一种机载并联交流电源系统的地面模拟测试系统的制作方法

1.本发明涉及飞机地面测试技术，进一步是电源系统地面模拟测试技术领域，具体是一种机载并联交流电源系统的地面模拟测试系统。


背景技术：

2.机载并联交流电源系统包含两台恒速传动装置、两台交流发电机、两台发电机控制盒、两台调频组合和两台交流电源控制盒，经控制及电流均衡调节后并联向飞机电网供电。机载交流电源系统在并联开关接通后，调频组合调节恒速传动装置、发电机控制盒调节发电机输出电压，保证两交流发电机电压差、频率差在允许范围内，在相位差合适的时机，发电机控制盒控制两交流发电机输出汇流条接通，实现并联供电。并联运行期间，两台调频组合根据两台交流发电机有功电流差调节恒速传动装置使两台交流发电机的有功电流均衡，两台调压组合根据两台交流发电机无功电流差调节主交流发电机输出电压调节两台交流发电机的无功电流均衡，避免两交流电源互相作为电源/负载，损坏电源系统。供电系统对飞机的安全至关重要，为确保飞机供电特性符合设计要求，需验证飞机供电特性与用电设备的匹配性。机载并联交流电源系统在装机前后均需对供电特性进行测试验证。由于恒速传动装置设置在飞机发动机上，现有技术对机载并联交流电源系统的测试验证只能在飞机上进行，现有技术中没有并联交流电源系统的地面模拟测试系统，无法在试验室中对飞机并联状态下的供电特性及与用电设备的匹配性进行测试，目前，此项工作一般在科研机上直接进行，导致生产周期无法优化、研制风险增大。为了及时发现供电系统的设计隐患，完成电源系统原理性试验及供电特性的验证，为后续飞机供电系统集成优化、试飞支援、设备排故、提供支撑，需要在地面试验室对机载并联交流电源系统进行模拟测试。


技术实现要素：

3.为满足机载并联交流电源系统原理性试验及供电特性的验证需求，为后续飞机供电系统集成优化、试飞支援、设备排故提供支撑，本技术的目的在于提出一种机载并联交流电源系统的地面模拟测试系统。解决了地面模拟测试系统中调频组合无法闭环调节2台拖动台输出转速问题，并联运行中电流均衡问题，极端情况下并联带转故障隔离问题，实现两交流发电机并联供电，并可靠运行。
4.一种机载并联交流电源系统的地面模拟测试系统，所述机载并联交流电源系统含有两台并联的交流发电机，每台交流发电机关联一个调频组合，其特征在于，所述的地面模拟测试系统含有两套拖动台和与拖动台交联的数据采集系统以及试验综合管理系统，每套拖动台的拖动电机通过联轴器与机载并联交流电源系统的一台交流发电机连接，用于拖动交流发电机工作，所述的数据采集系统采集机载并联交流电源系统的调频组合数据、负载电流和拖动电机工作参数，并将调频组合数据、负载电流和拖动电机工作参数发送给试验综合管理系统，所述的试验综合管理系统含有两个转速控制单元和两个扭矩控制单元，操作人员通过试验综合管理系统设置拖动电机的转速范围，转速控制单元根据调频组合数据
自动调节相应拖动电机的工作转速，实现两交流发电机频率差满足并联条件，扭矩控制单元根据数据采集系统采集的负载电流分别调节拖动电机的输出扭矩，以实现两交流发电机输出电流的均衡调节，保证并联可靠运行。
5.所述的机载并联交流电源系统的地面模拟测试系统，其特征在于，转速控制单元根据调频组合数据自动调节相应拖动电机的工作转速，使两台拖动电机的转速差≤15r/s，保证机载并联交流电源系统的两台交流发电机的频率差≤1hz。
6.所述的机载并联交流电源系统的地面模拟测试系统，其特征在于，扭矩控制单元根据数据采集系统采集的负载电流分别调节拖动电机的输出扭矩，使两台拖动电机输出扭矩差小于扭矩之和的5％，保证机载并联交流电源系统的两台交流发电机输出的有功电流差小于5％。
7.上述机载并联交流电源系统的地面模拟测试系统，通过拖动电机和联轴器向交流发电机提供一定转速的机械能。其转速范围由操作人员通过试验综合管理系统设置，转速具体值由试验综合管理系统根据调频组合的频率调节信号实时控制，实现拖动电机转速的闭环调节控制。在保持转速一定的情况下，拖动电机输出扭矩可变，由试验综合管理系统根据负载情况实时调节拖动电机的输出扭矩。拖动电机输出轴上设置联轴器，将拖动电机输出的机械能传递给被测发电机的同时，保证拖动电机与被测发电机的同轴度，同时联轴器的抗扭力低于拖动电机输出轴的抗扭力，预防在并联供电状态下，一台交流发电机被另一台交流发电带转，引起拖动电机输出轴断裂。另外，每套拖动台上也会设置传感器，采集转速、转角、扭矩、振动量值和温度等参数，为保护操作和限制提供参数依据。通过数据采集系统，采集拖动电机的转速、转角、扭矩、振动量值和温度等参数；采集调频组合输出的并联状态、频率调节信号等信息；为避免并联状态下，左/右交流发电机输出形成的环流影响，环流路径为一台交流发电机至左/右交流电源控制盒再到另一台交流发电机，而不流经负载，故而不能直接采集交流发电机的输出电流作为调节输出扭矩的依据，而是采集交流电源控制盒后端负载配电线路上电流。通过试验综合管理系统，控制核心有转速控制单元、扭矩控制单元。操作人员通过试验综合管理系统设置拖动电机的转速范围，转速控制单元根据相应侧调频组合输出的频率调节信号，分别调节拖动电机的输出转速，保证两台拖动电机的转速差≤15r/s，保证机载并联交流电源系统的两台交流发电机的频率差≤1hz，实现两交流发电机频率差满足并联条件；扭矩控制单元根据数据采集系统采集的负载电流，分别调节两台拖动电机的输出扭矩，在转速一定的情况下，调节输出扭矩即为调节拖动电机的输出功率，即为调节交流发电机的输出功率，达到限制两交流发电机环流的目的，使两台拖动电机输出扭矩差小于扭矩之和的5％，保证机载并联交流电源系统的两台交流发电机输出的电流差小于5％，达到两台交流发电机输出电流均衡的效果。
8.本技术的有益效果在于：1)保证与机载并联交流电源系统构型一致、提高测试的准确性和完备性。地面模拟测试系统主要验证飞机供电特性及与用电设备的匹配性，要求地面模拟测试系统尽可能还原机上供电系统，保证与机载并联交流电源系统构型一致，调频组合与地面模拟测试系统形成转速闭环调节控制，调速控制方式响应迅速、无超调、动态性能优良，提高地面模拟并联交流电源系统测试的准确性和完备性。2)具备扭矩的自适应调节功能，实现两交流发电机的电流均衡调节。所述的一种机载并联交流电源系统的地面模拟测试系统，在保证转速一定的情况下，可根据负载实现输出扭矩的调节，调节输出扭矩
即为调节拖动台的输出功率，即为调节交流发电机的输出功率，达到限制两交流发电机环流的目的，进而实现两交流发电机输出电流均衡的调节，电流均衡为两台交流发电机并联可靠运行的前提条件。输出扭矩自适应调节具备响应及时的特点，能够保持并联的时效性以及可靠性，提高转速调节的跟随性、增益变换的鲁棒性。3)具备状态信息监测、故障诊断及隔离功能，保证系统运行的可靠性、安全性、稳定性。所述的一种机载并联交流电源系统的地面模拟测试系统，能够实时监测拖动台的转速、转角、扭矩、振动量值和温度等参数，实现故障保护功能；设置联轴器抗扭性低于拖动电机输出轴抗扭性，避免损伤地面模拟试验系统或故障时避免故障扩大，也可通过视频监控系统实时观察拖动台的运行情况，人为通过急停按钮关停地面模拟测试系统，保证系统安全性。
9.以下结合实施例附图对本技术做进一步详细描述。
附图说明
10.图1为机载并联交流电源系统的地面模拟测试系统构型图
具体实施方式
[0011][0012]
本技术的地面模拟测试系统含有两套拖动台和与拖动台交联的数据采集系统以及试验综合管理系统，用于模拟飞机上的机载并联交流电源系统。每套拖动台主要由拖动电机和联轴器组成，用于向交流发电机提供一定转速的机械能。拖动电机的输出转速范围0～10000r/s，交流发电机的额定转速为6000r/s，可由操作人员通过试验综合管理系统设置拖动电机的输出转速范围，如5940r/s～6060r/s，由试验综合管理系统根据调频组合的频率调节信号实时调节拖动电机的输出转速，实现拖动电机输出转速的动态闭环调节控制，使两台拖动电机的输出转速差控制在15r/s内，即保证两交流发电机的输出频率差≤1hz，满足并联接通条件。在保持转速一定的情况下，两套拖动电机的输出扭矩可变，由试验综合管理系统根据负载情况实时调节拖动电机的输出扭矩，使两台拖动电机输出扭矩差小于扭矩之和的5％，调节输出扭矩即为调节拖动电机的输出功率，即为调节交流发电机的输出功率，实现两台交流发电机输出电流差小于5％，达到限制两交流发电机环流的目的，进而实现两交流发电机电流均衡调节。拖动电机输出轴上设置联轴器，将拖动电机输出的机械能传递给被测发电机的同时，保证拖动电机与被测发电机的同轴度，同时联轴器的抗扭力低于拖动电机输出轴的抗扭力，预防在并联供电状态下，一台交流发电机被另一台交流发电带转时，引起拖动电机输出轴断裂，联轴器去除了传动环节，具有高精度、高同轴度、高夹紧力的特点。另外，每套拖动台上也会设置传感器，采集转速、转角、扭矩、振动量值和温度等参数，为保护操作和限制提供参数依据。
[0013]
数据采集系统是地面模拟测试系统的数据采集转换中心，可采集拖动电机的转速、转角、扭矩、振动量值和温度等参数。机载并联交流电源系统中，两台调频组合输出频率调节信号，其包含控制信号和励磁信号，控制信号电压有效值范围0～50v、频率为400hz，励磁信号电压有效值为115v、频率为400hz，数据采集系统采集判断控制信号和励磁信号同相位或者反相位，将结果与控制信号电压有效值一并发送给试验综合管理系统。在左/右交流电源控制盒向后端负载配电线路上增加电流互感器，采集负载电流，发送给试验综合管理
系统，用于调节拖动电机的输出扭矩，形成闭环自适应调节，为避免并联状态下，左/右交流发电机输出形成的环流影响，环流路径为一台交流发电机至左/右交流电源控制盒再到另一台交流发电机，而不流经负载，故不能直接采集交流发电机的输出电流。在两台交流发电机并联供电时，数据采集系统采集调频组合输出的并联状态信号，发送给试验综合管理系统。
[0014]
试验综合管理系统为机载并联交流电源系统的地面模拟测试系统的核心，提供试验设施和实验数据的视频监控、试验现场的统一协调、指挥、试验指令的发送及拖动台的控制等功能，其控制核心包含转速控制单元1、扭矩控制单元1、转速控制单元2和扭矩控制单元2，操作员可通过试验综合管理系统设置两台拖动电机的转速范围，如5940r/s～6060r/s，若转速控制单元1接收到相应侧调频组合输出的控制信号和励磁信号反相位，则降低拖动电机1的转速；若转速控制单元1接收到相应侧调频组合输出的控制信号和励磁信号同相位，则升高拖动电机1的转速，控制信号电压有效值决定转速调节的快慢，控制电压有效值越大，降低/升高转速的速度越快。同样的，转速控制单元2接收相应侧调频组合输出的控制信号和励磁信号同相位，则升高拖动电机1的转速，控制电压有效值越大，降低/升高转速的速度越快，使2台拖动电机的输出转速差≤15r/s,实现两交流发电机的频率差≤1hz，满足并联接通要求。在转速一定的情况下，调节输出扭矩即为调节拖动电机输出功率，即为调节交流发电机的输出功率，达到限制两交流发电机环流的目的，实现两交流发电机电流均衡的调节，通过摸底负载功率与拖动电机输出扭矩的对应关系，拟合出负载功率p与拖动台输出扭矩n的关系函数，不同的地面模拟测试系统关系函数是不同的，本例关系函数为n＝0.49p+4.71，将关系函数预设至扭矩控制单元1和扭矩控制单元2中，试验综合管理系统接收到调频组合发出的并联接通信号后，保持输出转速一定，扭矩控制单元1调节拖动电机1的输出扭矩，扭矩控制单元2调节拖动电机2的输出扭矩，达到限制两交流发电机环流的目的，使两台拖动电机输出扭矩差小于扭矩之和的5％，保证机载并联交流电源系统的两台交流发电机输出的电流差小于5％，达到两台交流发电机输出电流均衡的效果，保证两台交流发电机并联供电的稳定运行。另外，试验综合管理系统作为人机交互界面，可实时显示拖动台的转速、转角、扭矩、振动量值和温度等参数，用于操作人员发出起动/关断拖动台、设置转速、加速度、扭矩限制值等试验指令，为保证在应急情况的安全性，设置有应急关停按钮。

技术特征：
1.一种机载并联交流电源系统的地面模拟测试系统，所述机载并联交流电源系统含有两台并联的交流发电机，每台交流发电机关联一个调频组合，其特征在于，所述的地面模拟测试系统含有两套拖动台和与拖动台交联的数据采集系统以及试验综合管理系统，每套拖动台的拖动电机通过联轴器与机载并联交流电源系统的一台交流发电机连接，用于拖动交流发电机工作，所述的数据采集系统采集机载并联交流电源系统的调频组合数据、负载电流和拖动电机工作参数，并将调频组合数据、负载电流和拖动电机工作参数发送给试验综合管理系统，所述的试验综合管理系统含有两个转速控制单元和两个扭矩控制单元，操作人员通过试验综合管理系统设置拖动电机的转速范围，转速控制单元根据调频组合数据自动调节相应拖动电机的工作转速，实现两交流发电机频率差满足并联条件，扭矩控制单元根据数据采集系统采集的负载电流分别调节拖动电机的输出扭矩，以实现两交流发电机输出电流的均衡调节，保证并联可靠运行。2.如权利要求1所述的机载并联交流电源系统的地面模拟测试系统，其特征在于，转速控制单元根据调频组合数据自动调节相应拖动电机的工作转速，使两台拖动电机的转速差≤15r/s，保证机载并联交流电源系统的两台交流发电机的频率差≤1hz。3.如权利要求1所述的机载并联交流电源系统的地面模拟测试系统，其特征在于，扭矩控制单元根据数据采集系统采集的负载电流分别调节拖动电机的输出扭矩，使两台拖动电机输出扭矩差小于扭矩之和的5％，保证机载并联交流电源系统的两台交流发电机输出的有功电流差小于5％。

技术总结
一种机载并联交流电源系统的地面模拟测试系统，含有两套拖动台和与拖动台交联的数据采集系统以及试验综合管理系统，每套拖动台的拖动电机通过联轴器与机载并联交流电源系统的一台交流发电机连接，用于拖动交流发电机工作，所述的数据采集系统采集机载并联交流电源系统的调频组合数据、负载电流和拖动电机工作参数，发送给试验综合管理系统，试验综合管理系统根据调频组合数据自动调节相应拖动电机的工作转速，根据数据采集系统采集的负载电流分别调节拖动电机的输出扭矩，以实现两交流发电机输出电流的均衡调节，保证并联可靠运行。保证并联可靠运行。保证并联可靠运行。


技术研发人员：毕森森 李涛 宋佳敏 张莹
受保护的技术使用者：中航西安飞机工业集团股份有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/5