抑制航空交流發電機控制器內部電路受強電磁干擾的方法
【專利摘要】本發明提出了一種抑制航空交流發電機控制器內部電路受強電磁干擾的方法，在電壓調節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；電壓調節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。采用本發明的濾波技術后，在進行電磁兼容性全面檢測時，電壓基本不出現擺動；也不再出現因受強干擾而發生過欠壓保護和過頻保護，提高了產品的可靠性。
【專利說明】抑制航空交流發電機控制器內部電路受強電磁干擾的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于航空電源系統【技術領域】，具體為一種抑制航空交流發電機控制器內部電路受強電磁干擾的方法。
【背景技術】
[0002]航空電源系統是飛機保障飛行安全，完成預期任務的主要動力源之一。現有飛機的電源系統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，超出了系統承受能力而產生誤保護故障。特別是當飛行中出現誤保護故障，致使飛機出現空中斷電現象，輕則影響飛行任務完成，重則危及飛行安全。
[0003]目前新的航空電源系統電磁兼容性要求是按新電磁兼容性標準要求來執行。現有航空電源系統在按新標準檢測時常常出現:輸出電壓頻繁地較大幅度擺動，直至過壓保護，停止發電；過頻保護，系統斷電。為解決這種交流電源系統普遍存在著的抗干擾能力差問題，目前技術人員的研究解決思路集中在交流發電系統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中增加專門研制的濾波器產品，或是在系統組成部件之一交流發電機控制器的輸入/出端口外加裝專研濾波器，這樣就改變了航空電源系統的組成部件或產品結構、重量等狀態，需與主機重新協調，更改性能、接線、安裝位置等。這種方法需要對現已交付用戶使用的飛機電源系統及產品做很大更改，相當于改型或新研設計，可行性很差。
[0004]飛機電源系統抗干擾能力差，電磁兼容性檢測不達標，外場使用中查無實據的過頻保護、過壓保護斷電問題頻發是幾乎所有電源系統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，是通過傳導還是輻射途徑不好區分，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恒速恒頻交流發電系統主要由交流發電機、機械式液壓恒速傳動裝置(簡稱恒裝)、交流發電機控制器、交流電流互感器組、交流主接觸器、發電控制開關等組成。交流發電機利用電磁原理主要將機械能轉換成電能；恒裝主要負責將發動機傳來變化的轉速利用機械液壓原理轉化成恒定的轉速來驅動發電機；交流發電機控制器主要負責系統的調壓、控制、保護、BIT檢測、通訊等功能；電流互感器主要敏感發電機負載電流大小；主接觸器主要負責向機上電網供電控制；發電控制開關主要負責發電控制。
[0006]系統中的交流發電機控制器是以微處理器為核心，除調壓器、內部電源外，均為數字化電路，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。控制器具有BIT功能，提供了完善的故障檢測能力和故障隔離能力，它可以將發電系統故障隔離到LRU級，控制器故障隔離到SRU級。極大地提高了發電系統的測試性和維護性。控制器還具有RS-422A通訊接口，可將發電系統LRU故障隔離信息代碼傳送給供電管理中心或上位機。
【發明內容】
[0007]要解決的技術問題
[0008]如上所述，現有的航空電源系統普遍存在著I)已交付使用的主流機型電源系統受到強電磁干擾導致產品保護，系統不發電，飛機上主電源系統斷電影響任務完成甚至危及飛行安全問題。產品返廠返修故障不復現，難以進行故障定位。2)航空電源系統按照電磁兼容性新標準檢測時出現過壓保護和過頻保護，系統電磁兼容性檢測不達標。3)技術人員研究解決思路集中在交流發電系統中加裝專研的濾波器來濾除干擾。由于電磁干擾的隨機性，復雜性，傳導還是輻射途徑等不可重復的特殊性，受干擾部位難以確定。所以這種解決思路對系統現狀改變較大，針對性不強且經研究試驗證明效果不明顯，還牽扯結構、重量、安裝位置等諸多因數需協調等等，可行性不大。
[0009]技術方案
[0010]對多機種電源系統故障的研究、分析、試驗表明:航空電源系統受強電磁干擾是保護斷電的主要原因之一。根據電磁理論，通過對相關電路的綜合研究分析，運用各種方式方法及技術手段試驗證實，最后將易受干擾的薄弱環節鎖定在系統核心部件之一的交流發電機控制器上。而交流發電機控制器的內部電路受干擾是弓I發航空電源系統過壓保護和過頻保護的主要原因。為此本發明提出了一種抑制航空交流發電機控制器內部電路受強電磁干擾的方法。
[0011]交流發電機控制器的內部電路包括電壓調節電路和頻率采樣電路。交流發電機控制器電壓調節電路主要功能是保證系統三相輸出電壓調節點(以下簡稱P0R)電壓穩定在115VAC，并具有三相輸出電壓高相限制和發電機輸出電流限制功能。交流發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，實現的發電系統過、欠頻的保護。因為永磁機的頻率與主發電壓的頻率是成正比的，通過對永磁機頻率的監控即可實現對主發頻率的監控，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、整型然后送入計數器進行計數。
[0012]本發明的技術方案為:
[0013]所述一種抑制航空交流發電機控制器內部電路受強電磁干擾的方法，其特征在于:在電壓調節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；電壓調節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電機控制器內部電路受強電磁干擾的方法，其特征在于:電壓調節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電機控制器內部電路受強電磁干擾的方法，其特征在于:在電壓調節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]在未采用本發明提出的方法時，典型的400Hz恒速恒頻交流發電系統在按國家相關電磁兼容性標準要求進行電纜束傳導敏感度的試驗過程中，在注入干擾過程中，調節點電壓在不同頻段出現不同程度下擺，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)，甚至部分頻段產品發生保護斷電；在進行電場輻射敏感度項目試驗過程中，在2MHz?200MHz頻段系統因受強干擾出現電壓大幅頻繁擺動，直至產品發生過欠壓保護斷電。而采用本發明的濾波技術后，在進行電磁兼容性全面檢測時，電壓基本不出現擺動；也不再出現因受強干擾而發生過欠壓保護和過頻保護，提高了產品的可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1:交流發電機控制器原理電路框圖；
[0019]圖2:電壓調節電路工作原理圖；
[0020]圖3:頻率采樣電路工作原理圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合具體實施例描述本發明:
[0022]典型的400Hz恒速恒頻交流發電系統主要由交流發電機、機械式液壓恒速傳動裝置(簡稱恒裝)、交流發電機控制器、交流電流互感器組、交流主接觸器、發電控制開關等組成。交流發電機利用電磁原理主要將機械能轉換成電能；恒裝主要負責將發動機傳來變化的轉速利用機械液壓原理轉化成恒定的轉速來驅動發電機；交流發電機控制器主要負責系統的調壓、控制、保護、BIT檢測、通訊等功能；電流互感器主要敏感發電機負載電流大小；主接觸器主要負責向機上電網供電控制；發電控制開關主要負責發電控制。
[0023]系統中的交流發電機控制器是以微處理器為核心，除調壓器、內部電源外，均為數字化電路，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。控制器具有BIT功能，提供了完善的故障檢測能力和故障隔離能力，它可以將發電系統故障隔離到LRU級，控制器故障隔離到SRU級。極大地提高了發電系統的測試性和維護性。控制器還具有RS-422A通訊接口，可將發電系統LRU故障隔離信息代碼傳送給供電管理中心或上位機。
[0024]對多機種電源系統故障的研究、分析、試驗表明:航空電源系統受強電磁干擾是保護斷電的主要原因之一。根據電磁理論，通過對相關電路的綜合研究分析，運用各種方式方法及技術手段試驗證實，最后將易受干擾的薄弱環節鎖定在系統核心部件之一的交流發電機控制器上。而交流發電機控制器的內部電路受干擾是弓I發航空電源系統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電機控制器內部電路受強電磁干擾的方法。
[0025]交流發電機控制器的內部電路包括電壓調節電路和頻率采樣電路。
[0026]交流發電機控制器電壓調節電路主要功能是保證系統三相輸出電壓調節點(以下簡稱P0R)電壓穩定在115VAC，并具有三相輸出電壓高相限制和發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電系統POR三相電壓平均值，經信號綜合、脈寬調制、整形放大和功率放大后輸出給勵磁機勵磁繞組，控制發電機勵磁電流，確保POR電壓穩定在(115V);負載電流限制電路敏感發電機電流信號。當發電機的負載超過規定值時，這個電路通過減少勵磁機勵磁電流限制發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。當發電系統POR三相電壓中任一相電壓超過規定值時，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，實現的發電系統過、欠頻的保護。因為永磁機的頻率與主發電壓的頻率是成正比的，通過對永磁機頻率的監控即可實現對主發頻率的監控，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、整型然后送入計數器進行計數。參照附圖3，三相永磁機電壓經過變壓、分壓、調理、整形放大得到方波，該方波與永磁機的頻率一致。將送入計數器進行計數完成整個米集過程。
[0028]電壓調節電路為了達到調節輸出電壓穩定之目的，其中的電壓敏感電路將三相輸出電壓經半波整流濾波取其平均值，經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，然后去驅動場效應管以達到調節輸出電壓穩定之目的。這是現行交流發電機控制器產品典型的調節原理。當以上典型的調壓線路受到電磁干擾(包含傳到和輻射)時，電壓調節電路就會失調，致使發電機輸出電壓擺動，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]所以在電壓調節電路中，抑制強電磁干擾方法的核心是恰當的位置和準確的參數范圍:在該電壓調節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，電壓調節電路中增加的濾波電容器的濾波電容范圍是:180pF?1200pF。
[0030]當典型的頻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偏差，不能準確的實施監控電源系統的工作狀態，嚴重時，甚至出現過頻保護，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的位置和準確的參數范圍: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。
【權利要求】
1.一種抑制航空交流發電機控制器內部電路受強電磁干擾的方法，其特征在于:在電壓調節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；電壓調節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.根據權利要求1所述一種抑制航空交流發電機控制器內部電路受強電磁干擾的方法，其特征在于:電壓調節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.根據權利要求1或2所述一種抑制航空交流發電機控制器內部電路受強電磁干擾的方法，其特征在于:在電壓調節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 優先權日:2013年10月31日
【發明者】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