一種交流發電機電壓調節器的設計

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。

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采用一片LM124進行設計。

由于采用集成芯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恒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后,加在R2、R3和電位計W的串聯電路上。由于濾波電路的時間常數較大,濾波后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,為了進行調制而設計該電路。集成運放A3輸出端E點的電位穩壓管DZ2和DZ3限制在UZ的范圍內,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點電位與時間的關系是,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上升到略大于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)此后電容器C5通過電阻R14放電,b點電位逐漸降低。在經過時間t1后,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取決于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時,A2的輸出電壓為負。該電路完成對差功放大器輸出電壓的調制作用,即把數值不同的UD轉變為不同寬度的輸出脈沖。輸入電壓UD越高,比較放大器輸出的正脈沖的寬度越窄;反之則反。比較放大器的輸入與輸出電壓波形參看圖2(a)、(b)。