航空交流供電測試系統信號源的設計

摘要：針對航空交流供電系統設備冷臺調試技術的研究,本文對測試系統主要組成部分之一的發電機交流信號源的設計進行了較為詳細的論述,主要介紹了其硬件基本構成。本系統采用模塊化設計與總線結構,擴展性與可維護性較好。可根據需要調整并應用于其他測試系統。有良好的使用發展空間。

一、引言

隨著飛機供電系統的發展，交流供電已經成為目前大多數飛機的主要供電方式。目前各 *仍延續著傳統“變頻器—發電機—拖動臺”方式的熱臺調試技術。其缺點是投資大，修 理成本高，能源消耗大，操作繁雜。針對以上熱臺調試技術的缺點，我們進行了對航空交流 供電系統冷臺調試技術的研究。本文所介紹的信號源，是為冷臺調試系統供電以及提供檢測 信號的環節。

二、信號源主要模擬信號 在研究過程中，根據航空交流供電系統和調試工藝的要求，確定系統主要模擬的信號如下：

發電機輸出三相電壓信號：頻率、電壓可調的三相交流信號：360-440Hz/100-300V，功 率<200VA，調節精度：頻率步長≤0.1Hz，電壓0.1V。

網上電壓信號：頻率、電壓可調的單相交流信號：360-440Hz/0-120V，功率<100VA，調 節精度：頻率步長≤0.1Hz，電壓0.1V。

副激磁機信號：頻率、電壓可調的三相交流信號：700-800Hz/0-60V，功率<300VA，調 節精度：頻率步長≤0.2Hz，電壓0.1V。

無功電流均衡信號：與發電機輸出電壓信號的某一相相同或反向。0-30V，功率<30VA， 精度：電壓調節≥0.1V。

有功電流均衡信號：與發電機輸出電壓信號的某一相相同或反向。精度：電壓調節≥ 0.1V。

發電機及其饋線短路信號：與發電機輸出電壓信號的某一相相同或反向。功率<30VA。

三、系統硬件構成

1、設計思想

在供電系統測試中系統輸出電源與發電機實際輸出相比要求波形失真度小，頻率改變時 系統能快速穩定。從設計要求的角度出發，本系統使用了512 個樣點來構成正弦信號的一個 周期波形；在功放環節采用了甲乙類互補功率放大；在頻率合成部分使用鎖相技術保證頻率的穩定。系統流程圖見圖1。

單片機是系統的核心組成部分，通過串口與工控機通訊，接受工控機發送的調頻、調相 和調幅信息，經過數據處理后控制分頻器產生51.2Hz 的頻率基準信號，送入頻率合成器后 經鎖相和鎖頻，得到頻率為F=n×51.2Hz 的穩定的頻率信號，此信號輸入循環計數器產生 地址信號，在加法器中與相位控制信號合成，使信號相位可調。經波形存儲器，取出正弦波 形數據。由D/A 轉換電路轉化為正弦交流供電信號。通過乘法器使輸出信號幅值可調，然 后經功率放大器進行幅值和電流放大，產生頻率、相位、幅值可調的三相交流信號。

2、頻率合成器

頻率合成器由 8254 定時/計數器，4046 鎖相環組成。電路實現如圖2。

4046 有2 個相位比較通道，通道1 是或門結構網絡，通道2 是邊沿觸發數字存儲器網 絡。通道1 用于占空比為50%的信號比較，通道2 則無此限制。本系統使用了4046 的2 通 道。由RL1、RL2 和電容C 組成的低通濾波器的參數決定了VCO 產生的頻率范圍，本系統 RL1、RL2、C 分別為150K、16K 和1μ。VCO 所產生的頻率范圍為180～620Hz。

由 1.8432MHz 的晶振進行36000 分頻后產生的51.2Hz 頻率信號F-in，與8254 的1 通 道分頻后的頻率信號進行比較，輸出頻率相差電壓信號從PC2 管腳引出，經低通濾波器至 VCO，產生中心頻率為F-out 的振蕩信號。F-out 經8254 進行n 分頻后產生比較信號。頻率 穩定后的F-out 輸出至循環地址產生器得到波形地址。

由 4046 的原理可知頻率鎖定后的F-out=51.2×n。

3、循環地址產生器與波形存儲器

循環地址產生器由 4526 二進制計數器實現。F-out 頻率的信號接入4526 的CLK 端， F-out 的頻率即是計數器的計數頻率，計數器產生的12 位計數數據在4008 中與單片機發出 的相位控制信號相加，所得的12 位數據作為波形地址發送給由27256EPROM 構成的波形存儲器，讀取波形數據，本信號系統使用正弦波形，一個周期的波形數據分為512 個點存儲。 因此，輸出的交流信號的頻率為：

F=F-out/512=n×51.2/512=0.1n

改變n 的值，就可以獲得不同頻率的信號。改變波形存儲器中波形數據可產生不同形狀 的波形，也可以通過增加存儲波形數據來改善信號的波形。

4、D/A 轉換及乘法電路

D/A 電路單元由DA 轉換和模擬乘法器兩部分構成，均由由AD7541 和opa27 運算放大 器實現。具體電路見圖3。

電路中，AD7541 與運放OPA27 之間采用了單級二元運算的連接方式。左半部分為D/A 轉換電路，右半部分為模擬乘法電路。D/A 電路將波形數據轉換為帶有直流成分的單級正弦 波模擬信號。根據AD7541 芯片此連接方式的運算公式，得到經D/A 轉換后的信號為：

Ｖout1=－VREF×（1－BX/212）

BX 為波形存儲器輸出的波形數字量信號。

本系統中，VREF 設定為10V，所以經D/A 轉換后的得到的正弦信號為Vout1=10sin（wt）。此信號直接接至乘法器的參考端，與單片機的控制信號AM 相乘，可得到幅值可調節的交流正弦信號。轉換公式為：

Vout=VREF× (1－BX/212)×（1－AM/ 212）

因此，可以通過改變AM 的數值來調整輸出交流信號的幅值。即Vout=AM×10sin（wt）。

5、功放系統

功放系統分為幅值放大和電流放大兩部分，分別由運算放大器和甲乙類互補功率放大器 實現。電路連接如圖4。

因為D/A 電路輸出信號是具有直流成分的正弦信號，為了得到雙極性正弦信號，在放大器的輸入端，使用電容C1 濾去直流分量。由運放的原理可得：

Uoutput/Uinput=(R2+R3)/R2

Uinput 是過濾了直流分量的正弦信號幅值，因此，通過調整R3 與R2 的電阻值，可以放大信號幅值并可根據需要改變放大倍數。

在電流放大部分使用甲乙類互補功率放大器，減小了信號的交越失真，保證了放大后的 信號波形的完整。使用達林頓管作為單體放大單元，提高輸入阻抗。在功率不足以滿足系統 需求時，可以并聯使用以進一步增大功率放大倍數。

四、系統軟件簡介

本系統與配套工控機配合使用，由工控機通過串行接口對本信號源系統進行控制。工控機部分的程序由Visual Basic 編寫，信號系統程序以WAV6000 為開發平臺，由匯編語言編寫。

由工控機發給單片機的命令為 2 進制數，一條命令由3字節組成，連續發送兩次。單片機正確收到并校驗后，返回命令00H，否則返回FFH。如果沒有正確收到，0.5 秒后才能重 發。其數據格式如表1。

從數據格式可以看出，單片機依據據命令的首字節決定進行的處理動作。第二和第三字節為具體控制數據。根據此格式，可以方便地進行系統的功能擴展。

五、結束語

本信號源系統電源電壓、頻率、相位以及波形形狀可以根據實際情況由單片機進行調整。 具備體積小、重量輕、使用方便等優點。在使用過程中系統運行可靠，輸出電源信號各參數 達到系統設計要求。且已經通過了技術鑒定并在其它測試領域得到較好的應用。良好的可擴 展性與性價比增加了其使用空間�！�