檢測時，電壓基本不出現(xiàn)擺動；也不再出現(xiàn)因受強干擾而發(fā)生過欠壓保護和過頻保護，提高了產(chǎn)品的可靠性。
【專利說明】抑制航空交流發(fā)電機控制器內(nèi)部電路受強電磁干擾的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空電源系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種抑制航空交流發(fā)電機控制器內(nèi)部電路受強電磁干擾的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]航空電源系統(tǒng)是飛機保障飛行安全，完成預(yù)期任務(wù)的主要動力源之一。現(xiàn)有飛機的電源系統(tǒng)在各種地面試驗以及飛行過程中，常受可能存在的瞬時不明電磁干擾信號影響，超出了系統(tǒng)承受能力而產(chǎn)生誤保護故障。特別是當飛行中出現(xiàn)誤保護故障，致使飛機出現(xiàn)空中斷電現(xiàn)象，輕則影響飛行任務(wù)完成，重則危及飛行安全。
[0003]目前新的航空電源系統(tǒng)電磁兼容性要求是按新電磁兼容性標準要求來執(zhí)行。現(xiàn)有航空電源系統(tǒng)在按新標準檢測時常常出現(xiàn):輸出電壓頻繁地較大幅度擺動，直至過壓保護，停止發(fā)電；過頻保護，系統(tǒng)斷電。為解決這種交流電源系統(tǒng)普遍存在著的抗干擾能力差問題，目前技術(shù)人員的研究解決思路集中在交流發(fā)電系統(tǒng)中加裝專研的濾波器來濾除干擾。這種解決思路是要在新的航空電源系統(tǒng)中增加專門研制的濾波器產(chǎn)品，或是在系統(tǒng)組成部件之一交流發(fā)電機控制器的輸入/出端口外加裝專研濾波器，這樣就改變了航空電源系統(tǒng)的組成部件或產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、重量等狀態(tài)，需與主機重新協(xié)調(diào)，更改性能、接線、安裝位置等。這種方法需要對現(xiàn)已交付用戶使用的飛機電源系統(tǒng)及產(chǎn)品做很大更改，相當于改型或新研設(shè)計，可行性很差。
[0004]飛機電源系統(tǒng)抗干擾能力差，電磁兼容性檢測不達標，外場使用中查無實據(jù)的過頻保護、過壓保護斷電問題頻發(fā)是幾乎所有電源系統(tǒng)普遍存在的共性問題，亟待解決。由于干擾源不確定、干擾頻率不明確，是通過傳導(dǎo)還是輻射途徑不好區(qū)分，受干擾部位更難確定，所以目前的加裝專研的濾波器的研究思路尚無有效成果。
[0005]典型的400Hz恒速恒頻交流發(fā)電系統(tǒng)主要由交流發(fā)電機、機械式液壓恒速傳動裝置(簡稱恒裝)、交流發(fā)電機控制器、交流電流互感器組、交流主接觸器、發(fā)電控制開關(guān)等組成。交流發(fā)電機利用電磁原理主要將機械能轉(zhuǎn)換成電能；恒裝主要負責將發(fā)動機傳來變化的轉(zhuǎn)速利用機械液壓原理轉(zhuǎn)化成恒定的轉(zhuǎn)速來驅(qū)動發(fā)電機；交流發(fā)電機控制器主要負責系統(tǒng)的調(diào)壓、控制、保護、BIT檢測、通訊等功能；電流互感器主要敏感發(fā)電機負載電流大小；主接觸器主要負責向機上電網(wǎng)供電控制；發(fā)電控制開關(guān)主要負責發(fā)電控制。
[0006]系統(tǒng)中的交流發(fā)電機控制器是以微處理器為核心，除調(diào)壓器、內(nèi)部電源外，均為數(shù)字化電路，其保護和控制功能均由軟、硬件共同完成，過壓保護電路采用了雙余度技術(shù)?？刂破骶哂蠦IT功能，提供了完善的故障檢測能力和故障隔離能力，它可以將發(fā)電系統(tǒng)故障隔離到LRU級，控制器故障隔離到SRU級。極大地提高了發(fā)電系統(tǒng)的測試性和維護性?？刂破鬟€具有RS-422A通訊接口，可將發(fā)電系統(tǒng)LRU故障隔離信息代碼傳送給供電管理中心或上位機。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]要解決的技術(shù)問題
[0008]如上所述，現(xiàn)有的航空電源系統(tǒng)普遍存在著I)已交付使用的主流機型電源系統(tǒng)受到強電磁干擾導(dǎo)致產(chǎn)品保護，系統(tǒng)不發(fā)電，飛機上主電源系統(tǒng)斷電影響任務(wù)完成甚至危及飛行安全問題。產(chǎn)品返廠返修故障不復(fù)現(xiàn)，難以進行故障定位。2)航空電源系統(tǒng)按照電磁兼容性新標準檢測時出現(xiàn)過壓保護和過頻保護，系統(tǒng)電磁兼容性檢測不達標。3)技術(shù)人員研究解決思路集中在交流發(fā)電系統(tǒng)中加裝專研的濾波器來濾除干擾。由于電磁干擾的隨機性，復(fù)雜性，傳導(dǎo)還是輻射途徑等不可重復(fù)的特殊性，受干擾部位難以確定。所以這種解決思路對系統(tǒng)現(xiàn)狀改變較大，針對性不強且經(jīng)研究試驗證明效果不明顯，還牽扯結(jié)構(gòu)、重量、安裝位置等諸多因數(shù)需協(xié)調(diào)等等，可行性不大。
[0009]技術(shù)方案
[0010]對多機種電源系統(tǒng)故障的研究、分析、試驗表明:航空電源系統(tǒng)受強電磁干擾是保護斷電的主要原因之一。根據(jù)電磁理論，通過對相關(guān)電路的綜合研究分析，運用各種方式方法及技術(shù)手段試驗證實，最后將易受干擾的薄弱環(huán)節(jié)鎖定在系統(tǒng)核心部件之一的交流發(fā)電機控制器上。而交流發(fā)電機控制器的內(nèi)部電路受干擾是弓I發(fā)航空電源系統(tǒng)過壓保護和過頻保護的主要原因。為此本發(fā)明提出了一種抑制航空交流發(fā)電機控制器內(nèi)部電路受強電磁干擾的方法。
[0011]交流發(fā)電機控制器的內(nèi)部電路包括電壓調(diào)節(jié)電路和頻率采樣電路。交流發(fā)電機控制器電壓調(diào)節(jié)電路主要功能是保證系統(tǒng)三相輸出電壓調(diào)節(jié)點(以下簡稱P0R)電壓穩(wěn)定在115VAC，并具有三相輸出電壓高相限制和發(fā)電機輸出電流限制功能。交流發(fā)電機控制器頻率采樣電路主要功能是通過對永磁機頻率的采集，實現(xiàn)的發(fā)電系統(tǒng)過、欠頻的保護。因為永磁機的頻率與主發(fā)電壓的頻率是成正比的，通過對永磁機頻率的監(jiān)控即可實現(xiàn)對主發(fā)頻率的監(jiān)控，典型的頻率采樣電路就是從永磁機變壓器副邊電壓進行分壓、濾波、整型然后送入計數(shù)器進行計數(shù)。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0013]所述一種抑制航空交流發(fā)電機控制器內(nèi)部電路受強電磁干擾的方法，其特征在于:在電壓調(diào)節(jié)電路第一級比較器的基準端增加濾波電容器，在頻率采樣電路中比較器正負輸入引腳端口之間增加一個濾波電容器；電壓調(diào)節(jié)電路中增加的濾波電容器的濾波電容范圍是180pF?1200pF，頻率采樣電路中增加的濾波電容器的濾波電容范圍是IOOOpF?4700pF。
[0014]所述一種抑制航空交流發(fā)電機控制器內(nèi)部電路受強電磁干擾的方法，其特征在于:電壓調(diào)節(jié)電路中增加的濾波電容器接在第一級比較器的輸入引腳端口處。
[0015]所述一種抑制航空交流發(fā)電機控制器內(nèi)部電路受強電磁干擾的方法，其特征在于:在電壓調(diào)節(jié)電路第一級比較器的采樣信號輸入端也增加濾波電容器。
[0016]有益效果
[0017]在未采用本發(fā)明提出的方法時，典型的400Hz恒速恒頻交流發(fā)電系統(tǒng)在按國家相關(guān)電磁兼容性標準要求進行電纜束傳導(dǎo)敏感度的試驗過程中，在注入干擾過程中，調(diào)節(jié)點電壓在不同頻段出現(xiàn)不同程度下擺，檢測項目不同電壓擺動幅度不一樣，各項目檢測時電壓擺動范圍是4V?11V。最大電壓擺動幅度為IlV (遠偏離于正常指標)，甚至部分頻段產(chǎn)品發(fā)生保護斷電；在進行電場輻射敏感度項目試驗過程中，在2MHz?200MHz頻段系統(tǒng)因受強干擾出現(xiàn)電壓大幅頻繁擺動，直至產(chǎn)品發(fā)生過欠壓保護斷電。而采用本發(fā)明的濾波技術(shù)后，在進行電磁兼容性全面檢測時，電壓基本不出現(xiàn)擺動；也不再出現(xiàn)因受強干擾而發(fā)生過欠壓保護和過頻保護，提高了產(chǎn)品的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1:交流發(fā)電機控制器原理電路框圖；
[0019]圖2:電壓調(diào)節(jié)電路工作原理圖；
[0020]圖3:頻率采樣電路工作原理圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合具體實施例描述本發(fā)明:
[0022]典型的400Hz恒速恒頻交流發(fā)電系統(tǒng)主要由交流發(fā)電機、機械式液壓恒速傳動裝置(簡稱恒裝)、交流發(fā)電機控制器、交流電流互感器組、交流主接觸器、發(fā)電控制開關(guān)等組成。交流發(fā)電機利用電磁原理主要將機械能轉(zhuǎn)換成電能；恒裝主要負責將發(fā)動機傳來變化的轉(zhuǎn)速利用機械液壓原理轉(zhuǎn)化成恒定的轉(zhuǎn)速來驅(qū)動發(fā)電機；交流發(fā)電機控制器主要負責系統(tǒng)的調(diào)壓、控制、保護、BIT檢測、通訊等功能；電流互感器主要敏感發(fā)電機負載電流大??；主接觸器主要負責向機上電網(wǎng)供電控制；發(fā)電控制開關(guān)主要負責發(fā)電控制。
[0023]系統(tǒng)中的交流發(fā)電機控制器是以微處理器為核心，除調(diào)壓器、內(nèi)部電源外，均為數(shù)字化電路，其保護和控制功能均由軟、硬件共同完成，過壓保護電路采用了雙余度技術(shù)?？刂破骶哂蠦IT功能，提供了完善的故障檢測能力和故障隔離能力，它可以將發(fā)電系統(tǒng)故障隔離到LRU級，控制器故障隔離到SRU級。極大地提高了發(fā)電系統(tǒng)的測試性和維護性?？刂破鬟€具有RS-422A通訊接口，可將發(fā)電系統(tǒng)LRU故障隔離信息代碼傳送給供電管理中心或上位機。
[0024]對多機種電源系統(tǒng)故障的研究、分析、試驗表明:航空電源系統(tǒng)受強電磁干擾是保護斷電的主要原因之一。根據(jù)電磁理論，通過對相關(guān)電路的綜合研究分析，運用各種方式方法及技術(shù)手段試驗證實，最后將易受干擾的薄弱環(huán)節(jié)鎖定在系統(tǒng)核心部件之一的交流發(fā)電機控制器上。而交流發(fā)電機控制器的內(nèi)部電路受干擾是弓I發(fā)航空電源系統(tǒng)過壓保護和過頻保護的主要原因。為此本實施例中采用了抑制航空交流發(fā)電機控制器內(nèi)部電路受強電磁干擾的方法。
[0025]交流發(fā)電機控制器的內(nèi)部電路包括電壓調(diào)節(jié)電路和頻率采樣電路。
[0026]交流發(fā)電機控制器電壓調(diào)節(jié)電路主要功能是保證系統(tǒng)三相輸出電壓調(diào)節(jié)點(以下簡稱P0R)電壓穩(wěn)定在115VAC，并具有三相輸出電壓高相限制和發(fā)電機輸出電流限制功能。參照附圖2，三相電壓平均值敏感電路采樣敏感發(fā)電系統(tǒng)POR三相電壓平均值，經(jīng)信號綜合、脈寬調(diào)制、整形放大和功率放大后輸出給勵磁機勵磁繞組，控制發(fā)電機勵磁電流，確保POR電壓穩(wěn)定在(115V);負載電流限制電路敏感發(fā)電機電流信號。當發(fā)電機的負載超過規(guī)定值時，這個電路通過減少勵磁機勵磁電流限制發(fā)電機的輸出電流達到最大值；高相電壓限制電路敏感POR三相電壓。當發(fā)電系統(tǒng)POR三相電壓中任一相電壓超過規(guī)定值時，這個電路強制勵磁機勵磁電流減少，限制POR處的任一相電壓超過最高極限值。
[0027]交流發(fā)電機控制器頻率采樣電路主要功能是通過對永磁機頻率的采集，實現(xiàn)的發(fā)電系統(tǒng)過、欠頻的保護。因為永磁機的頻率與主發(fā)電壓的頻率是成正比的，通過對永磁機頻率的監(jiān)控即可實現(xiàn)對主發(fā)頻率的監(jiān)控，典型的頻率采樣電路就是從永磁機變壓器副邊電壓進行分壓、濾波、整型然后送入計數(shù)器進行計數(shù)。參照附圖3，三相永磁機電壓經(jīng)過變壓、分壓、調(diào)理、整形放大得到方波，該方波與永磁機的頻率一致。將送入計數(shù)器進行計數(shù)完成整個米集過程。
[0028]電壓調(diào)節(jié)電路為了達到調(diào)節(jié)輸出電壓穩(wěn)定之目的，其中的電壓敏感電路將三相輸出電壓經(jīng)半波整流濾波取其平均值，經(jīng)分壓后與負載電流反饋信號綜合，與基準電壓進行比較輸出第一級PWM信號，該信號與高相電壓限制比較器輸出信號綜合再二次與基準電壓比較進行整形放大，然后去驅(qū)動場效應(yīng)管以達到調(diào)節(jié)輸出電壓穩(wěn)定之目的。這是現(xiàn)行交流發(fā)電機控制器產(chǎn)品典型的調(diào)節(jié)原理。當以上典型的調(diào)壓線路受到電磁干擾(包含傳到和輻射)時，電壓調(diào)節(jié)電路就會失調(diào)，致使發(fā)電機輸出電壓擺動，干擾信號變化，輸出電壓隨著變化；干擾信號越強，電壓變化越大，直至發(fā)生保護，這是由其電路原理決定的。從圖2中可看出，不管是三相電壓平均值敏感電路、高相電壓限制電路、還是負載電流限制電路，采樣信號都經(jīng)半波整流再濾波處理。這種濾波包含對部分干擾信號的濾除， 申請人:在研究過程中專門在這些地方及分壓電路各電阻處、各級比較器輸入/出端等各處加各種濾波措施進行大量嘗試，效果均不明顯，另外在高相電壓限制比較器基準端和第二級比較器基準端也加濾波措施嘗試，效果依然不明顯。只有在調(diào)壓電路第一級比較器的基準端增加濾波措施，將干擾信號堵在輸入口外，不能進入比較器參與比較才有顯著效果，再輔助以采樣信號輸入端加濾波措施效果更趨完美。而且加裝濾波措施的地方(含基準和采樣)最好也在第一級比較器電路芯片引腳輸入端口處，而不是電路等效處別的地方。
[0029]所以在電壓調(diào)節(jié)電路中，抑制強電磁干擾方法的核心是恰當?shù)奈恢煤蜏蚀_的參數(shù)范圍:在該電壓調(diào)節(jié)電路中最合適的電路位置處和芯片引腳輸入端口的地方上增加一個濾波電容器，濾除強干擾信號，使輸出電壓穩(wěn)定，在別的地方加裝再多的濾波器和抑制措施也無濟于事，效果不好、作用不大，只有在調(diào)壓電路第一級比較器的基準端增加濾波電容器，才能取得預(yù)期的效果，而且加裝濾波措施的地方最好在第一級比較器電路芯片引腳輸入端口處。再輔助以采樣信號輸入端加濾波電容，效果更趨完美；濾波性能參數(shù)一定要合適、準確，否則不能達到最佳效果，輸出電壓一定還擺動，大量的實驗表明，電壓調(diào)節(jié)電路中增加的濾波電容器的濾波電容范圍是:180pF?1200pF。
[0030]當?shù)湫偷念l率采集線路受到電磁干擾(包含傳到和輻射)時，所采集的頻率就會出現(xiàn)偏差，不能準確的實施監(jiān)控電源系統(tǒng)的工作狀態(tài)，嚴重時，甚至出現(xiàn)過頻保護，這是由其電路原理決定的。從附圖3中可看出，原電路永磁機電壓經(jīng)過變壓、分壓后實際已進行過濾波處理。事實證明，這種濾波對頻率采集電路的抗干擾能力能起到一定程度的作用，但當施加的干擾信號達到一定的強度的時候，原有的濾波效果就顯得不足。 申請人:在研究過程中專門在這些地方及分壓電路各電阻處、及該電路的其他部位加各種濾波措施進行嘗試，效果均不明顯；只有在頻率采樣電路比較器的正負輸入引腳端(而不是電路等效處別地方)增加濾波措施，將干擾信號抑制在整形輸入口處，不能進入比較器參與比較才有顯著效果。
[0031]所以在頻率采集線路中，抑制強電磁干擾方法的核心也是恰當?shù)奈恢煤蜏蚀_的參數(shù)范圍:在該頻率采樣電路中比較器芯片引腳正負輸入引腳端口之間增加一個濾波電容器器，濾除強干擾信號，使采集的頻率準確，在別的地方加裝再多的濾波器和抑制措施效果不好、作用不大；濾波性能參數(shù)一定要合適、準確，否則不能達到最佳效果，采集得到的頻率存在偏差甚至是偏差過大引起過頻保護，大量的實驗表明，頻率采樣電路中增加的濾波電容器的濾波電容范圍是=IOOOpF?4700pF。
【權(quán)利要求】
1.一種抑制航空交流發(fā)電機控制器內(nèi)部電路受強電磁干擾的方法，其特征在于:在電壓調(diào)節(jié)電路第一級比較器的基準端增加濾波電容器，在頻率采樣電路中比較器正負輸入引腳端口之間增加一個濾波電容器；電壓調(diào)節(jié)電路中增加的濾波電容器的濾波電容范圍是180pF?1200pF，頻率采樣電路中增加的濾波電容器的濾波電容范圍是IOOOpF?4700pF。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種抑制航空交流發(fā)電機控制器內(nèi)部電路受強電磁干擾的方法，其特征在于:電壓調(diào)節(jié)電路中增加的濾波電容器接在第一級比較器的輸入引腳端口處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種抑制航空交流發(fā)電機控制器內(nèi)部電路受強電磁干擾的方法，其特征在于:在電壓調(diào)節(jié)電路第一級比較器的采樣信號輸入端也增加濾波電容器。
【文檔編號】H02J3/01GK103887796SQ201310533591
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】李飛, 袁志軍, 劉小茹, 蘇亮 申請人:陜西航空電氣有限責任公司