飛機同步發電機的轉速、負載(負載的大小或功率因素)變化時,其電壓將隨之變化。為保證用電設備的正常工作,就需要通過改變激磁機的激磁電流來調節同步發電機的電壓。
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/2949.htm該調節器針對三級式無刷交流發電機進行設計。所謂三級式交流發電機,即是指交流發電機由永磁式付激磁機、激磁機、發電機組成。所設計的調壓器原理電路如圖1所示。圖中,A1、A2、A3採用一片LM124進行設計。
由於採用集成晶片和大功率管進行電路的設計,首先必須解決整個電路的工作電壓。本設計利用航空發動機經過恆速傳動裝置帶動永磁機的永磁轉子旋轉,在三相定子繞組中產生三相交流電,再由全波整流器進行整流,為調壓系統提供工作電源。
飛機交流發電機輸出的三相交流電經變壓器B降壓,三相橋式整流器整流和阻容濾波後,加在R2、R3和電位計W的串聯電路上。由於濾波電路的時間常數較大,濾波後的電壓基本上是平穩的直流。電位計W的活動觸點A經電阻R4接在集成運算放大器A1的反相端,穩壓管DZ1接在集成運算放大器A1的同相輸入端,穩壓管DZ1的穩定電壓作為基準電壓。該電路檢測三相電壓的平均值。
集成運算放大器A1的外圍電路連接成比例放大環節,發電機端電壓越高,測量比較電路的輸出電壓UAB越高,放大器輸出端D點的電位越低。該電路提高放大器前向通道的放大倍數,減小系統調壓的靜態誤差。
電阻R8、R9和電容C2、C3組成串聯超前校正電路,提高調壓系統的穩定性和反應的快速性,改善系統的動態性能。
因為測量比較電路輸出電壓UAB為平穩的直流電壓,為了進行調製而設計該電路。集成運放A3輸出端E點的電位穩壓管DZ2和DZ3限制在UZ的範圍內,F點的電位為 ,其中,UZ為穩壓管DZ2、DZ3的穩定電壓。假定開始瞬間E點電位為+UZ,F點的電位為+bUZ,b點的電位為-bUZ。集成運算放大器A3由E點經電阻R14向電容C9充電,使b點電位不斷升高。B點電位與時間的關係是,則:
(1)由初始條件t=0時,Ub=UZ-A=-bUZ可得A=(1+b)UZ,所以:
(2)可見電壓Ub是按指數曲線上升的。
電壓Ub加在A3的反相輸入端，Ub上升到略大於bUZ時,A3立即翻轉,E點電位變為-UZ,F點電位為UF=-bUZ。
Ub由-bUZ上升到bUZ的時間t1由式(2)求出:
(3)此後電容器C5通過電阻R14放電,b點電位逐漸降低。在經過時間t1後,b點電壓又降低為-bUZ,A3輸出端電壓UE又返回到+UZ。如此不斷循環,每個循環的周期為
(4)設計過程中,使參數R14C5>>T,電壓Ub的上升曲線與下降曲線近似直線,所以該電路的輸出電壓的波形近似為三角波。參看圖2(a)。三角波發生器的輸出電壓加在比較放大器A2的同相輸入端。
集成運放A2用作比較放大器。差動放大器的輸出電壓UD加在A2的反相輸入端,三角波的輸出電壓Ub加在A2的同相輸入端。A2的輸出電壓UH取決於兩個輸入電壓的相對大小。當Ub>UD時,A2輸出電壓UH為正,當Ub
電晶體BG1對前級輸入的脈衝信號進行整形輸出標準的矩形波。大功率電晶體BG2、BG3採用達林頓連接,串聯在激磁機激磁線圈Wjj的電路中,改變其導通比,即可控制激磁電流的大小。二極體D13為續流二極體,在功率截止期間，它為激磁電流提供續流通路,以防止功率管由導通轉為截止時,在激磁繞組中產生過高的自感電勢功率管擊穿，同時又可使激磁電流平滑。R12為加速電阻，改善調壓系統的動態性能。
當發電機負載電流減小，端電壓升高時,測量比較電路的電位計W活動觸點A的電位升高,差動放大器A1的輸出電壓UD降低,比較放大器A2輸出的正脈衝寬度增大，使功率管BG2、BG3的導通比下降，激磁機的激磁電流下降,發電機電壓降低,從而使發電機的輸出電壓穩定在額定範圍內;當發電機負載電流增大,發電機端電壓降低時,調節過程與上述過程相反。
新研製的電壓調節器電路參數經反覆計算和調整,保證了信號輸出的精度,波形規整,長時間工作穩定可靠,達到穩定發電機輸出電壓的要求。調壓精度穩定在U額定±0.5V內。發電機在大、小負載的工作狀態下,調壓器各級電壓波形如圖2所示。
與以往基於分立元器件所設計的電壓調節器相比,該調節器具有以下特點:
（1） 因為它的調製電路不是利用發電機電壓經濾波整流後的三角波,而是由專門的電路產生的三角波來完成調製,因此這種調壓器也可用於直流發電機電壓的調節。
（2） 三角波的幅值與濾波電容器C1的電容量無關,因此,當環境溫度變化引起C1的電容量變化時，不會造成溫度誤差。
（3） 測量比較電路的變壓器B接成Y/Δ形式,次級繞組輸出電壓中出現三次及三的倍數次諧波,因此其波形較好,受負載變動的影響小,因而測量比較電路的輸出電壓UAB受負載變動的影響小,有利於提高調壓精度。
基於集成運放設計飛機交流發電機電壓調節器,不僅使設備的體積小、重量輕、價格低廉而且具有抗幹擾能力強,可靠性好、調壓精度高等特點;同時,由於調壓器內部電路信號傳遞關係簡單,便於地面維護人員的校驗和維修,因此具有顯著的經濟和軍事效益。
參考文獻
1 譚建成，電機控制專用集成電路，機械工業出版社,1999。
2 [德]沃爾夫岡.施姆希，基本電路，科學出版社1997。