源自：《測控技術》 2010年10月刊

譚 眾1 ，王武勇2
1.哈爾濱東安發動機（集團）有限公司
2.北京中科泛華測控技術有限公司 應用工程師

Implement of Surge Voltage Test-bed for Airplane Power Supply
TanZhong1，WangWuyong2
(1.AVIC Harbin DongAn Engine (Group) Corporation Ltd.), Harbin 150066, China)
Abstract: The traditional surge voltage test-bed couldn’t capture and record voltage transients, and the results are difficult to carry on statistical analysis. To overcome the above deficiency, a new set of surge voltage test-bed is developed in the paper based on VI technology, and the design of load switching circuit and surge voltage calculation algorithm based on parabolic interpolation method are presented. Practical application shows that the system has a high degree of automation and is easy to operate, at the same time the measurement result is accurate.
Key Words：Airplane power supply; Surge voltage; Parabolic interpolation method

1前言
安全可靠的航空電源是飛機在執行飛行和戰鬥任務時的重要保障。衡量飛機電源品質好壞的方法是:在地麵上，按照HB6448-90[1] 和GJB181-86[2]規定的測量和計算方法，對要求的各項參數進行全麵測試並評定結果是否合格。一般需要測量的參數包括：靜態參數、浪湧電壓（動態電壓）
、動態頻率、變速過程、電壓調製、頻率調製
、波形分析、保護器動作時間測試等。
在zai這zhe些xie參can數shu中zhong，浪lang湧yong電dian壓ya是shi反fan映ying飛fei機ji電dian源yuan性xing能neng的de重zhong要yao指zhi標biao。浪lang湧yong電dian壓ya是shi交jiao流liu發fa電dian機ji在zai負fu載zai突tu加jia或huo突tu減jian時shi電dian壓ya變bian化hua過guo程cheng
，該gai過guo程cheng持chi續xu時shi間jian約yue20～100ms,傳統的測試方法采用人工加載,難以捕獲瞬態變化。而該係統以虛擬儀器技術為核心

，采用基於PXI總線的高速數據采集卡和數字I/O卡,通過計算機自動加減載,可實時獲得電壓變化中各時刻采樣值,並自動繪製直觀的浪湧電壓變化曲線。
2模擬負載與加載控製部分的實現
交jiao流liu瞬shun態tai浪lang湧yong電dian壓ya是shi在zai交jiao流liu發fa電dian機ji負fu載zai的de突tu加jia或huo突tu減jian過guo程cheng中zhong產chan生sheng的de，因yin此ci飛fei機ji電dian源yuan綜zong合he試shi驗yan係xi統tong浪lang湧yong電dian壓ya檢jian測ce台tai的de模mo擬ni負fu載zai箱xiang應ying能neng模mo擬ni飛fei機ji實shi際ji飛fei行xing中zhong供gong電dian係xi統tong的de負fu載zai組zu合he情qing況kuang，應ying提ti供gong多duo種zhong模mo式shi的de投tou切qie控kong製zhi以yi完wan成cheng供gong電dian係xi統tong的de負fu載zai突tu加jia、突卸等試驗。負載的容量應能模擬係統100％負載突加
、突卸，負載大小分配應合理，能滿足飛機上不同彙流條加載的需要。
2.1 模擬負載箱的組成
模擬負載包含直流負載箱和交流阻性負載箱。

1. 直流阻性負載箱

模mo擬ni直zhi流liu阻zu性xing負fu載zai網wang絡luo部bu分fen由you兩liang個ge完wan全quan相xiang同tong的de負fu載zai網wang絡luo組zu成cheng，輸shu出chu連lian接jie采cai用yong公gong共gong母mu線xian輸shu出chu。繼ji電dian器qi控kong製zhi采cai用yong公gong共gong地di線xian獨du立li控kong製zhi。直zhi流liu負fu載zai箱xiang結jie構gou如ru圖tu1，可方便的自由
         

  圖1直流阻性負載箱
組成1A～600A任意不同容量的負載以滿足實際測量的需求。
b．交流阻性負載箱
jiaoliuzuxingfuzaiwangluoyousangedulifuzaizuhejiaoliujiechuqizucheng，yibaozhengjiaoliuzuxingfuzaidesanxiangtouqiedetongbu。fuzaiwangluodeshuchulianjiecaiyonggonggongmuxianpailianjiejiexian。jiaoliufuzaixiangjiegourutu2，可提供1～110KVA三相交流阻性負載組合以滿足實際測試需要。

圖2交流負載箱
2.2負載投切控製電路的設計
   由於發電機在負載突加或突減時電壓變化過程持續時間約為ms級,因(yin)此(ci)負(fu)載(zai)的(de)投(tou)切(qie)及(ji)電(dian)壓(ya)測(ce)量(liang)通(tong)過(guo)計(ji)算(suan)機(ji)控(kong)製(zhi)交(jiao)直(zhi)流(liu)接(jie)觸(chu)器(qi)的(de)通(tong)斷(duan)自(zi)動(dong)進(jin)行(xing)，這(zhe)就(jiu)克(ke)服(fu)了(le)以(yi)往(wang)靠(kao)人(ren)工(gong)操(cao)作(zuo)造(zao)成(cheng)動(dong)態(tai)過(guo)程(cheng)難(nan)以(yi)捕(bu)獲(huo)的(de)缺(que)點(dian)，從(cong)而(er)極(ji)大(da)的(de)提(ti)高(gao)了(le)測(ce)試(shi)的(de)準(zhun)確(que)度(du)。根(gen)據(ju)交(jiao)直(zhi)流(liu)負(fu)載(zai)箱(xiang)的(de)設(she)計(ji)要(yao)求(qiu)
，計(ji)算(suan)機(ji)至(zhi)少(shao)應(ying)提(ti)供(gong)19路開關量信號控製負載箱控製櫃中交直流接觸器的吸合，從而完成負載的自動投加。
2.2.1 DO卡的選擇
  本係統需要自動控製19路負載的投/切
，同時考慮到硬件擴展裕度，最終選擇了NI公司的32路數字量輸出卡NI PXI-6514。該卡輸出開關量電壓範圍為5V～35V，具有良好的隔離效果
，隔離電壓可達5000V，一百多毫安的漏極電流足以驅動普通繼電器正常動作。當外接不同的負載時對應的電路圖如圖3、圖4所示。

圖3  外接阻性負載的電路

圖4 外接感性(交流)負載的電路
2.2.2 負載驅動電路
由於PXI-6514輸出的開關量信號不足以驅動負荷箱控製櫃中的大功率接觸器動作
，因此必須設計驅動電路。負載驅動電路如圖5所示。PXI-6514輸出的開關量直接控製繼電器通、斷
，這些繼電器又進一步控製負荷箱控製櫃中的大功率接觸器動作，從而完成負載自動投加或切除。

圖5   開關量輸出電路
圖中，DOOUT1～DOOUT32為DO卡輸出開關量
，OUTxa、OUTxb為各繼電器常開觸點信號
，D1～D32為泄流二極管。繼電器的電源及采集卡的VDD均接+24V，根據繼電器線圈電流的大小選擇R1～R32的阻值均為10KΩ。電路中的繼電器選用833H-1C-C。
當PXI-6514相應位輸出開關量為1時，相應繼電器常開觸點吸合，後級所接的大功率接觸器的觸點吸合，控製所接的負載加入。否則為0時
，切除該路所接負載。
測量不同機型浪湧電壓時
，PXI-6514的輸出信號根據航標HB6448―90的要求、各機型的額定負載大小以及負荷箱的實際配置情況決定。
3. 數據采集部分的實現
   數據采集部分用於實現被測信號的調理和采集。相應的硬件電路包括信號調理電路和數據采集卡。
3．1 信號調理電路設計
該部分電路用於將發電機的原始輸出調理成與數據采集卡輸入相匹配的電壓信號。包括調理直流、交流電壓的幅值；將各電流信號轉換為電壓信號
；預濾波和信號隔離等。對於電壓信號，通過電阻分壓把原始的電壓信號轉換成幅值在±10Vneidedianyaxinhao，weibaozhengjingdu
，jingdaitonglvbohedianyagensuiqihoujinrushujucaijika。dianliuxinhaoxianjinghuoerchuanganqihou
，zaijingxinhaotiaolidianlujinrushujucaijika。
3．2 數采卡的選型及操作
在該係統中，總共需要對23路模擬信號進行采集
，且采樣速度要求較高（每通道大於80KHz[1]）
，但不要求各信號同步采集。為此，考慮到係統以後的可擴展性
，選用了兩塊NI公司16通道高速數據采集卡PXI-6250，它單通道采樣時的最高采樣率為1.25MHz，可外接16通道單端或8通道差分輸入進行輪番采樣。此外
，該卡上還帶有4095字節的緩衝用於高速信號采集
，同時提供有1

、10、100的可編程增益，使用起來非常靈活。
對該數采卡的操作可通過調用廠家提供的相關函數來實現。
4. 瞬態浪湧電壓的測試方法
4.1瞬態浪湧電壓的測試原理
langyongdianyafenweiguoyalangyongheqianyalangyong。qiuchuguoyalangyongbaoluoxianzuigaofengdelianxuzuidasandianhuoqianyalangyongbaoluoxianzuidigudelianxuzuixiaosandian，anpaowuxianchazhifaqiuchufengzhijiweiguoyalangyongdianyahuoqianyalangyongdianyajizhi。
拋物線插值法原理如下[3]：
設給定函數，。已知在個互異節點的值 。求n次插值多項式，使滿足
     （1）
為此，可構造n次插值多項式如下：

               （2）
時，有
                    （3）
稱為二次插值（拋物線插值）多項式。幾何意義則表示通過三點的一條拋物線。
設拋物線方程為，已知三點 ，由拋物線插值法有 ，則
  由最值定理
，當時

，有最值存在。即當時，最大值。
因此求連續最大的三個瞬態浪湧電壓值，按縱坐標由大到小排序後，用拋物線插值法，拋物線的頂點值就是正、負浪湧電壓值。
4.2 浪湧電壓測試流程
浪湧電壓測試時首先輸出控製信號控製負荷箱
，將10％P負載突加到85％P負載或將85％P 負載突減到10％P負載，同時係統進行采樣，按單路波峰波穀采樣方式，采集並求出瞬態過程每周期的電壓峰值
，將峰值電壓除以即得瞬態浪湧電壓。求出過壓、欠壓浪湧包絡線最高峰、最低穀的連續最大三點，按拋物線插值法求出峰（穀）值即為浪湧過壓極值，再繪製過壓浪湧曲線（卸載時）或欠壓浪湧曲線（加載時），對照GJB181－86要求的限製曲線即可檢驗浪湧過程是否合格。流程圖如圖6所示。
5 動態電壓測試結果分析
對於瞬態浪湧電壓的測試，一般通過繪製動態過程電壓變化曲線並填充至MIL-STD-704C要求的限製曲線中以檢驗參數是否合格。即先求出動態過程每周波電壓有效值
，然後繪製有效值變化的包絡線。在

圖 6  浪湧電壓測試流程
該係統中就是采用了這種方法求得交流電壓(有效值)浪湧曲線的。通過計算機突加載
、減載
，測得過壓、欠壓曲線如圖7所示
，浪湧曲線均在要求的限製曲線範圍之內，完全滿足要求。
    

圖 7 浪湧電壓測試結果
經試驗證明，該係統操作簡便、測(ce)量(liang)精(jing)度(du)高(gao)，係(xi)統(tong)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)和(he)可(ke)擴(kuo)展(zhan)性(xing)強(qiang)
，能(neng)夠(gou)準(zhun)確(que)快(kuai)速(su)的(de)檢(jian)測(ce)飛(fei)機(ji)電(dian)源(yuan)浪(lang)湧(yong)電(dian)壓(ya)，從(cong)而(er)為(wei)飛(fei)機(ji)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)的(de)維(wei)護(hu)和(he)檢(jian)修(xiu)提(ti)供(gong)可(ke)靠(kao)依(yi)據(ju)。該(gai)係(xi)統(tong)現(xian)已(yi)成(cheng)功(gong)應(ying)用(yong)於(yu)某(mou)飛(fei)機(ji)研(yan)究(jiu)所(suo)。

參考文獻
[1]《飛機供電係統性能參數的數字式測試》[S]，HB6448-90
，1990
[2]《飛機供電特性及對用電設備的要求》[S]
，GJB181-86
，1986
[3] 聶鐵軍,侯誼,鄭介庸.《數值計算方法》[M].西安:西北工業大學出版社
，1990