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2023/8/3歼七飞机交流电源系统改造研究谢少军南京航空航天大学自动化学院2023/8/3主要内容歼七飞机交流电源改造背景改造总体方案发电机工作点设计方案功率变换器功率电路的设计方案系统的工作过程歼七飞机交流电源改造实例结论2023/8/3改造背景1.电子设备增多，电源容量要求增大2.原混合电源系统中变频交流电源利用率不高3.二次交流电源的容量受限制4.变速恒频技术的发展2023/8/3改造总体方案控制保护器功率部件电磁部件发电机接触器变压整流器直流电源系统反流割断器交流发电机28V直流JF－12A发电机、调压器JTY-13和控制保护器KBU-5A构成2023/8/3发电机工作点的选取发电机工作点的选取在对JF－12A发电机特性进行充分试验的基础上进行，并且主要是依据低速（4000转/分）时的工作特性选取。将发电机的空载工作点选取为Uo等于140V,相比其原设计点提高22％。由于电机后接整流负载，负载功率因数约为0.9,在此情况下，发电机输出12kVA功率时，励磁电流小于25A，低于JF-12A励磁绕组最大允许工作电流。2023/8/3功率变换器功率部件的设计方案由输入整流器、直流滤波、三相逆变桥及驱动电路、发电机电流检测互感器和逆变器过流限制电流互感器组成驱动电路GAGBGCCT1D1D2D3D4D5D6CDCT1T2T3T4T5T6D7D8D9D10D11D12CT2IA1IA2IA32023/8/3功率变换器电磁部件的设计方案IAIBICCT3LALBLCCACBCCCT4NFTCT5ABCN由滤波电感、滤波电容、中点形成变压器、发电机及变换器对地短路故障电流检测互感器、输出电流检测互感器等构成2023/8/3功率变换器控制部件的设计方案控制部件完成系统的控制、保护、自检测及状态显示等功能。控制部件有机内电源、微机和接口、调压器、逆变器控制和母板等线路板，在面板上安装GCR和航空插座2023/8/3调压器结构图直流调压及过压保护电压及负载电流检测软启动及电压基准励磁电流过大保护励磁电流检测励磁电流软反馈功率放大励磁输出28V自检输出直流过压直流环节电压调节点电压负载电流自检输入励磁异常励磁电流2023/8/3①采用双电压基准实现功率电路的自检和系统的开、关机，当系统启动时，调压器先给出低电压基准使得系统的输出电压为15V，在功率电路自检正常后，调压器给出高电压基准使系统输出115V电压，当发电机转速低于4000rpm时，调压器使系统输出电压变低，可以避免电机过励磁，并且可以作为系统的关机判据；②引入了负载电流反馈，可以限制系统的输出功率和短路电流；③传统的飞机发电机调压器采用励磁电压软反馈，但本调压器采用励磁电流软反馈，由于励磁电流中包含了电机时间常数信息，校正网络将自动适应电机时间常数的变化，因而可以在宽广的温度、转速和负载范围内使系统性能满足指标要求；调压器的特点2023/8/3④调压器采用交、直流二个调压通道，一旦交流调压通道失去作用（如检测电路开路），直流调压通道将变换器的输入电压稳定到一定值，因而可以防止过高的直流电压作用于逆变器功率器件；⑤调压器自检电路包括初始自检测和运行自检测，初始自检测时在电压检测输入端加入一个方波信号，检测励磁功率管是否有开关转换来判断电路是否正常，在运行时若功率管在较长时间内没有开关转换则认为调压器故障。调压器的特点2023/8/3系统工作过程开机过程当地面电源无电、开关KS处于接通位时，若直流发电机工作，则机内电源工作；若电源板不正常则显示控制器故障，系统不工作，若正常则解除微机复位和调压器封锁；微机上电复位后进行系统初始自检，首先读取系统故障标志（在前次运行时设定），若标志位设置则指示故障，系统不工作，若未设置则检测各控制线路板，若线路板有故障则显示控制器故障，系统不工作，若无故障则闭合GCR，给出调压器低电压基准；微机进行系统输出检测，若变换器输出电压波形不正常，则指示功率部件故障，断开GCR,系统不继续工作，若波形正常则检测发电机转速；若发电机转速低则等待，至转速正常后，微机给出信号锁定机内电源供电，使机内电源的工作与直流发电机工作与否无关，同时给出调压器高电压基准，开始进行输出检测；当电压正常后，微机给出信号闭合GCB，系统输出电能，微机进入运行自检测过程。2023/8/3系统工作过程正常关机过程当发动机转速降低后，发电机频率降低，若发电机频率低于380Hz，微机给出欠速信号，调压器电压基准降低，系统输出欠压，断开GCR和GCB，若直流发电机有电则系统进入等待状态，若无电则关闭机内电源，系统关机。2023/8/3系统工作过程故障关机过程初始自检有故障时，交流电源系统不投入工作。运行自检有跳闸保护故障时，微机进行故障隔离，若非欠速，则判断故障，属严重故障则置系统故障标志，记录故障码，属一般故障则仅记录故障码，然后断开GCR和GCB，若为欠速则正常关机。2023/8/3系统工作过程系统复位过程系统正常运行时不提供自动复位功能，故障保护后，可以通过将KS断开后再置于测试位，测试正常后可将开关置于开通位，重新启动系统，特殊情况下允许开关断开后直接置于开通位重新启动。2023/8/3歼七飞机交流电源改造实例上述电源改造方案被某型歼七飞机改进研证机选用，研制了型号产品，经过测试表明系统的性能指标达到了有关技术要求，经过装机使用证明了这种改进方案具有改造工作量小、性能价格比高、电气性能优越、功能完善、可靠性高等优点。2023/8/3结论(1)本文提出了应用多LRU变速恒频技术将歼七飞机的单相变频交流电源改造为三相四线恒频交流电源的技术方案，该方案改造工作量小、性能价格比高。(2)本文给出了改进电源系统的具体设计方案和关键技术，由于采用了电压波形闭环反馈、励磁电流软反馈和自检测等新技术，体现了明显的技术先进性。(3)基于本文的方案，研制了实际系统并在某型歼七改进验证机上进行了应用，实践证明了该方案的可行性。(4)本文提出的歼七飞机交流电源改造方案也可以用于其他老飞机（如米格－21，F－5等）的电源改造。2023/8/3致谢感谢成都飞机工业（集团）有限责任公司产品开发部的高荣兴工程师和其他公司领导为本文方案应用所作出的贡献。感谢成都成飞电子设备厂在采用本文方案研制装机产品中给予的支持。2023/8/3谢谢大家！