抑制航空交流发电机控制器内部电路受强电磁干扰的方法
【专利摘要】本发明提出了一种抑制航空交流发电机控制器内部电路受强电磁干扰的方法，在电压调节电路第一级比较器的基准端增加滤波电容器，在频率采样电路中比较器正负输入引脚端口之间增加一个滤波电容器；电压调节电路中增加的滤波电容器的滤波电容范围是180pF～1200pF，频率采样电路中增加的滤波电容器的滤波电容范围是1000pF～4700pF。采用本发明的滤波技术后，在进行电磁兼容性全面检测时，电压基本不出现摆动；也不再出现因受强干扰而发生过欠压保护和过频保护，提高了产品的可靠性。
【专利说明】抑制航空交流发电机控制器内部电路受强电磁干扰的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于航空电源系统【技术领域】，具体为一种抑制航空交流发电机控制器内部电路受强电磁干扰的方法。
【背景技术】
[0002]航空电源系统是飞机保障飞行安全，完成预期任务的主要动力源之一。现有飞机的电源系统在各种地面试验以及飞行过程中，常受可能存在的瞬时不明电磁干扰信号影响，超出了系统承受能力而产生误保护故障。特别是当飞行中出现误保护故障，致使飞机出现空中断电现象，轻则影响飞行任务完成，重则危及飞行安全。
[0003]目前新的航空电源系统电磁兼容性要求是按新电磁兼容性标准要求来执行。现有航空电源系统在按新标准检测时常常出现:输出电压频繁地较大幅度摆动，直至过压保护，停止发电；过频保护，系统断电。为解决这种交流电源系统普遍存在着的抗干扰能力差问题，目前技术人员的研究解决思路集中在交流发电系统中加装专研的滤波器来滤除干扰。这种解决思路是要在新的航空电源系统中增加专门研制的滤波器产品，或是在系统组成部件之一交流发电机控制器的输入/出端口外加装专研滤波器，这样就改变了航空电源系统的组成部件或产品结构、重量等状态，需与主机重新协调，更改性能、接线、安装位置等。这种方法需要对现已交付用户使用的飞机电源系统及产品做很大更改，相当于改型或新研设计，可行性很差。
[0004]飞机电源系统抗干扰能力差，电磁兼容性检测不达标，外场使用中查无实据的过频保护、过压保护断电问题频发是几乎所有电源系统普遍存在的共性问题，亟待解决。由于干扰源不确定、干扰频率不明确，是通过传导还是辐射途径不好区分，受干扰部位更难确定，所以目前的加装专研的滤波器的研究思路尚无有效成果。
[0005]典型的400Hz恒速恒频交流发电系统主要由交流发电机、机械式液压恒速传动装置(简称恒装)、交流发电机控制器、交流电流互感器组、交流主接触器、发电控制开关等组成。交流发电机利用电磁原理主要将机械能转换成电能；恒装主要负责将发动机传来变化的转速利用机械液压原理转化成恒定的转速来驱动发电机；交流发电机控制器主要负责系统的调压、控制、保护、BIT检测、通讯等功能；电流互感器主要敏感发电机负载电流大小；主接触器主要负责向机上电网供电控制；发电控制开关主要负责发电控制。
[0006]系统中的交流发电机控制器是以微处理器为核心，除调压器、内部电源外，均为数字化电路，其保护和控制功能均由软、硬件共同完成，过压保护电路采用了双余度技术。控制器具有BIT功能，提供了完善的故障检测能力和故障隔离能力，它可以将发电系统故障隔离到LRU级，控制器故障隔离到SRU级。极大地提高了发电系统的测试性和维护性。控制器还具有RS-422A通讯接口，可将发电系统LRU故障隔离信息代码传送给供电管理中心或上位机。
【发明内容】
[0007]要解决的技术问题
[0008]如上所述，现有的航空电源系统普遍存在着I)已交付使用的主流机型电源系统受到强电磁干扰导致产品保护，系统不发电，飞机上主电源系统断电影响任务完成甚至危及飞行安全问题。产品返厂返修故障不复现，难以进行故障定位。2)航空电源系统按照电磁兼容性新标准检测时出现过压保护和过频保护，系统电磁兼容性检测不达标。3)技术人员研究解决思路集中在交流发电系统中加装专研的滤波器来滤除干扰。由于电磁干扰的随机性，复杂性，传导还是辐射途径等不可重复的特殊性，受干扰部位难以确定。所以这种解决思路对系统现状改变较大，针对性不强且经研究试验证明效果不明显，还牵扯结构、重量、安装位置等诸多因数需协调等等，可行性不大。
[0009]技术方案
[0010]对多机种电源系统故障的研究、分析、试验表明:航空电源系统受强电磁干扰是保护断电的主要原因之一。根据电磁理论，通过对相关电路的综合研究分析，运用各种方式方法及技术手段试验证实，最后将易受干扰的薄弱环节锁定在系统核心部件之一的交流发电机控制器上。而交流发电机控制器的内部电路受干扰是弓I发航空电源系统过压保护和过频保护的主要原因。为此本发明提出了一种抑制航空交流发电机控制器内部电路受强电磁干扰的方法。
[0011]交流发电机控制器的内部电路包括电压调节电路和频率采样电路。交流发电机控制器电压调节电路主要功能是保证系统三相输出电压调节点(以下简称P0R)电压稳定在115VAC，并具有三相输出电压高相限制和发电机输出电流限制功能。交流发电机控制器频率采样电路主要功能是通过对永磁机频率的采集，实现的发电系统过、欠频的保护。因为永磁机的频率与主发电压的频率是成正比的，通过对永磁机频率的监控即可实现对主发频率的监控，典型的频率采样电路就是从永磁机变压器副边电压进行分压、滤波、整型然后送入计数器进行计数。
[0012]本发明的技术方案为:
[0013]所述一种抑制航空交流发电机控制器内部电路受强电磁干扰的方法，其特征在于:在电压调节电路第一级比较器的基准端增加滤波电容器，在频率采样电路中比较器正负输入引脚端口之间增加一个滤波电容器；电压调节电路中增加的滤波电容器的滤波电容范围是180pF?1200pF，频率采样电路中增加的滤波电容器的滤波电容范围是IOOOpF?4700pF。
[0014]所述一种抑制航空交流发电机控制器内部电路受强电磁干扰的方法，其特征在于:电压调节电路中增加的滤波电容器接在第一级比较器的输入引脚端口处。
[0015]所述一种抑制航空交流发电机控制器内部电路受强电磁干扰的方法，其特征在于:在电压调节电路第一级比较器的采样信号输入端也增加滤波电容器。
[0016]有益效果
[0017]在未采用本发明提出的方法时，典型的400Hz恒速恒频交流发电系统在按国家相关电磁兼容性标准要求进行电缆束传导敏感度的试验过程中，在注入干扰过程中，调节点电压在不同频段出现不同程度下摆，检测项目不同电压摆动幅度不一样，各项目检测时电压摆动范围是4V?11V。最大电压摆动幅度为IlV (远偏离于正常指标)，甚至部分频段产品发生保护断电；在进行电场辐射敏感度项目试验过程中，在2MHz?200MHz频段系统因受强干扰出现电压大幅频繁摆动，直至产品发生过欠压保护断电。而采用本发明的滤波技术后，在进行电磁兼容性全面检测时，电压基本不出现摆动；也不再出现因受强干扰而发生过欠压保护和过频保护，提高了产品的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1:交流发电机控制器原理电路框图；
[0019]图2:电压调节电路工作原理图；
[0020]图3:频率采样电路工作原理图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合具体实施例描述本发明:
[0022]典型的400Hz恒速恒频交流发电系统主要由交流发电机、机械式液压恒速传动装置(简称恒装)、交流发电机控制器、交流电流互感器组、交流主接触器、发电控制开关等组成。交流发电机利用电磁原理主要将机械能转换成电能；恒装主要负责将发动机传来变化的转速利用机械液压原理转化成恒定的转速来驱动发电机；交流发电机控制器主要负责系统的调压、控制、保护、BIT检测、通讯等功能；电流互感器主要敏感发电机负载电流大小；主接触器主要负责向机上电网供电控制；发电控制开关主要负责发电控制。
[0023]系统中的交流发电机控制器是以微处理器为核心，除调压器、内部电源外，均为数字化电路，其保护和控制功能均由软、硬件共同完成，过压保护电路采用了双余度技术。控制器具有BIT功能，提供了完善的故障检测能力和故障隔离能力，它可以将发电系统故障隔离到LRU级，控制器故障隔离到SRU级。极大地提高了发电系统的测试性和维护性。控制器还具有RS-422A通讯接口，可将发电系统LRU故障隔离信息代码传送给供电管理中心或上位机。
[0024]对多机种电源系统故障的研究、分析、试验表明:航空电源系统受强电磁干扰是保护断电的主要原因之一。根据电磁理论，通过对相关电路的综合研究分析，运用各种方式方法及技术手段试验证实，最后将易受干扰的薄弱环节锁定在系统核心部件之一的交流发电机控制器上。而交流发电机控制器的内部电路受干扰是弓I发航空电源系统过压保护和过频保护的主要原因。为此本实施例中采用了抑制航空交流发电机控制器内部电路受强电磁干扰的方法。
[0025]交流发电机控制器的内部电路包括电压调节电路和频率采样电路。
[0026]交流发电机控制器电压调节电路主要功能是保证系统三相输出电压调节点(以下简称P0R)电压稳定在115VAC，并具有三相输出电压高相限制和发电机输出电流限制功能。参照附图2，三相电压平均值敏感电路采样敏感发电系统POR三相电压平均值，经信号综合、脉宽调制、整形放大和功率放大后输出给励磁机励磁绕组，控制发电机励磁电流，确保POR电压稳定在(115V);负载电流限制电路敏感发电机电流信号。当发电机的负载超过规定值时，这个电路通过减少励磁机励磁电流限制发电机的输出电流达到最大值；高相电压限制电路敏感POR三相电压。当发电系统POR三相电压中任一相电压超过规定值时，这个电路强制励磁机励磁电流减少，限制POR处的任一相电压超过最高极限值。
[0027]交流发电机控制器频率采样电路主要功能是通过对永磁机频率的采集，实现的发电系统过、欠频的保护。因为永磁机的频率与主发电压的频率是成正比的，通过对永磁机频率的监控即可实现对主发频率的监控，典型的频率采样电路就是从永磁机变压器副边电压进行分压、滤波、整型然后送入计数器进行计数。参照附图3，三相永磁机电压经过变压、分压、调理、整形放大得到方波，该方波与永磁机的频率一致。将送入计数器进行计数完成整个米集过程。
[0028]电压调节电路为了达到调节输出电压稳定之目的，其中的电压敏感电路将三相输出电压经半波整流滤波取其平均值，经分压后与负载电流反馈信号综合，与基准电压进行比较输出第一级PWM信号，该信号与高相电压限制比较器输出信号综合再二次与基准电压比较进行整形放大，然后去驱动场效应管以达到调节输出电压稳定之目的。这是现行交流发电机控制器产品典型的调节原理。当以上典型的调压线路受到电磁干扰(包含传到和辐射)时，电压调节电路就会失调，致使发电机输出电压摆动，干扰信号变化，输出电压随着变化；干扰信号越强，电压变化越大，直至发生保护，这是由其电路原理决定的。从图2中可看出，不管是三相电压平均值敏感电路、高相电压限制电路、还是负载电流限制电路，采样信号都经半波整流再滤波处理。这种滤波包含对部分干扰信号的滤除， 申请人:在研究过程中专门在这些地方及分压电路各电阻处、各级比较器输入/出端等各处加各种滤波措施进行大量尝试，效果均不明显，另外在高相电压限制比较器基准端和第二级比较器基准端也加滤波措施尝试，效果依然不明显。只有在调压电路第一级比较器的基准端增加滤波措施，将干扰信号堵在输入口外，不能进入比较器参与比较才有显著效果，再辅助以采样信号输入端加滤波措施效果更趋完美。而且加装滤波措施的地方(含基准和采样)最好也在第一级比较器电路芯片引脚输入端口处，而不是电路等效处别的地方。
[0029]所以在电压调节电路中，抑制强电磁干扰方法的核心是恰当的位置和准确的参数范围:在该电压调节电路中最合适的电路位置处和芯片引脚输入端口的地方上增加一个滤波电容器，滤除强干扰信号，使输出电压稳定，在别的地方加装再多的滤波器和抑制措施也无济于事，效果不好、作用不大，只有在调压电路第一级比较器的基准端增加滤波电容器，才能取得预期的效果，而且加装滤波措施的地方最好在第一级比较器电路芯片引脚输入端口处。再辅助以采样信号输入端加滤波电容，效果更趋完美；滤波性能参数一定要合适、准确，否则不能达到最佳效果，输出电压一定还摆动，大量的实验表明，电压调节电路中增加的滤波电容器的滤波电容范围是:180pF?1200pF。
[0030]当典型的频率采集线路受到电磁干扰(包含传到和辐射)时，所采集的频率就会出现偏差，不能准确的实施监控电源系统的工作状态，严重时，甚至出现过频保护，这是由其电路原理决定的。从附图3中可看出，原电路永磁机电压经过变压、分压后实际已进行过滤波处理。事实证明，这种滤波对频率采集电路的抗干扰能力能起到一定程度的作用，但当施加的干扰信号达到一定的强度的时候，原有的滤波效果就显得不足。 申请人:在研究过程中专门在这些地方及分压电路各电阻处、及该电路的其他部位加各种滤波措施进行尝试，效果均不明显；只有在频率采样电路比较器的正负输入引脚端(而不是电路等效处别地方)增加滤波措施，将干扰信号抑制在整形输入口处，不能进入比较器参与比较才有显著效果。
[0031]所以在频率采集线路中，抑制强电磁干扰方法的核心也是恰当的位置和准确的参数范围:在该频率采样电路中比较器芯片引脚正负输入引脚端口之间增加一个滤波电容器器，滤除强干扰信号，使采集的频率准确，在别的地方加装再多的滤波器和抑制措施效果不好、作用不大；滤波性能参数一定要合适、准确，否则不能达到最佳效果，采集得到的频率存在偏差甚至是偏差过大引起过频保护，大量的实验表明，频率采样电路中增加的滤波电容器的滤波电容范围是=IOOOpF?4700pF。
【权利要求】
1.一种抑制航空交流发电机控制器内部电路受强电磁干扰的方法，其特征在于:在电压调节电路第一级比较器的基准端增加滤波电容器，在频率采样电路中比较器正负输入引脚端口之间增加一个滤波电容器；电压调节电路中增加的滤波电容器的滤波电容范围是180pF?1200pF，频率采样电路中增加的滤波电容器的滤波电容范围是IOOOpF?4700pF。
2.根据权利要求1所述一种抑制航空交流发电机控制器内部电路受强电磁干扰的方法，其特征在于:电压调节电路中增加的滤波电容器接在第一级比较器的输入引脚端口处。
3.根据权利要求1或2所述一种抑制航空交流发电机控制器内部电路受强电磁干扰的方法，其特征在于:在电压调节电路第一级比较器的采样信号输入端也增加滤波电容器。
【文档编号】H02J3/01GK103887796SQ201310533591
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】李飞, 袁志军, 刘小茹, 苏亮 申请人:陕西航空电气有限责任公司