交流飞机发电机调压电路

1、交流飞机发电机调压电路摘 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

2、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调节主发电机励磁电流。图1三级式无刷交流同步发电机原理图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

3、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

4、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

5、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835V 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。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

6、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

7、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 、U PMGB 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（2）励磁电流限制及保护励磁电流的限制和保护通过对U (i f ) 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7。U (i f) 经跟随器后分为两路作为两套保护电路输