GJB181航空電源測試標準及實踐

2021-01-14 瑞風協同

【試驗工程師·公益學習營】第七期第5講

【試驗工程師·公益學習營】總第35講，於2020年9月4日如期舉行，本期講師是瑞風協同測試技術部經理，在試驗測試領域有十餘年從業經驗，參與高端製造業多家龍頭單位自動測試系統的建設，主要研究方向為試驗測試系統及數據採集系統應用方案設計。

前言：電源是向電子設備提供功率的裝置，電源功率的大小，電流和電壓是否穩定，將直接影響整個系統的工作性能和使用壽命。電子設備的設計需要重點考慮電源系統，只有提高了電源的穩定性和可靠性，整個電子設備的性能才可以大幅度提升，因此在研發、生產、檢驗過程中需要對電源重要指標進行大量的測試。尤其是航空領域，電源需要滿足飛機電力特性，電源測試內容豐富，包括電壓畸變、電壓瞬變、尖峰電壓、紋波電壓、電壓調製、浪湧電流、頻率畸變、電壓擾動等等。

本期課程重點分為以下四個方面：GJB181飛機供電特性概述、GJB181規定的電子設備兼容性測試方法、GJB181測試系統簡介和GJB181測試系統應用擴展。

一、GJB181飛機供電特性概述

飛機供電特性標準既是飛機電氣系統設計的一項重要標準，也是飛機供電系統與用電設備的接口標準;是研製、生產、採購、驗收、使用、維護、修理過程中應執行的規範;是進行國內外技術協調及引進設備時檢驗驗收的依據。GJB181的演變為：GJB181-1986→GJB181A-2003→GJB181B-2012。

GJB181的七大供電類分別為：單相115V/400Hz、三相115V/400Hz、單相115V/360-800Hz、三相115V/360-800Hz、單相220V/50Hz、直流270V、直流28V。GJB181用電設備的六種工作狀態分別為：正常、轉換、非正常、應急、電啟動、供電故障。

二、GJB181規定的電子設備兼容性測試方法

GJB181標準中規定的電子設備兼容性測試方法中比較有代表性的是單相400Hz交流和28V直流供電方式，測試項根據6種飛機供電工作狀態進行劃分，以單項交流為例，包含以下測試項：

工作狀態

單相115V 400Hz 交流

28V直流

正常工作狀態

SAC-101

負載特性

LDC-101

負載特性

SAC-102

正常穩態電壓和頻率

LDC-102

正常穩態電壓

SAC-103

----

LDC-103

電壓畸變頻譜

SAC-104

電壓調製

LDC-104

脈動

SAC-105

頻率調製

LDC-105

正常電壓瞬變

SAC-106

電壓畸變頻譜

SAC-107

電壓畸變係數

SAC-108

直流分量

SAC-109

正常電壓瞬變

SAC-110

正常頻率瞬變

轉換狀態

SAC-201

供電轉換中斷

LDC-201

供電轉換中斷

非正常狀態

SAC-301

非正常穩態電壓和頻率

LDC-301

非正常穩態電壓

SAC-302

非正常電壓瞬變

LDC-302

非正常電壓瞬變

SAC-303

非正常頻率瞬變

應急狀態

SAC-401

應急穩態電壓和頻率

LDC-401

應急正常電壓

發動機電起動

SAC-501

-

LDC-501

起動電壓瞬變

供電故障

SAC-601

斷電

LDC-301

斷電

SAC-602

-

LDC-302

反極性

SAC-603

反極性

表1 GJB181B單相定頻交流及28V直流測試項

圖1 GJB181B單/三相測試原理圖

圖2 GJB181B 直流測試原理圖

所有的測試項在測試過程中需要注意的是除電流外，其他參數的測量要在UUT電源輸入端10cm範圍內進行;電流測量使用互感器在115V線上進行;確保電源中線可靠接地，UUT的激勵設備和監測設備應確保UUT適當的激勵輸入，並監測UUT的輸出，確保能判定UUT的性能。

1、SAC101 -負載特性

1）波峰係數測量

2）功率因數測試量

3）電流畸變係數測量

4）電流畸變頻譜測量

2、SAC102 -穩態電壓和頻率極限試驗

本試驗用於驗證單相交流115V400HZ用電設備在其供電電壓和頻率為GJB181B-2012規定的正常穩態電壓和頻率極限時，能否正常工作並保證其性能。

3、SAC104 -電壓調製試驗

1）交流定頻電壓需要在400Hz上做試驗;

2）需要在穩態電壓115Vrms、109.25Vrms和116.75Vrms分別做試驗

3）電壓調製試驗條件表

4、SAC105–頻率調製試驗

1）單相交流400Hz定頻試驗中，分別需要在395Hz、400Hz和405Hz頻率點上做頻率調製試驗，每個頻率點上試驗時間為10分鐘

2）頻率調製試驗條件表

5、SAC106 -電壓畸變頻譜試驗

1）試驗前需要對試驗條件A-H做校準，校準電阻上所產生的電流與用電設備實際的負載電流一致

2）每種試驗條件的試驗間隔時間為1分鐘

3）單相交流400Hz定頻電壓畸變頻譜試驗條件表

6、SAC107 -電壓畸變係數試驗

試驗前需要對試驗條件做校準，校準電阻上所產生的電流與用電設備實際的負載電流一致

7、SAC108 -直流分量試驗

1）將UUT接入試驗電路中，打開交流電源開關，調整電壓到115V，頻率為400Hz

2）閉合供電迴路開關，啟動UUT

3）通過調製程控交流電源，分別在交流輸出疊加一個+0.1V和-0.1V的直流電壓，試驗時間不少於30分鐘

8、SAC109 -正常電壓瞬變

1）試驗條件A-M需要循環5次，每個試驗條件間隔1分鐘

2）交流400Hz設備試驗條件表

9、SAC110 -正常頻率瞬變試驗

1）試驗條件A-I需要循環5次，每個試驗條件間隔1分鐘

2）交流400Hz定頻設備試驗條件表

10、SAC201 -電源中斷試驗

1）交流400Hz定頻設備只在400Hz上做試驗

2）每個試驗條件間隔1分鐘，A-L需要循環做試驗5次

3）電源中斷試驗條件表

11、SAC301–非正常穩態電壓和頻率

SAC301非正常穩態電壓和頻率試驗要求驗證單相交流115V400HZ用電設備在其供電為GJB181B-2012規定的非正常穩態極限時，能否工作並保持其規定的性能。

12、SAC302 -異常電壓瞬變試驗

1）試驗條件A-M需要循環5次，每個試驗條件間隔1分鐘

2）交流400Hz設備試驗條件表

13、SAC303-異常頻率瞬變試驗

1）試驗條件A-I需要循環5次，每個試驗條件間隔1分鐘

2）交流400Hz定頻設備試驗條件表

14、SAC401 -緊急電壓和頻率試驗

1）單相交流400Hz定頻異常電壓和頻率極限表

15、SAC601–斷電

1）交流400Hz定頻設備只在400Hz上做試驗

2）每個試驗條件間隔1分鐘，A-D需要循環做試驗5次

3）電源失效試驗條件表

三、GJB181測試系統簡介

針對以上的測試方法，下面我們介紹一下市場上應用比較廣泛的幾種測試方案。

1、最簡方案：

表2 GJB181測試系統最簡方案覆蓋測試項

圖3 GJB181測試系統最簡方案

2、系統解決方案

1)系統組成：交直流電源、傳感器及採集設備、激勵輸入設備

2)系統軟體功能：標準版本選擇、測試項目選擇、測試窗口配置、測試設備設置、測試報表生成

圖4 GJB181測試系統解決方案

市場主流設備廠家包含有美國AMETEK集團APP程控電源事業部CI品牌、EMTEST、艾德克斯等。

四、GJB181測試系統應用擴展

在我國工業等其他領域，以上解決方案通過調整後，同樣能夠適應相關領域產品的供電適應性測試需求。

如商用飛機需按DO-160標準中關於機載設備供電適應性要求進行測試，船舶艦載設備、航天飛行器、衛星等用電設備的地面供電模擬測試、風電機組電網適應性測試等應用，通過對測試系統的硬體、軟體進行調整後均可支持。

DO-160測試，使用GJB181電源適應性測試系統即可測試，只需軟體開發相應的測試序列。

船舶、衛星等用電設備的適應性要求均有相應的軍標進行規範，風電行業暫時沒有明確的標準，但在參考GB 電能質量 供電電壓偏差和國家電網公司企業標準 風電場接入電網技術規定後，並結合客戶的需求，通過對GJB181系統進行調整，同樣能夠該測試需求。

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