交流飞机发电机调压电路.docx

交流飞机发电机调压电路曹凯炜 030720502摘 要 ：本文设计了三级式无刷交流飞机发电机的调压电路， 利用 SG3525 对输出电压进行检测、 比较，通过控制 PWM 波的占空比来控制晶体管的开通与关断， 对励磁电流进行控制， 从而达到 对输出电压的调节关键词：三级式无刷交流发电机 调压系统电压调节系统由发电机和调压器构成，是飞机电源的重要组成部分，其性能决定了电源 输出电压品质正确建立其数学模型是闭环系统稳态性能及动态过程理论分析的必要基础， 可以为检测、校正等重要环节的参数设计提供有益参考，而且对数字调压器控制算法的研究 也有非常重要的意义随着半导体技术的发展，采用了晶体管调节器来调节电压，其优点是： 三极管的开关频率高，且不产生火花，调节精度高、重量轻、体积小、寿命长、可靠性高、 电波干扰小本文将要详细阐述三级式无刷交流发电机的调压电路1 三级式无刷交流发电机原理图 1 为三级式无刷交流发电机原理线路图无刷交流发电机的主发电机是旋转磁极式同 步发电机励磁机是旋转电枢式同步发电机，电枢绕组输出三相交流电，亦称交流励磁机， 经整流后作主发电机直流励磁电源整流器装在转子上，随转自旋转，所以称旋转整流器。

永磁发电机称副励磁机，给控制器供电无刷交流发电机通过控制励磁机的励磁电流间接地2 三级式无刷交流发电机电压调节系统图 2 为三级式无刷交流发电机电压调节系统方块图系统由调压器和发电机组成，发电 机是系统的调节对象，调压器是系统的调节器 在飞机供电系统中，每套发电机都配备一台调压器，具有如下调节功能：（1） 调节每套发电机励磁，使电源系统的电压稳定于规定水平；2) 当供电系统出现短路时，能实现发电机强行励磁，保证保护装置动作准确、迅速3) 发电机并联工作时，保证电机之间无功功率的均匀分配；4) 实现发电机输出电流的限制图 2 三级式无刷交流发电机电压调节系统方块图3 PWM 产生及功率放大电路图3所示PWM产生及功率放大电路用以产生PWM并将其功率放大后驱动功率MOS 管U2A为运算放大器，同相输入端为SG3525的16脚提供的精准5.1V电压经分压后的 电压基准信号U ref，反相输入端为发电机调节点电压经电压检测电路整合后的电压信号U PORT电压单环调节时，U ref与U PORT经过PI调节器产生误差信号U PI1， U PI1输 入PWM发生器通过其中的SG3525芯片及其外围电路产生PWM波。

当调节点电压高于 115V，即PORT U小于U ref时，U PI1正向增大，占空比D变小，由于驱动信号的反相 作用，MOS管Q3导通时间增长，从而励磁电流上升，调节点电压升高；反之，MOS管 导通时间减少，在Q3关断期间，励磁电流通过续流二极管续流而降低，调节点电压降低， 从而形成PWM调节双环调制时，U PI1进入第二级PI的同相端，经过两级PI调节后 进入PWM发生器产生PWM波可见，功率放大电路实现功率放大的同时，还将驱动信号 反相以实现正确的控制逻辑图 3 双电压基准、软起动、 PWM 产生及功率放大电路PWM由SG3525产生SG3525是一种性能优良、功能全及通用性强的集成PWM控 制器，图4表示其结构框图供电电源电压在8〜35V之间时，均能正常工作SG3525主要 由以下几部分组成：基准电压，振荡器，误差放大器，PWM比较器及锁存器，分相器，欠 压锁定，输出级，软起动及关断电路输入詁 斛;F ；钠ICO 1. 史「田©^7图4 SG3525内部结构框图为提高电源系统工作的安全可靠性，现代飞机调压器往往除了基本调压功能外，还包括 一些扩展功能，例如：软起动；励磁电流限制、保护；自检测；过压限制及各种故障保护等； 有并联要求的电源系统，调压内还应有负载（无功功率）均衡电路及相关的控制电路。

过压 限制及其他各种故障保护等功能由AC GCU中的微机与接口电路组件实现，电压调压器不 设这些保护功能SG3525的PWM比较器的输入端设有软起动功能只需在8脚至地接一个电容C33， 利用上电时电源对C33的充电过程来钳制内部比较器的输入电压，使得锯齿波与比较器输 入电压交截产生的PWM波的占空比逐步展开，从而实现软启动功能SG3525产生的脉冲输到交流励磁机的励磁回路，来控制励磁电流的大小，如图5所示， 当晶体管导通时，点原电压加于励磁绕组，励磁电流增加；当晶体管截止时，二极管续流， 励磁电流减小励磁电流平均值和晶体管的导通比成正比图 5 励磁主回路励磁回路的励磁源来自永磁发电机的输出永磁发电机三相输出为 U PMGA 、UPMGB和U PMGC，经D 51 ~D 53组成的全桥整流电路整流，再由电容C51滤波励磁 主回路由励磁绕组、功率MOS管Q3和续流二极管D57等组成Q3受来自PWM产生及 功率放大电路的PWM信号控制，工作于开关状态，从而达到调节励磁电流的目的4 励磁电流的限制、保护电路励磁电流是联系发电机和调压器的纽带，也是调压器的控制对象，保护电机、励磁回路 的功率器件及发电机负载等主要通过控制励磁电流的方式。

本节内容分为励磁电流检测和励 磁电流限制和保护两个部分1) 励磁电流检测通过霍尔器件来实现，能够代替复杂的模拟检测电路，准确检测励磁电流 的同时不会影响到励磁回路本身, 励磁电流检测电路如图6所示图6 励磁电流检测电路UVFLJIt"R74u(ijRzio076—RtiCZPR/iiRTS Dx R79D72 R722)励磁电流限制及保护励磁电流的限制和保护通过对U (if )的限制和保护实现为保证电源系统工作的安 全性，以防功率管漏源极间短路或其他故障引起励磁电流过大，这里设计了两套保护电路： 一套对U (i f)值进行限制；另一套实现自锁，如图7U (i力经跟随器后分为两路作为两 套保护电路输入U2BSG3525输出晋FW1图7励磁电流限制保护电路参考文献[1] 张卓然 陈志辉 杨善水 严仰光 飞机发电机电压调节系统数学模型的建立与研究J],航空学 报[2] 廖颖熙 穆新华 葛红娟 三级无刷交流发电机调压系统的建模及仿真分析 [J],[3] 严仰光航空航天器供电系统[M],南京航空航天大学。