機載電源特性測試系統(tǒng)開發(fā)

0 引言

隨著多電直升機和全電直升機的發(fā)展，直升機上的各種電子設備日益增多，用電量不斷增加，整個供電系統(tǒng)的結構和控制越來越復雜，供電系統(tǒng)的浪涌、尖峰等瞬態(tài)變化過程會對電源系統(tǒng)產生一定的影響。為實現(xiàn)對直升機機載設備的電源特性測試和監(jiān)控，完成各種電源特性測試試驗，提升機載設備的性能和功能，本項目開發(fā)了一套直升機機載電源特性測試系統(tǒng)，可基于電源測試標準GJB181—1986、

GJB181A—2003、GJB181B—2012、MIL-STD-704F和RTCA/DO-160G，完成機載設備電源特性測試，對不同的測試架構可進行自動切換，無須重復接線，同時能夠對測試過程中的數(shù)據進行采集、分析、波形顯示[1-2]。

1電源特性測試系統(tǒng)的總體方案

電源特性測試系統(tǒng)的總體方案如圖1所示。

電源特性測試系統(tǒng)由電源特性測試軟件基于 GJB181—1986、GJB181A—2003、GJB181B—2012、MIL-STD-704F和RTCA/DO-160G測試標準來控制6套APS15000線性功放和1臺LVA2500線性功放輸出不同的電壓波形，根據測試架構的需要由自動切換控制軟件來控制測試架構切換機柜中的接觸器的通道實現(xiàn)不同測試架構的切換，最后通過測試臺架的接線柱輸出到被測試設備上，從而實現(xiàn)將不同的測試電源波形施加到被測試設備上進行試驗。

整個測試系統(tǒng)在進行電源特性測試時，能夠同步對測試過程中的電壓、頻率和電流信號數(shù)據進行波形顯示、數(shù)據存儲、測試參數(shù)校準和測試報告自動生成，進而實現(xiàn)整個測試試驗過程的閉環(huán)。

2電源特性測試系統(tǒng)硬件設計

2.1電源特性測試系統(tǒng)硬件設備組成

電源特性測試系統(tǒng)由低壓高頻信號發(fā)生器、四象限線性功率放大器、尖峰信號發(fā)生器、連接網絡（PLC模塊）、自動切換控制軟件測試計算機、數(shù)據采集裝置、無感校準電阻柜等硬件裝置和連接網絡組成，如圖2所示。

2.2 測試拓撲設計原理

電源特性測試項具有常規(guī)測試、單相畸變頻譜測試、三相畸變頻譜測試、尖峰信號注入測試、校準電阻接入測試5種測試的拓撲結構切換功能，每種功能的測試拓撲如下。

2.2.1常規(guī)測試系統(tǒng)實現(xiàn)的常規(guī)測試拓撲如圖3所示。

2.2.2單相畸變頻譜測試系統(tǒng)實現(xiàn)的單相畸變頻譜測試拓撲如圖4所示。

2.2.3三相畸變頻譜測試系統(tǒng)實現(xiàn)的三相畸變頻譜測試拓撲如圖5所示。

2.2.4尖峰信號注入測試系統(tǒng)實現(xiàn)的尖峰注入測試拓撲如圖6所示。

2.2.5校準電阻接入測試

系統(tǒng)實現(xiàn)的校準電阻接入測試拓撲如圖7所示。

試驗過程中，電源特性測試轉換裝置通過繼電器的控制實現(xiàn)所需電感、電容、電阻、隔離變壓器、尖峰發(fā)生器以及線路的自動切換，整個過程可以通過測試控制計算機實現(xiàn)。

3電源特性測試系統(tǒng)軟件設計

3.1電源特性測試軟件整體架構設計

整個電源特性測試軟件采用模塊化設計思路，模塊之間既相互獨立又相互耦合，這樣不僅有利于提高軟件的穩(wěn)定性，還方便后續(xù)對軟件的升級擴展，如圖8所示。

3.2 自動切換控制軟件設計

自動切換控制軟件通過控制PLC實現(xiàn)對接觸器的切換，實現(xiàn)5種測試（常規(guī)測試、單相畸變頻譜測試、三相畸變頻譜測試、尖峰信號注入測試和校準電阻接入測試）的拓撲結構切換功能，該軟件設計工作如下。

3.2.1 軟件整體設計架構

自動切換控制軟件的整體架構設計如圖9所示。

按照圖9所示，整個自動切換控制軟件采用模塊化設計思路，軟件能夠同時控制PLC控制器和無感校準電阻柜。系統(tǒng)架構采用頂層設計結合模塊設計，兩套控制線路相互獨立，這樣不僅有利于提高軟件的穩(wěn)定性，還方便了后續(xù)對軟件的升級擴展。

整個軟件與被控設備之間是通過RS485串口通信協(xié)議進行數(shù)據交互的，系統(tǒng)硬件連接可靠，數(shù)據傳輸和指令控制穩(wěn)定。

3.2.2 自動切換控制軟件集成開發(fā)

基于某平臺進行自動切換控制軟件的開發(fā)，軟件代碼采用數(shù)據流方式執(zhí)行，根據總體設計架構和功能開發(fā)的需求，完成自動切換控制軟件的開發(fā)，軟件整體界面如圖10所示。

自動切換控制軟件的特點：

1）當切換到某個測試架構時，能夠對所有閉合的開關和線路的狀態(tài)進行實時顯示。

2）測試標準中的每一個測試項均能在自動切換控制軟件中映射一種測試架構（完全包括技術協(xié)議中要求的架構），點擊\"切換電路\"操作即完成線路架構切換。

3）三相無感校準電阻柜加減載控制：可以對A相、B相、C相的負載大小進行設定，并通過加載和卸載按鈕控制指令的下發(fā)，實現(xiàn)系統(tǒng)帶載測試，如圖11所示。

4測試機柜布置

基于架構切換的需求，設計了相應的測試架構切換機柜，機柜特點為：

1）能夠滿足不同測試架構的切換；2）內部帶有排風系統(tǒng)和照明系統(tǒng)，方便系統(tǒng)散熱和內部設備檢修；3）機柜外部安裝有“應急停止\"按鈕，用于整個系統(tǒng)緊急停止；4機柜外部有系統(tǒng)測試狀態(tài)指示燈，用于對設備工作和測試狀態(tài)的指示。

5 試驗測試

對整個測試系統(tǒng)開展軟件基本功能測試，包括對“測試項\"選擇功能及參數(shù)設置、“導入”“導出”“鏈接”“配置PLC”“接通功放”和\"測試”的測試操作，測試結果表明，可按預定的功能完成所需的性能測試。同時對測試項控制輸出進行測試，包括基于GJB181—1986、GJB181A—2003、GJB181B—2012、MIL-STD-704F和RTCA/DO-160G測試項控制輸出測試，并對電源特性測試軟件和數(shù)據采集分析軟件的協(xié)同工作功能進行測試驗證，測試結果表明，所有測試項均能控制輸出，同時可完成電源特性測試軟件和數(shù)據采集軟件的協(xié)同控制。其中，TAC108的協(xié)同控制結果如圖12所示，三相尖峰信號注入測試結果如圖13所示。測試結果表明，電源特性測試系統(tǒng)運行穩(wěn)定，系統(tǒng)功能及性能指標滿足所規(guī)定的要求。

6 結論

本項目研制的以三相無感校準電阻柜、測試架構切換機柜、APS15000線性功放、LVA2500線性功放、尖峰信號發(fā)生器以及電源特性測試軟件、自動切換軟件組成的電源特性測試系統(tǒng)，可實現(xiàn)基于GJB181—1986、GJB181A—2003、GJB181B—2012、MIL-STD-704F和RTCA/DO-160G測試標準的電源特性測試。典型樣品試驗表明，本項目研制的電源特性測試系統(tǒng)設計指標達到了設計要求。

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收稿日期：2025-03-14作者簡介：郭世旭 （1991-） ，男，江西贛州人，高級工程師，研究方向：機載電氣系統(tǒng)及產品、測試設備的開發(fā)。

研討會論文集，2017：361-367.

[4]黃偉，楊劍峰，謝國鴻，等.大型W火焰鍋爐滅火原因分析及對策[J].電力建設，2010，31（2）：77-80.

作者簡介：楚昊升 （1989-） ，男，河南長葛人，助理工程師，集控機組長，研究方向：火電機組深度調峰技術的應用。