基于 LM124 交流发电机电压调节器的设计

基于 LM124 交流发电机电压调节器的设计 设计与开 发 基于,,,,,交流发电机电压调节器的设计 卢建华 (烟台海军航空工程学院，山东 烟台,,,,,,) 摘要:介绍了一种基于,,,,,脉冲调宽式航空交流发电机电压调节器的设计方法，并给出了具体的硬件电路。调试结果表明，调压系统具有抗干扰能力强、调压精度高的特点。该方法可为各种航空交流发电机电压的自动调节提供参考。 关键词:交流发电机;调压器;设计中图分类号:,,,,, 文献标识码:, 文章编号:,,,,,,,,,(,,,,),,,,,,,,,, , 引言 飞机同步发电机的转速、负载(负载的大小或功率因素)变化时，其电压将随之变化。为保证用电设备的正常工作，就需要通过改变激磁机的激磁电流来调节同步发电机的电压。 ,, ,,, ,,,，,,,, ,, ——————————————————————————————————————————————— (,) 上式方程的解为: ,, ,,,,,τ 0?,?,,,,,,,,,,, ,,,(,,,),τ ,1?,?, , ,, (,)(,) , 基本原理 晶体管电压调节器的基本原理如图,(,)所示。图中大功率晶体管,,串联在激磁机激磁线圈,,,电路中，用来控制激磁机的激磁电流。通过合理设置大功率晶体管的工作条件，使其工作在开关状态，等效电路如图,(,)所示。 式中,,,,，,,;,,和,为积分常数。式(,)和(,)反应了发电机激磁电流的变化规律。 在功率管的控制下，由于激磁绕组存在电感，使得激磁电流按照指数规律变化。功率管导通时，激磁电流按指数增长，但其尚未增大到最大值,,,,, 时管子便截止了;功率管截止时，激磁电流按指数规律衰减，同样未等衰减到零时，管子又导通了。可见激磁电流是围绕某一平均值，脉 动 的，如图,所示。 ,, 图, 晶体管电压调节器原理图 设,,,和,为激磁机绕组的电阻和电感;,为电源电压;,,——————————————————————————————————————————————— 为功率管导通时间;导通期间的电流为,,,;,,为功率管截止时间;截止期间的电流为,,, ;则功率管导通和截止期间的电压平衡方程式为: ,,,, ,,,,,,，,, ,, (,) 图, 激磁电流的变化曲线 62半导体技术第,,卷第,期 二,,二年 四月 设计与开 发 激磁电流的平均值可由以下积分公式求出:1tTE=[d+d=×σ (,)Iititjj?on?ont T0Rjj 1 1 以控制激磁机的激磁电流，从而使发电机的端电压在一定范围内可调。 , 硬件电路设计 该调节器针对三级式无刷交流发电机进行设计。所谓三级式交流——————————————————————————————————————————————— 发电机，是指交流发电机由永磁式副激磁机、激磁机、发电机组成。所设计的调压器原理电路如图,所示。图中,,、,,和, , t1t1 σ==式中，σ为大功率管的导通比，t1+t2T。在功率管的控制下，激磁电流的平均值，,,与功率管的导通比σ成正比。只要使功率管导通比随发电机工作状态的变化而作相应的改变，就可 采用一片,,,,,进行设计。 图, 基于集成运放电压调节器原理电路 由于采用集成芯片和大功率管进行电路的设计，首先必须解决整个电路的工作电压。本设计利用航空发动机经过恒速传动装置带动永磁机的永磁转子旋转，在三相定子绕组中产生三相交流电，再由全波整流器进行整流，为调压系统提供工作电源。,(, 测量比较电路 飞机交流发电机输出的三相交流电经变压器,降压，三相桥式整流器整流和阻容滤波后，加在,,、,,和电位计,的串联电路上。由于滤波电路的时间常数较大，滤波后的电压基本上是平稳的直流。电位计,的活动触点,经电阻,,接在集成运算放大器,,的反相端，稳压管,,,接在集成运算放大器,,的同相输入端，稳压管,,, ,,,,, ,,,, ——————————————————————————————————————————————— 的稳定电压作为基准电压。该电路检测三相电压的平均值。 ,(, 差动放大和校正电路 集成运算放大器,,的外围电路联接成比例放大环节，发电机端电压越高，测量比较电路的输出电压,,,越高，放大器输出端,点的电位越低。该电路提高放大器前向通道的放大倍数，减小系统调压的静态误差。 电阻,,、, , 和电容,,、, , 组成串联超前校 正电路，可提高调压系统的稳定性和反应的快速性，改善系统的动态性能。,(, 三角波发生器 因为测量比较电路输出电压,,,为平稳的直流电压，为了进行调制而设计该电路。集成运 ,,,,;,,,,;,,, ,,;,,,,,,, ,,,( ,, ,,( , 63 设计与开 发 放,,输出端,点的电位被稳压管,,,和,,,限制在R17 ?UZ ——————————————————————————————————————————————— ,的范围内，,点的电位为,R16+R17，其中 R17 R16+R17;,,为稳压管,,,、,,,的稳定电压。 ,(, 比较放大器 集成运放,,用作比较放大器。差动放大器的输出电压,, 加在,,的反相输入端，三角 波的输出电压,,加在,,的同相输入端。,,的输出电压,,取决于两个输入电压的相对大小。当,,,, , β= 时，, , 输出电压, , 为正，当,,,,,时， 假定开始瞬间,点电位为，,,;,点的电位为 ，β,, ;,点的电位 为,β,, 。集成运算放大器,,由,点经电阻,,,向电容,,充电，使,点电位不断升高。,点电位与时间的关系是 ,,的输出电压为负。该电路完成对差动放大器输出电压的调制作用，即把数值不同的,,转变为不同宽度的输出脉冲。输入电压,,越高，比较放大器输出的正脉冲的宽度越窄;反之则反。比较放大器的输入与输出电压波形参看图,(,)，(,)。 ——————————————————————————————————————————————— dUb Ub+R14C5=UZ， dt则: Ub=U?Ae Z ? tR14C5 (,) 由初始条件,,,时，,,,,,,,,,β,,可得,,(,，β),,，所以: U=U?(1+β)e bZ ?t R14C5 (,) 可见电压,,是按指数曲线上升的。 电压 ,,加在,,的反相输入端，当,,上升到略大于β,,时，,,立即翻转，,点电位变为,,,，,点电位为,,,,β,, 。 ,,由,β,,上升到β,,的时间,,由式(,)求出: 1+β t1=R14C5ln1?β ——————————————————————————————————————————————— (,) 此后电容器,,通过电阻,,,放电，,点电位逐渐降低。在经过时间,,后，,点电压又降低为,β, , ，, , 输出端电压, , 又返回到，, , 。如此不断 ,(, 整形放大和功率放大电路 晶体管,,,对前级输入的脉冲信号进行整形，输出 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的矩形波。大功率晶体管，,,,,,,采用达林顿联接，串联在激磁机激磁线圈,,,的电路中，改变其导通比，即可控制激磁电流的大小。二极管,,,为续流二极管，在功率管截止期间，它为激磁电流提供续流通路，以防止功率管由导通转为截止时，在激磁绕组中产生 (下转) 循环，每个循环的周期为: 1+β (,) T=2t1=2R14C5ln1?β ——————————————————————————————————————————————— 设计过程中，使参数,,,,,,,,，电压,,的上升曲线与下降曲线近似直线，所以该电路的输出电压的波形近似为三角波。参看图,(,)。三角波发生器的输出电压加在比较放大器,,的同相输入端。 64半导体技术第,,卷第,期 二,,二年 四月 模拟器件 , 测试结果 中频放大单元测试数据见表, 表,测试数据 , 结束语 试验中发现,,,,与中频单元应屏蔽隔离，否则,,,,输出信号经空间耦合到中频单元输入端。在不加输入信号的情况，环路锁定，引起假锁现象。 参考文献 ,,, 清华大学通信教研组( 高频电路 ( 北京:人民邮电出版社 ，,,,,( ,,, 张厥盛，郑继禹，万心平( 锁相技术 ( 西安:西北电 讯工程学院出版社，,,,,( (收稿日期:,,,,,,,,) ——————————————————————————————————————————————— 由表,可知，测试结果满足,,,,的动态范围。这里,,解调器测试(从示波器上读峰,峰值);设置调制指数:,,,,(,,,(,,,,;调制频率:用低频信号源来代替，从,,,,,,,,;从锁定指数和解调波形上观察，环路在,,,,,,,,,,范围，稳定工作， 末级视放增益可调，可适应不同的调相指数，解调输出峰,峰值可调至,(,,。 (上接) 樊 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 军 ,,,,年毕业于西安电子科技大学无线电通信专业。一直从事电子系统工程专业设计工作。 过高的自感电势将功率管击穿，同时又可使激磁电流平滑。,,,为加速电阻，改善调压系统的动态性能。 ,(, 调压器的工作过程 当发电机负载电流减小，端电压升高时，测量比较电路的电位计,活动触点,的电位升高，差动放大器,,的输出电压,,降低，比较放大器,,输出的正脉冲宽度增大，使功率管,,,，,,,的导通比下降，激磁机的激磁电流下降，发电机电压降低，从而使发电机的输出电压稳定在额定范围内;当发电机负载电流增大，发电机端电压降低时，调节过程与上述过程相反。 滤波整流后的三角波，而是由专门的电路产生的三角波来完成调制，因此这种调压器也可用于直流发电机电压的调节。 ?三角波的幅值与滤波电容器,,的电容量无关，因此，当环境温度变化引起,,的电容量变化时，不会造成温度误差。 ——————————————————————————————————————————————— ?测量比较电路的变压器,接成,,Δ 形式，次级绕组输出电压中出现三次及三的倍数次谐波，因此其波形较好，受负载变动的影响小，因而测量比较电路的输出电压,,,受负载变动的影响小，有利于提高调压精度。 , 结束语 基于集成运放设计飞机交流发电机电压调节器，不仅使设备的体积小、重量轻、价格低廉，而且具有抗干扰能力强，可靠性好、调压精度高等特点;同时，由于调压器内部电路信号传递关系简单，便于地面维护人员的校验 , 和维修，因此具有显著的经济和军事效益。该研究成果将在某型引进飞机上推广使用。 (收稿日期:,,,,,,,,) 卢建华 男， ,,,,年毕业于海军航空工程学院自动控制系，硕士，海军航空工程学院电气、仪表与控制工程教研室讲师。主要从事仪表与控制方面的教学和科研工作。 ,,,,;,,,,;,,, ,,;,,,,,,, ,,,( ,, ,,( , , 系统试验 新研制的电压调节器电路参数经反复计算和调整，保证了信号输出的精度，波形规整，长时间工作稳定可靠，达到稳定发电机输出电压的 ——————————————————————————————————————————————— 要 求 。 调 压 精 度 稳内定。在?(额图定, ,为发电机在大、小负载的工作状态下，调压器各级电压波形。 与以往基于分立元器件所设计的电压调节器相比，该调节器具有以下特点: ?因为它的调制电路不是利用发电机电压经 ,,,,, ,,,, 67 ———————————————————————————————————————————————