羅蘭C導(dǎo)航設(shè)備防電壓沖擊自動(dòng)保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

金牡丹，李方能

(1.海軍91287部隊(duì)，上海 200083;2.海軍工程大學(xué)，湖北武漢 430033)

羅蘭C導(dǎo)航系統(tǒng)的電源標(biāo)準(zhǔn)是110 V/60 Hz，電壓波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)為±5%，最突出的問題是外電不穩(wěn)。當(dāng)設(shè)備用電處于小水電和農(nóng)業(yè)用電，電壓波動(dòng)均超過±10%，且電壓調(diào)控為機(jī)械式，調(diào)壓速度慢時(shí)，會(huì)燒毀固態(tài)發(fā)射機(jī)大量器件，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，降低系統(tǒng)的可靠性。因此，針對不同電網(wǎng)現(xiàn)狀提高羅蘭C導(dǎo)航設(shè)備供電的性能是相當(dāng)必要的。

1 設(shè)計(jì)思路

通過增加系統(tǒng)中防電壓沖擊自動(dòng)保護(hù)裝置來提高導(dǎo)航設(shè)備的供電質(zhì)量，提高導(dǎo)航設(shè)備的完好率和系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

根據(jù)導(dǎo)航設(shè)備防電壓沖擊的要求，需要考慮以下3方面的因素:①羅蘭C導(dǎo)航系統(tǒng)供電電源性能特點(diǎn)和供電規(guī)律;②羅蘭C導(dǎo)航系統(tǒng)的臺(tái)站使用的電源穩(wěn)定性差，電壓噪音大，波動(dòng)大，研究電壓噪音的產(chǎn)生和特點(diǎn)、電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)以及導(dǎo)航臺(tái)設(shè)備本身產(chǎn)生的強(qiáng)磁干擾;③了解同類產(chǎn)品以及相關(guān)產(chǎn)品，考慮導(dǎo)航設(shè)備防電壓沖擊自動(dòng)保護(hù)裝置設(shè)計(jì)所需的輸入電壓和輸出電壓性能、保護(hù)功能、瞬態(tài)響應(yīng)性能、設(shè)備工作環(huán)境要求和設(shè)備抗干擾性能技術(shù)性能需要。

2 設(shè)計(jì)方案

防電壓沖擊自動(dòng)保護(hù)裝置設(shè)計(jì)可采用正弦能量分配穩(wěn)壓技術(shù)結(jié)合窄帶濾波技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)及電路保護(hù)技術(shù)的設(shè)計(jì)思路。目前，市場上有一種穩(wěn)壓電源，它具有高穩(wěn)定度、高可靠性、高效率、瞬態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，該產(chǎn)品可為防電壓沖擊自動(dòng)保護(hù)裝置設(shè)計(jì)提供良好的技術(shù)前提保證。

2.1 設(shè)計(jì)要求

根據(jù)系統(tǒng)供電電源的要求，裝置的設(shè)計(jì)需要滿足以下要求:①對電壓的大范圍波動(dòng)具有良好的過壓和過流保護(hù)功能;②為實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行后無須人工操作，設(shè)計(jì)方案中必須具有良好的自動(dòng)化控制功能;③設(shè)計(jì)方案要求滿足具有高穩(wěn)定度、高可靠性、高效率、抗強(qiáng)磁干擾和瞬態(tài)響應(yīng)快等性能。

因此，選用以正弦能量分配穩(wěn)壓技術(shù)和窄帶濾波技術(shù)為核心技術(shù)，以可靠的自動(dòng)控制技術(shù)為關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計(jì)方案。

2.2 技術(shù)方案

正弦能量分配穩(wěn)壓技術(shù)和窄帶濾波技術(shù)是設(shè)計(jì)方案中的核心技術(shù)，在設(shè)計(jì)方案中本穩(wěn)壓電源的主回路是一個(gè)正弦能量分配器，其工作原理如圖1所示。K1是前面板操作控制開關(guān)，控制著整個(gè)穩(wěn)壓電源工作的啟停，J是主繼電器，當(dāng)穩(wěn)壓電源工作異常、過壓、欠壓時(shí)，提供保護(hù)斷電，C1～C3及Ll～L3和可變阻抗“Z”構(gòu)成了正弦能量分配器。

圖1 正弦能量分配器原理圖

L1、L2構(gòu)成自耦變壓器，L2同時(shí)與C1及C3構(gòu)成“π”型濾波器，可以濾除電源中的雜波，本電源的“凈化”作用由此產(chǎn)生。不穩(wěn)定的電源從A點(diǎn)輸入，控制回路對輸入電壓和輸出電壓取樣處理后，得到與輸入和輸出電壓高低有關(guān)的時(shí)間控制信號(hào)。此信號(hào)控制著可變阻抗“Z”的值。當(dāng)A點(diǎn)的輸入電壓變化時(shí)，分壓點(diǎn)B的電壓隨“Z”的變化而變化，從而保證C點(diǎn)電壓不變。該裝置由控制、穩(wěn)壓、采樣、保護(hù)等單元組成，如圖2所示。

圖2 設(shè)備組成框圖

控制單元:由微電腦控制整個(gè)穩(wěn)壓電源工作的啟停，當(dāng)輸入電壓超過指標(biāo)值、穩(wěn)壓電源工作異常時(shí)，提供保護(hù)斷電。當(dāng)突跳電壓在指標(biāo)范圍內(nèi)時(shí)，控制電路對輸入電壓和輸出電壓取樣處理后，就得到與輸入輸出電壓高低有關(guān)的時(shí)間控制信號(hào)。穩(wěn)壓單元:控制單元產(chǎn)生的控制信號(hào)送到穩(wěn)壓單元，控制著穩(wěn)壓單元的可變阻抗值。當(dāng)輸入電壓變化時(shí)，阻抗隨之變化，而輸入電壓不變。采樣電路:對穩(wěn)壓單元輸出的電壓進(jìn)行采樣，并處理采樣信息后將數(shù)據(jù)傳送到控制單元。保護(hù)單元:每相都設(shè)有過流過壓保護(hù)電路和三相同步關(guān)斷電路。一旦某一相有故障或輸出電壓過高時(shí)，保護(hù)電路將同時(shí)切斷三相輸出并同時(shí)產(chǎn)生報(bào)警，以保護(hù)負(fù)載不在缺相的情況下工作。

穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的主回路由正弦能量分配器和窄帶“π”型濾波器構(gòu)成，如圖3所示。K1是三相總控開關(guān)，控制著穩(wěn)壓電源工作的啟停，當(dāng)穩(wěn)壓電源工作異常、過壓、欠壓時(shí)，提供保護(hù)斷電，L11～L14及相應(yīng)回路的電容和可變阻抗“Z1”構(gòu)成前級(jí)正弦能量分配器。其工作原理為L11、L12和L13構(gòu)成自耦變壓器，不穩(wěn)定的電源輸入后，控制回路對輸入電壓和輸出電壓取樣處理后，得到與輸入和輸出電壓高低有關(guān)的時(shí)間控制信號(hào)，此信號(hào)控制著可變阻抗“Z1”的值。當(dāng)輸入電壓變化時(shí)，分壓點(diǎn)B的電壓隨“Z1”的變化而變化，從而保證L11輸出點(diǎn)電壓不變，形成第一級(jí)穩(wěn)壓作用。同理，由L21～L24及相應(yīng)回路的電容和可變阻抗“Z2”構(gòu)成后級(jí)正弦能量分配器繼續(xù)形成第二級(jí)穩(wěn)壓。L21同時(shí)又與前、后相連的電容構(gòu)成一個(gè)“π”型濾波器，可以濾除電源中的雜波，產(chǎn)生“凈化”的作用。

圖3 主回路構(gòu)成圖

3 結(jié)論

“導(dǎo)航設(shè)備防電壓沖擊自動(dòng)保護(hù)裝置”是針對羅蘭C臺(tái)站外電不穩(wěn)、電源電壓波動(dòng)幅度大，經(jīng)常導(dǎo)致羅蘭C導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生故障而設(shè)計(jì)的。該設(shè)計(jì)采用了新技術(shù)、新器件和新工藝，具有長壽命、低成本、可維性和實(shí)用性等特點(diǎn)，大大提高導(dǎo)航設(shè)備的安全性和可靠性，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］邁迪.長河二號(hào)工程－遠(yuǎn)程無線電導(dǎo)航系統(tǒng) ［M］.電子工業(yè)出版社，1993.