一種新的精密陀螺電源
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1引言
高精度陀螺廣泛用于航天、航空等領域，它的精度和使用壽命很大程度上取決于陀螺軸承，因此對軸承工作狀態的研究是很關鍵的。一般是使用專用精密電源和功率計，在它穩定工作時測量電源輸出功率的變化，以此反映軸承的工作狀態。傳統的電源采用振蕩器產生三相正弦波，通過功率放大后輸出。但這種電源功耗很大，散熱困難，由此引起的元件參數變化使輸出精度、穩定性很難保證。而且電源體積較大，和功率計分體，使用起來很不方便。
美國從20世紀60年代起,研制了一種陀螺電源,內附精密差分毫瓦計。利用它可以精確測出高速旋轉中陀螺性能的各種細微變化,從而確定軸承的性能是否滿足要求。但是該電源售價高達16490美元，約合人民幣14萬元。
根據有關部門提出的技術參數，我們采用SPWM、雙單片機和開關電源等多種技術研制了內附毫瓦計的精密陀螺電源。
2技術指標
本電源技術指標是按現使用的部分航天陀螺電機的特性確定的，詳細資料見表1。
表1陀螺電機特性
型號 | 額定電壓V | 額定電流A | 額定轉速（頻率）rpm(Hz) | 起動電流A |
|---|---|---|---|---|
A | 20 | 0.1～0.2 | 10000(166.7) | 0.3～0.5 |
B | 26 | 0.11～0.13 | 1200(200) | 0.15～0.18 |
C | 32 | 0.1～0.2 | 15000(500)4極 | 0.3 |
D | 32 | 0.13～0.15 | 24000（400） | 0.18～0.2 |
E | 40 | 0.4 | 24000（400） | 2 |
F | 40 | 0.13～0.15 | 30000（500） | 0.18～0.2 |
G | 40 | 0.2～0.3 | 30000（500） | 2 |
為了精確測出由于陀螺電機內部狀態變化而導致的電源輸出功率變化,必須保證陀螺電機供電電源的高度穩定性。由表1可見,電機的正常功率約為2～16W,而要求測出的功率變化量在50mW以下,分辨率暫定為1mW,因此其相對功率變化量應達到3‰～25‰。
據此確定本電源基本技術指標如下:
?輸出功率不超過20W
?輸出功率分辨率1mW
?輸出功率精度10mW
?輸出電壓12～40V三相交流，有效值
?輸出電壓穩定度5×10－4
?輸出電壓精度±2％可校準到±0.1％
?輸出波形正弦波（包絡）
?輸出電流1A短時2A
?輸出頻率167，200，250，400，500Hz
?輸出頻率穩定度1×10－5/d
3系統結構
系統采用SPWM技術產生三相輸出，使功率器件工作在開關狀態，故只有極低的功率耗散。既使整機功耗降低，機箱溫度變化減小，又使器件因溫度變化帶來的誤差變小，有利于提高整機的精度和穩定性。同時，SPWM波形的諧波含量較小，電機電流波形接近正弦，陀螺電機的諧波損耗也小。
系統由開關穩壓器、直流穩壓器、三相逆變器、波形發生以及測量控制等幾部分構成，結構如圖1所示。
因為需要實時地產生三相SPWM波形，同時又
圖1系統結構圖
進行實時測量，所以使用一個單片機是很難實現的。本系統用了兩片8031來完成上述功能的。
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