專利名稱：帶有線路降壓補(bǔ)償?shù)碾娏ο到y(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明在總體上涉及在電力系統(tǒng)中的電力調(diào)節(jié)，更詳細(xì)地說(shuō)是涉及補(bǔ)償電力導(dǎo)線電壓降的電力系統(tǒng)。
在商用飛機(jī)中可見(jiàn)到的具有代表性的勻速傳動(dòng)的電力系統(tǒng)，通過(guò)流體力學(xué)變換裝置將發(fā)電機(jī)聯(lián)接到飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上，并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)勻速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生恒頻率輸出電壓。變速恒頻(VSCF)電力系統(tǒng)包括直接聯(lián)接到發(fā)動(dòng)機(jī)上的一個(gè)發(fā)電機(jī)，因而工作在變速狀態(tài)。該發(fā)電機(jī)的變頻輸出通過(guò)電子裝置變換為恒頻輸出。希望能改進(jìn)已有的裝備在飛機(jī)上的變速恒頻電力系統(tǒng)。獲得改進(jìn)成功的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)一種VSCF系統(tǒng)，它能直接地在已有的CSD(勻速傳動(dòng))系統(tǒng)中進(jìn)行內(nèi)部轉(zhuǎn)換。這就排除了飛機(jī)布線變化或其它系統(tǒng)組件引起的任何變化。要完成這個(gè)目的，使VSCF變換裝置及其控制部分必須與發(fā)電機(jī)置于同一外殼中。
VSCF變換裝置及其附帶的控制應(yīng)安置在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)附近。一個(gè)多相電力母線把裝在VSCF系統(tǒng)上的發(fā)動(dòng)機(jī)連接到飛機(jī)的負(fù)載上。變速恒頻電壓調(diào)節(jié)裝置檢測(cè)VSCF系統(tǒng)的輸出端電壓。這樣，在電力母線負(fù)載端接收到的電壓取決于電流和饋線阻抗。這在負(fù)載端產(chǎn)生了不滿意的電壓調(diào)節(jié)。
已經(jīng)用于補(bǔ)償線路電壓降低的一種方法是產(chǎn)生與負(fù)載電流成比例的信號(hào)注入到VSCF電壓調(diào)節(jié)線路。這種方法對(duì)飛機(jī)的各系統(tǒng)不是滿意的方法，這是因?yàn)樗Q于饋線長(zhǎng)度，取決于極高溫度引起饋線阻抗的各種變化，取決于由于饋線相互間距離引起的阻抗變化，以及飛機(jī)的外殼情況。進(jìn)而，饋線電壓的下降取決于電力負(fù)載的動(dòng)力系數(shù)。
因此希望設(shè)計(jì)一個(gè)具有不受饋線長(zhǎng)度、饋線阻抗、負(fù)載電流和動(dòng)力系數(shù)影響的線路降壓補(bǔ)償?shù)碾娏ο到y(tǒng)。
帶有線路壓降補(bǔ)償?shù)碾娏ο到y(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)供電力母線輸出的可控制的電源，一個(gè)監(jiān)測(cè)電源電壓輸出以及在電源中產(chǎn)生一個(gè)足以代表所要求的額定電壓輸出信號(hào)的本機(jī)電壓調(diào)節(jié)器，以及在遠(yuǎn)離電源調(diào)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)電力母線上電壓的遠(yuǎn)方電壓調(diào)節(jié)器。遠(yuǎn)方電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生一個(gè)表示在調(diào)節(jié)點(diǎn)上電壓的工作周期的脈寬調(diào)制信號(hào)。脈寬調(diào)節(jié)偏壓變換器接收脈寬調(diào)制信號(hào)并產(chǎn)生具有表示脈寬調(diào)制信號(hào)工作周期幅度的調(diào)節(jié)信號(hào)。調(diào)節(jié)信號(hào)和控制信號(hào)結(jié)合在一起產(chǎn)生一個(gè)可調(diào)整的控制信號(hào)以控制電源輸出電壓使在調(diào)節(jié)點(diǎn)上得到一個(gè)約定的電壓。
從下述參考實(shí)施例，僅以實(shí)例表示的方法并伴有附圖，則本發(fā)明將變得十分了然，其中

圖1，根據(jù)本發(fā)明作圖的電力系統(tǒng)方框圖;
圖2，是圖1系統(tǒng)脈寬調(diào)節(jié)偏壓變換器的簡(jiǎn)圖;以及圖3，是說(shuō)明將調(diào)節(jié)偏壓信號(hào)注入到圖1系統(tǒng)的本機(jī)電壓調(diào)節(jié)器的方法的簡(jiǎn)圖。
參照附圖，根據(jù)本發(fā)明，圖1是一個(gè)電力系統(tǒng)的方框圖。一個(gè)以VSCF型電力變換器10作為可控制的電源裝到飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和附加的本機(jī)電壓調(diào)節(jié)器12附近。電源通過(guò)一個(gè)多相電力母線14加到方框圖16所述的一個(gè)或更多的負(fù)載。本機(jī)電壓調(diào)節(jié)器12通過(guò)檢測(cè)線路18檢測(cè)到VSCF電源輸出電壓并且根據(jù)已知的方法產(chǎn)生一個(gè)表示電源額定輸出電壓的控制信號(hào)。遠(yuǎn)方電壓調(diào)節(jié)器20通過(guò)線路24檢測(cè)在調(diào)節(jié)點(diǎn)22上的電力母線電壓。在已有的勻速傳動(dòng)系統(tǒng)中，該遠(yuǎn)方電壓調(diào)節(jié)器用來(lái)提供一個(gè)脈寬調(diào)制電流加到裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)線圈。如果需要一個(gè)比較高的電壓，磁場(chǎng)電流脈寬調(diào)制信號(hào)的工作周期就要增加。本發(fā)明利用現(xiàn)有的遠(yuǎn)方電壓調(diào)節(jié)器提供表示在調(diào)節(jié)點(diǎn)電壓工作周期的脈寬調(diào)制信號(hào)，通過(guò)線路28和30加到脈寬調(diào)節(jié)偏壓變換器26。脈寬調(diào)節(jié)偏壓變換器接收脈寬調(diào)制信號(hào)并產(chǎn)生表示脈寬調(diào)制信號(hào)工作周期一定幅值的調(diào)節(jié)信號(hào)(在線路2上。)這個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào)與控制信號(hào)結(jié)合在一起在本機(jī)電壓調(diào)壓器中產(chǎn)生一個(gè)調(diào)整控制信號(hào)以控制電源輸出電壓使之在調(diào)節(jié)點(diǎn)上得到約定電壓。
圖2是一個(gè)脈寬調(diào)節(jié)偏壓變換器的實(shí)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(diào)制信號(hào)連接到差動(dòng)放大器電路34中的運(yùn)算放大器U1A，差動(dòng)放大器34還包括電阻器R1，R2，R3和R4。該差動(dòng)放大器的輸出連到非反相運(yùn)算放大器U的輸入端。一個(gè)電壓信號(hào)可以，例如，10伏直流電壓的電壓信號(hào)，加在引線36上，同時(shí)為電阻器R5和R7所分壓產(chǎn)生一個(gè)在放大器U1B的非反向輸入端的參考電壓信號(hào)。放大器U1B作為一個(gè)比較器以規(guī)定電路的門(mén)限。U1B的輸出通過(guò)反相器U2倒相。晶體二極管CR1箝位U2輸入端負(fù)電壓的過(guò)壓。U2的輸出驅(qū)動(dòng)一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)U3。當(dāng)U2輸出是高電平，電容器C1通過(guò)引線36的電壓經(jīng)電阻R9被充電。當(dāng)U2的輸出是低電平，電容器通過(guò)R9和二極管CR2放電。于是，電容器電壓反比于脈寬調(diào)制信號(hào)的工作周期。因?yàn)榉聪嗥鱑2使信號(hào)倒相，當(dāng)工作周期為0時(shí)，電容器將充到引線36上的電壓值，當(dāng)工作周期為100%時(shí)，電容器上的充電電壓接近0伏。
運(yùn)算放大器U4把電容器從輸出端隔開(kāi)。在先前提出的實(shí)施例中，采用LM124放大器的原因是它具有抑制干擾的功能。電阻R11和R12確定放大器U4的增益。在上述提出的實(shí)施例中，放大器U4的增益是這樣調(diào)整的，使10伏電容器上的電壓產(chǎn)生11.4伏的輸出。電阻R13和R14用于提供在線路32上所需要的調(diào)節(jié)偏壓信號(hào)電平。當(dāng)脈寬調(diào)制信號(hào)輸入的工作周期從0到100%變化時(shí)，通過(guò)R13的電壓則從第一個(gè)予定電平下降到第二個(gè)予定電平線性地變化著。
圖3是用于在線路32上對(duì)圖1中本機(jī)電壓調(diào)節(jié)器的控制電路注入調(diào)節(jié)偏壓信號(hào)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R18，二極管CR3，CR4和CR5，以及放大器U5的脈沖修尖電路44在線路46上產(chǎn)生一個(gè)輸出，它能夠反映出最高電壓輸入電平的特點(diǎn)。該信號(hào)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(diào)節(jié)偏壓信號(hào)。而后在點(diǎn)48的電壓信號(hào)與加在端線50的一個(gè)參考電壓信號(hào)通過(guò)比較器U6相比較以產(chǎn)生一個(gè)在端線52上的調(diào)整控制信號(hào)。此后該調(diào)整的控制信號(hào)根據(jù)已知的方法用來(lái)控制電源輸出電壓而在電力系統(tǒng)中調(diào)節(jié)點(diǎn)得到一個(gè)予定電壓。
圖2電路組成的系統(tǒng)，其中發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)線圈的負(fù)端是地電位。大多數(shù)系統(tǒng)在遠(yuǎn)方電壓調(diào)節(jié)器上，開(kāi)關(guān)晶體管的負(fù)壓端具有處在地電位的特點(diǎn)。因?yàn)楫?dāng)通過(guò)磁場(chǎng)的電流最大時(shí)，開(kāi)關(guān)晶體管兩端電壓最小，電路的極性改變?cè)趫D2中是需要的。這可以通過(guò)從一個(gè)反相器到非反相緩沖器改變U2來(lái)實(shí)現(xiàn)。
脈寬調(diào)節(jié)偏壓變換器電路應(yīng)該有限制的功能。那就是說(shuō)，調(diào)節(jié)偏壓信號(hào)必須限制在線路阻抗最壞的情況和負(fù)載條件最壞的情況下所要求的范圍內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有加負(fù)載時(shí)，在VSCF電源端線的電壓等于調(diào)節(jié)點(diǎn)上的電壓。在無(wú)載情況下，由遠(yuǎn)方電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號(hào)的工作周期設(shè)置在一個(gè)予定的電平上，例如，30%。當(dāng)工作周期增加，從譬如說(shuō)，30%到100%，調(diào)節(jié)偏壓電路必須增加在VSCF端線的電壓以維持調(diào)節(jié)點(diǎn)所要求的電壓電平。除了瞬變過(guò)程期間，脈寬調(diào)制信號(hào)工作周期應(yīng)該保持在30到100%的范圍內(nèi)。在瞬變過(guò)程期間，它將處在較低的工作周期。這些瞬變過(guò)程發(fā)生在電壓或電流突然上升或負(fù)載切斷的時(shí)候。電壓電流的上升是由時(shí)間周期確定的，在該期間系統(tǒng)被控制，從零電壓輸出(場(chǎng)開(kāi)關(guān)閉合)到穩(wěn)態(tài)電壓。隨著電壓增加達(dá)到它所要求的穩(wěn)態(tài)電壓值時(shí)，閉合電路的時(shí)間常數(shù)在瞬間沒(méi)有很快地達(dá)到較低的激勵(lì)的狀態(tài)時(shí)，穩(wěn)態(tài)電壓即已達(dá)到。因此，輸出電壓超過(guò)或超調(diào)出所要求的穩(wěn)態(tài)值。于是，遠(yuǎn)方電壓調(diào)節(jié)器檢測(cè)到很高的一個(gè)電壓，并且工作周期降低到百分之零。在一個(gè)短時(shí)間內(nèi)(取決于系統(tǒng)時(shí)間常數(shù))，系統(tǒng)恢復(fù)到它的穩(wěn)態(tài)值，同時(shí)遠(yuǎn)方電壓調(diào)節(jié)器恢復(fù)到30到100%的范圍內(nèi)。卸載的瞬間過(guò)程發(fā)生在負(fù)載切除的時(shí)候。當(dāng)系統(tǒng)載荷時(shí)，工作周期增加到100%工作周期。瞬間卸載時(shí)，激勵(lì)電平使系統(tǒng)處于較高值(超調(diào))。在使系統(tǒng)恢復(fù)到它的穩(wěn)態(tài)值期間，遠(yuǎn)方電壓調(diào)節(jié)器檢測(cè)到電壓太高，并將工作周期降低到百分之零。
在一個(gè)閉環(huán)電路中用兩個(gè)電壓調(diào)節(jié)器，有一個(gè)穩(wěn)定性的可能性和調(diào)制問(wèn)題。在本發(fā)明所提出的實(shí)施例中，通過(guò)使調(diào)節(jié)偏電電路響應(yīng)時(shí)間變慢來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，(相對(duì)于本機(jī)電壓調(diào)節(jié)器的響應(yīng)時(shí)間)。由于在電壓電流突變引起的瞬變過(guò)程中，調(diào)節(jié)偏壓電壓規(guī)定只能下降到一定范圍，如使VSCF電源的輸出電壓下降，例如，小于5%，如果調(diào)節(jié)偏壓電路的范圍不受限制，并且調(diào)節(jié)偏壓要使VSCF電源輸出電壓降到零，那么，使系統(tǒng)恢復(fù)到所要求的額定輸出的時(shí)間與它應(yīng)有的時(shí)間相比大大小于臨界值。
調(diào)節(jié)偏壓電路應(yīng)該與脈沖寬度調(diào)制的幅值無(wú)關(guān)且僅對(duì)它的工作周期靈敏。除此之外，因?yàn)樵诒緳C(jī)和遠(yuǎn)方電壓調(diào)節(jié)器之間的距離，脈寬調(diào)制信號(hào)必須有分辨地檢測(cè)出來(lái)，致使一般電壓不影響其性能。
雖然，本發(fā)明已按現(xiàn)在認(rèn)為是最佳的實(shí)施例進(jìn)行了描述，本領(lǐng)域的人不離開(kāi)本發(fā)明范圍在技術(shù)可做各種變化是顯然的，因此試圖和權(quán)利要求附在一起概括這些變化。
權(quán)利要求
1.一個(gè)帶有線路降壓補(bǔ)償?shù)碾娏ο到y(tǒng)包括一個(gè)含有提供電壓到電力母線14的可控的電源10；一個(gè)本機(jī)電壓調(diào)節(jié)器12以檢測(cè)上述電源的輸出電壓并產(chǎn)生一個(gè)表示電源所要求的額定輸出電壓；其特征在于，一個(gè)遠(yuǎn)萬(wàn)電壓調(diào)節(jié)器20在遠(yuǎn)離上述電源的一個(gè)調(diào)節(jié)點(diǎn)上檢測(cè)到上述電力母線上的電壓，并且產(chǎn)生一個(gè)表示在上述調(diào)節(jié)點(diǎn)上電壓工作周期的脈寬調(diào)節(jié)信號(hào)；一個(gè)脈寬調(diào)節(jié)偏壓變換器26以接收上述脈沖寬度調(diào)制信號(hào)并產(chǎn)生表示上述脈寬調(diào)制信號(hào)工作周期幅值的調(diào)節(jié)信號(hào)；以及器件U6用來(lái)將上述控制信號(hào)與上述調(diào)節(jié)信號(hào)結(jié)合在一起而產(chǎn)生用以控制上述電源輸出電壓從而在上述調(diào)節(jié)點(diǎn)得到予定電壓的調(diào)整控制信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的一個(gè)電力系統(tǒng)，其中，上述調(diào)節(jié)偏壓變換器的響應(yīng)時(shí)間大于本機(jī)電壓調(diào)節(jié)器的響應(yīng)時(shí)間。
3.如權(quán)利要求1所述的一個(gè)電力系統(tǒng)，其中，上述調(diào)節(jié)信號(hào)與上述脈寬調(diào)制信號(hào)的幅值無(wú)關(guān)。
4.如權(quán)利要求1所述的一個(gè)電力系統(tǒng)，其中，當(dāng)上述電力母線沒(méi)有荷載時(shí)，上述脈寬調(diào)制信號(hào)的工作周期大約為30%。
5.如權(quán)利要求1所述的一個(gè)電力系統(tǒng)，其中，上述脈寬調(diào)節(jié)偏壓變換器包括一個(gè)差動(dòng)放大器U1A用來(lái)接收上述脈寬調(diào)制信號(hào)且產(chǎn)生一個(gè)放大了的脈寬調(diào)制信號(hào);器件U1B用于比較上述放大脈寬信號(hào)與一個(gè)參考信號(hào);器件U3用于當(dāng)上述放大脈寬信號(hào)超出上述參考信號(hào)時(shí)對(duì)電容充電;以及件U4用于產(chǎn)生上述調(diào)節(jié)偏壓信號(hào)以使與上述電容器上的電壓相對(duì)應(yīng)。
6.一種在一個(gè)電力系統(tǒng)中線路降壓補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ摲椒òㄌ峁┮粋€(gè)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(chǎn)生一個(gè)表示上述電源所需要的額定輸出電壓的控制信號(hào);以及檢測(cè)遠(yuǎn)離上述電源的一個(gè)調(diào)節(jié)點(diǎn)的上述電力母線電壓;其特點(diǎn)在于，產(chǎn)生一個(gè)帶有表示上述調(diào)節(jié)點(diǎn)電壓工作周期的脈寬調(diào)制信號(hào)的步驟;產(chǎn)生一個(gè)帶有表示上述脈寬調(diào)制信號(hào)工作周期幅值的調(diào)節(jié)信號(hào);以及將上述控制信號(hào)和上述調(diào)節(jié)信號(hào)結(jié)合在一起產(chǎn)生一個(gè)調(diào)整控制信號(hào)以控制上述電源輸出電壓使在上述調(diào)節(jié)點(diǎn)上得到予定的電壓。
7.如權(quán)利要求6所述的一種線路降壓補(bǔ)償方法，其中，上述調(diào)節(jié)信號(hào)與上述脈寬調(diào)制信號(hào)的幅值無(wú)關(guān)。
8.如權(quán)利要求6所述的一種線路降壓補(bǔ)償方法，其中，當(dāng)上述電力母線沒(méi)有荷載時(shí)，上述脈寬調(diào)制信號(hào)工作周期大約是30%。
全文摘要
一種有線路降壓補(bǔ)償?shù)碾娏ο到y(tǒng)，包括對(duì)電力母線提供電壓輸出的可控電源；檢測(cè)電源輸出電壓并產(chǎn)生表示電源額定輸出電壓的控制信號(hào)的本機(jī)電壓調(diào)節(jié)器，及一個(gè)檢測(cè)遠(yuǎn)離電源調(diào)節(jié)點(diǎn)電力母線上電壓的遠(yuǎn)方電壓調(diào)節(jié)器。該調(diào)節(jié)器產(chǎn)生一個(gè)具有表示調(diào)節(jié)點(diǎn)電壓工作周期的脈寬調(diào)制信號(hào)。一個(gè)脈寬調(diào)節(jié)偏壓變換器接收脈寬調(diào)制信號(hào)并產(chǎn)生調(diào)節(jié)信號(hào)。該調(diào)節(jié)信號(hào)與本機(jī)電壓調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)相結(jié)合產(chǎn)生一個(gè)調(diào)整控制信號(hào)以控制電源輸出電壓。
文檔編號(hào)H02P9/30GK1050800SQ9010799
公開(kāi)日1991年4月17日 申請(qǐng)日期1990年9月28日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月3日
發(fā)明者利蘭·路易斯·凱斯?fàn)?申請(qǐng)人:西屋電氣公司