帶有線路降壓補償的電力系統的製作方法

2024-02-10 03:01:15

專利名稱：帶有線路降壓補償的電力系統的製作方法
技術領域：
本發明在總體上涉及在電力系統中的電力調節，更詳細地說是涉及補償電力導線電壓降的電力系統。
在商用飛機中可見到的具有代表性的勻速傳動的電力系統，通過流體力學變換裝置將發電機聯接到飛機發動機上，並驅動發電機勻速旋轉產生恆頻率輸出電壓。變速恆頻(VSCF)電力系統包括直接聯接到發動機上的一個發電機，因而工作在變速狀態。該發電機的變頻輸出通過電子裝置變換為恆頻輸出。希望能改進已有的裝備在飛機上的變速恆頻電力系統。獲得改進成功的關鍵在於設計一種VSCF系統，它能直接地在已有的CSD(勻速傳動)系統中進行內部轉換。這就排除了飛機布線變化或其它系統組件引起的任何變化。要完成這個目的，使VSCF變換裝置及其控制部分必須與發電機置於同一外殼中。
VSCF變換裝置及其附帶的控制應安置在飛機發動機附近。一個多相電力母線把裝在VSCF系統上的發動機連接到飛機的負載上。變速恆頻電壓調節裝置檢測VSCF系統的輸出端電壓。這樣，在電力母線負載端接收到的電壓取決於電流和饋線阻抗。這在負載端產生了不滿意的電壓調節。
已經用於補償線路電壓降低的一種方法是產生與負載電流成比例的信號注入到VSCF電壓調節線路。這種方法對飛機的各系統不是滿意的方法，這是因為它取決於饋線長度，取決於極高溫度引起饋線阻抗的各種變化，取決於由於饋線相互間距離引起的阻抗變化，以及飛機的外殼情況。進而，饋線電壓的下降取決於電力負載的動力係數。
因此希望設計一個具有不受饋線長度、饋線阻抗、負載電流和動力係數影響的線路降壓補償的電力系統。
帶有線路壓降補償的電力系統，根據本發明的結構，包括一個供電力母線輸出的可控制的電源，一個監測電源電壓輸出以及在電源中產生一個足以代表所要求的額定電壓輸出信號的本機電壓調節器，以及在遠離電源調節點檢測電力母線上電壓的遠方電壓調節器。遠方電壓調節器產生一個表示在調節點上電壓的工作周期的脈寬調製信號。脈寬調節偏壓變換器接收脈寬調製信號並產生具有表示脈寬調製信號工作周期幅度的調節信號。調節信號和控制信號結合在一起產生一個可調整的控制信號以控制電源輸出電壓使在調節點上得到一個約定的電壓。
從下述參考實施例，僅以實例表示的方法並伴有附圖，則本發明將變得十分瞭然，其中

圖1，根據本發明作圖的電力系統方框圖;
圖2，是圖1系統脈寬調節偏壓變換器的簡圖;以及圖3，是說明將調節偏壓信號注入到圖1系統的本機電壓調節器的方法的簡圖。
參照附圖，根據本發明，圖1是一個電力系統的方框圖。一個以VSCF型電力變換器10作為可控制的電源裝到飛機發動機和附加的本機電壓調節器12附近。電源通過一個多相電力母線14加到方框圖16所述的一個或更多的負載。本機電壓調節器12通過檢測線路18檢測到VSCF電源輸出電壓並且根據已知的方法產生一個表示電源額定輸出電壓的控制信號。遠方電壓調節器20通過線路24檢測在調節點22上的電力母線電壓。在已有的勻速傳動系統中，該遠方電壓調節器用來提供一個脈寬調製電流加到裝在發動機上的發電機勵磁機磁場線圈。如果需要一個比較高的電壓，磁場電流脈寬調製信號的工作周期就要增加。本發明利用現有的遠方電壓調節器提供表示在調節點電壓工作周期的脈寬調製信號，通過線路28和30加到脈寬調節偏壓變換器26。脈寬調節偏壓變換器接收脈寬調製信號並產生表示脈寬調製信號工作周期一定幅值的調節信號(在線路2上。)這個調節信號與控制信號結合在一起在本機電壓調壓器中產生一個調整控制信號以控制電源輸出電壓使之在調節點上得到約定電壓。
圖2是一個脈寬調節偏壓變換器的實施例示意圖，它可用在圖1的電路中。在線路28和30上脈寬調製信號連接到差動放大器電路34中的運算放大器U1A，差動放大器34還包括電阻器R1，R2，R3和R4。該差動放大器的輸出連到非反相運算放大器U的輸入端。一個電壓信號可以，例如，10伏直流電壓的電壓信號，加在引線36上，同時為電阻器R5和R7所分壓產生一個在放大器U1B的非反向輸入端的參考電壓信號。放大器U1B作為一個比較器以規定電路的門限。U1B的輸出通過反相器U2倒相。晶體二極體CR1箝位U2輸入端負電壓的過壓。U2的輸出驅動一個模擬開關U3。當U2輸出是高電平，電容器C1通過引線36的電壓經電阻R9被充電。當U2的輸出是低電平，電容器通過R9和二極體CR2放電。於是，電容器電壓反比於脈寬調製信號的工作周期。因為反相器U2使信號倒相，當工作周期為0時，電容器將充到引線36上的電壓值，當工作周期為100%時，電容器上的充電電壓接近0伏。
運算放大器U4把電容器從輸出端隔開。在先前提出的實施例中，採用LM124放大器的原因是它具有抑制幹擾的功能。電阻R11和R12確定放大器U4的增益。在上述提出的實施例中，放大器U4的增益是這樣調整的，使10伏電容器上的電壓產生11.4伏的輸出。電阻R13和R14用於提供在線路32上所需要的調節偏壓信號電平。當脈寬調製信號輸入的工作周期從0到100%變化時，通過R13的電壓則從第一個予定電平下降到第二個予定電平線性地變化著。
圖3是用於在線路32上對圖1中本機電壓調節器的控制電路注入調節偏壓信號的示意圖。端線38，40，和42接收在多相電力母線上的VSCF電源輸出的指示電壓。包括電阻R15，R16，R17和R18，二極體CR3，CR4和CR5，以及放大器U5的脈衝修尖電路44在線路46上產生一個輸出，它能夠反映出最高電壓輸入電平的特點。該信號加到包括電阻R19和R20組成的電壓分壓器的一端，而分壓器的另一端則連到線路32上以接收調節偏壓信號。而後在點48的電壓信號與加在端線50的一個參考電壓信號通過比較器U6相比較以產生一個在端線52上的調整控制信號。此後該調整的控制信號根據已知的方法用來控制電源輸出電壓而在電力系統中調節點得到一個予定電壓。
圖2電路組成的系統，其中發電機磁場線圈的負端是地電位。大多數系統在遠方電壓調節器上，開關電晶體的負壓端具有處在地電位的特點。因為當通過磁場的電流最大時，開關電晶體兩端電壓最小，電路的極性改變在圖2中是需要的。這可以通過從一個反相器到非反相緩衝器改變U2來實現。
脈寬調節偏壓變換器電路應該有限制的功能。那就是說，調節偏壓信號必須限制在線路阻抗最壞的情況和負載條件最壞的情況下所要求的範圍內。當系統沒有加負載時，在VSCF電源端線的電壓等於調節點上的電壓。在無載情況下，由遠方電壓調節器產生的脈寬調製信號的工作周期設置在一個予定的電平上，例如，30%。當工作周期增加，從譬如說，30%到100%，調節偏壓電路必須增加在VSCF端線的電壓以維持調節點所要求的電壓電平。除了瞬變過程期間，脈寬調製信號工作周期應該保持在30到100%的範圍內。在瞬變過程期間，它將處在較低的工作周期。這些瞬變過程發生在電壓或電流突然上升或負載切斷的時候。電壓電流的上升是由時間周期確定的，在該期間系統被控制，從零電壓輸出(場開關閉合)到穩態電壓。隨著電壓增加達到它所要求的穩態電壓值時，閉合電路的時間常數在瞬間沒有很快地達到較低的激勵的狀態時，穩態電壓即已達到。因此，輸出電壓超過或超調出所要求的穩態值。於是，遠方電壓調節器檢測到很高的一個電壓，並且工作周期降低到百分之零。在一個短時間內(取決於系統時間常數)，系統恢復到它的穩態值，同時遠方電壓調節器恢復到30到100%的範圍內。卸載的瞬間過程發生在負載切除的時候。當系統載荷時，工作周期增加到100%工作周期。瞬間卸載時，激勵電平使系統處於較高值(超調)。在使系統恢復到它的穩態值期間，遠方電壓調節器檢測到電壓太高，並將工作周期降低到百分之零。
在一個閉環電路中用兩個電壓調節器，有一個穩定性的可能性和調製問題。在本發明所提出的實施例中，通過使調節偏電電路響應時間變慢來解決這個問題，(相對於本機電壓調節器的響應時間)。由於在電壓電流突變引起的瞬變過程中，調節偏壓電壓規定只能下降到一定範圍，如使VSCF電源的輸出電壓下降，例如，小於5%，如果調節偏壓電路的範圍不受限制，並且調節偏壓要使VSCF電源輸出電壓降到零，那麼，使系統恢復到所要求的額定輸出的時間與它應有的時間相比大大小於臨界值。
調節偏壓電路應該與脈衝寬度調製的幅值無關且僅對它的工作周期靈敏。除此之外，因為在本機和遠方電壓調節器之間的距離，脈寬調製信號必須有分辨地檢測出來，致使一般電壓不影響其性能。
雖然，本發明已按現在認為是最佳的實施例進行了描述，本領域的人不離開本發明範圍在技術可做各種變化是顯然的，因此試圖和權利要求附在一起概括這些變化。
權利要求
1.一個帶有線路降壓補償的電力系統包括一個含有提供電壓到電力母線14的可控的電源10；一個本機電壓調節器12以檢測上述電源的輸出電壓並產生一個表示電源所要求的額定輸出電壓；其特徵在於，一個遠萬電壓調節器20在遠離上述電源的一個調節點上檢測到上述電力母線上的電壓，並且產生一個表示在上述調節點上電壓工作周期的脈寬調節信號；一個脈寬調節偏壓變換器26以接收上述脈衝寬度調製信號並產生表示上述脈寬調製信號工作周期幅值的調節信號；以及器件U6用來將上述控制信號與上述調節信號結合在一起而產生用以控制上述電源輸出電壓從而在上述調節點得到予定電壓的調整控制信號。
2.如權利要求1所述的一個電力系統，其中，上述調節偏壓變換器的響應時間大於本機電壓調節器的響應時間。
3.如權利要求1所述的一個電力系統，其中，上述調節信號與上述脈寬調製信號的幅值無關。
4.如權利要求1所述的一個電力系統，其中，當上述電力母線沒有荷載時，上述脈寬調製信號的工作周期大約為30%。
5.如權利要求1所述的一個電力系統，其中，上述脈寬調節偏壓變換器包括一個差動放大器U1A用來接收上述脈寬調製信號且產生一個放大了的脈寬調製信號;器件U1B用於比較上述放大脈寬信號與一個參考信號;器件U3用於當上述放大脈寬信號超出上述參考信號時對電容充電;以及件U4用於產生上述調節偏壓信號以使與上述電容器上的電壓相對應。
6.一種在一個電力系統中線路降壓補償的方法，該方法包括提供一個可控制電源10的各步驟;把上述可控電源連接到電力母線14;產生一個表示上述電源所需要的額定輸出電壓的控制信號;以及檢測遠離上述電源的一個調節點的上述電力母線電壓;其特點在於，產生一個帶有表示上述調節點電壓工作周期的脈寬調製信號的步驟;產生一個帶有表示上述脈寬調製信號工作周期幅值的調節信號;以及將上述控制信號和上述調節信號結合在一起產生一個調整控制信號以控制上述電源輸出電壓使在上述調節點上得到予定的電壓。
7.如權利要求6所述的一種線路降壓補償方法，其中，上述調節信號與上述脈寬調製信號的幅值無關。
8.如權利要求6所述的一種線路降壓補償方法，其中，當上述電力母線沒有荷載時，上述脈寬調製信號工作周期大約是30%。
全文摘要
一種有線路降壓補償的電力系統，包括對電力母線提供電壓輸出的可控電源；檢測電源輸出電壓並產生表示電源額定輸出電壓的控制信號的本機電壓調節器，及一個檢測遠離電源調節點電力母線上電壓的遠方電壓調節器。該調節器產生一個具有表示調節點電壓工作周期的脈寬調製信號。一個脈寬調節偏壓變換器接收脈寬調製信號並產生調節信號。該調節信號與本機電壓調節器的控制信號相結合產生一個調整控制信號以控制電源輸出電壓。
文檔編號H02P9/30GK1050800SQ9010799
公開日1991年4月17日 申請日期1990年9月28日 優先權日1989年10月3日
發明者利蘭·路易斯·凱斯爾 申請人:西屋電氣公司