直升机直流电源转电方法研究

件热负担等。

而对于复杂控制逻辑暂时没有好的解决方法，一般为了保证设备转电时正常工作，会在系统中增加电容或电源转换盒，使得系统重量增大，设计成本增高。

储能电容对转电时间的影响在于增加了接触器的释放判定时间，文献[5]提出了一种新型的直升机直流电源系统转电控制电路，该电路能有效减小接触器的释放判定时间，从而缩短转电时间，减小储能电容的影响。

文献[6]设计了一种新型的地面电源插座，依托于该设计能缩短汇流条脱并网的时间差，从而有效减小直升机电源转电时间，该设计简单易行且没有任何负面效果。

1 机理分析
■1.1 理想转电过程
某型直升机直流电源系统组成包括直流电机MG，接触器1P、2P、3P，常规汇流条PP1，应急汇流条PP2，充放电控制器和蓄电池组，系统结构框图如图1所示。

机载电源供电时，接触器1P、2P的1、2触点吸合接通，常规汇流条PP1和应急汇流条PP2由发电机供电。

机载电源供电转为地面电源供电时，蓄电池组接通， 图1 直流电源结构框图
在理想状态下转电时间应为3P吸合时间与2P释放时间之和，而一般接触器吸合时间≤20ms，释放时间≤15ms，则有转电时间T≤35ms，完全满足GJB181A 中转电时间不大于50ms的规定。

■1.2 实际转电过程
实际上机载设备内部大多装有储能电容，目的是为了抗50ms断电，储能电容会在断电时向常规汇流条PP1馈电，导致汇流条电压缓慢降低，如图2所示。

MG
常规大负载
I
PP1
1
2
3
4
2 实际工况原理框图
而接触器释放电压范围为1.5V～7V，只有当PP1电压缓慢降到7V以下时，2P线圈才开始释放，因此在实际
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实验研究
工况下转电时间： T= T1+ T2+ T3
其中T1为2P 释放时间，T2为3P 吸合时间，T3为
PP1掉电时间。

2 改进方案
■2.1 隔离储能电容
为了使储能电容不影响机上电源系统，应将储能电容
与机上汇流条进行隔离，一般在机上对直流电源系统进行2
个方面改装，具体如图3所示。

图3 改装电路图
（1）在汇流条PP1与容性负载之间增加隔离二极管。

其中增加隔离二极管D1以防止常规大负载向汇流条馈电，增加隔离二极管D2以防止配电装置向汇流条馈电。

（2）在汇流条PP1上增加泄放电阻R1。

在转电过程中，R1能将PP1上的电能转换成热能释放，从而缩短转电时间。

将上述改装方案在机上实施测得转电时间为30ms 左
右，未有设备掉电现象，符合GJB181A 中转电时间不大于50ms 的规定。

而该方法的缺点是会影响系统工作环境，降低系统的安全可靠性，影响因素包括增加线路压降、增加系
统能耗、加重电子元器件热负担等。

■2.2 转电控制电路优化设计
通过增加隔离二极管和泄放电阻来缩短转电时间的方
法弊端明显，储能电容对转电时间的影响在于增加了接触器2P 的释放判定时间，即汇流条PP1掉电时间T3，若接
触器2P 能在汇流条PP1电压降到7V 之前释放，就能减小PP1掉电时间T3，从而缩短转电时间，减小储能电容的影响。

文献[5]中设计的转电控制电路可以通过改变比较电压U2来控制接触器2P 的释放判定时间，即汇流条PP1掉电时间T3，且U2越高，T3越小，转电时间就越短，如图4所示。

PP1汇流条电压U1首先经过稳压、滤波处理，之后
送入比较电路同设定的比较电压U2进行比较。

考虑到该控制电路的适用性，比较电压U2应高于接触器释放电压最高
值，否则无法缩短转电时间；同时应低于用电设备正常工作电压最小值，否则会引发误触动。

而由接触器释放电压范围
1.5V ～7V，和电气设备额定工作电压范围22V~29V，可得
（1）当系统正常工作时，U1＞U2，光耦电路导通，接触器2P 得电吸合。

（2）当系统开始转电时，电压U1下降，当U1＜U2时，光耦电路断开，接触器2P 失电断开，3P 得电吸合，转电完成。

考虑到电压越低掉电越慢，汇流条PP1前期掉电比较
快，掉电时间主要集中在电压缓降的低电压区等特点，文献[5]将比较电压设为15V，通过实验室试验和机上试验，对该设计电路进行验证：
（1）实验室试验
试验条件：(a)在PP1汇流条上连接1个1000μF 大电容； (b)输出负载分别设置空载、5A 和10A。

试验内容：PP2汇流条转电时间。

试验结果见表1。

表1
序号负载状态转电时间(ms)
1空载47�725A 21�63
10A 17�2
（2）机上试验
试验条件：飞机正常试飞过程中转电；试验内容：PP2汇流条转电时间；试验结果：转电时间为14.75ms。

由试验结果可知，当比较电压U2设置为15V 时，转
电控制电路可以将系统转电时间控制在50ms 以内，满足GJB181对转电时间的要求。

并且在地面开车与试飞中，直流电源系统转电过程中全机各系统工作正常，无用电设备断电与重起现象。

该转电控制电路的优势在于响应快，可靠性高，当电路
发生故障时，光耦电路处于导通状态，不影响转电过程，因此该控制电路不会降低直流电源系统可靠性。

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该设计方法的关键点在于两长一短的地面电源插座，两根长针为供电电源针，代表地面电源的供电状态，短针则为转电信号针。

短针会比长针提前脱开，代表汇流条脱网开始时间会比并网开始时间提前，从而缩短脱并网的时间差，减
图6中字母A 到G 分别代表各个控制器或接触器的动
则有正常汇流条脱并网时间差即其转电时间为25ms，应急汇流条转电时间为5ms，均满足GJB181对转电时间
不大于50ms 的要求。

实际上接触器和继电器动作时间以及工作人员拔插头
的速度会对转电时间带来细微偏差，但通过测试及验证，偏差影响可以忽略不计，且该设计已成功应用在国产某型民用直升机上。

3 结论
直升机直流电源系统转电时间在设计初期难以满足GJB181要求的原因在于储能电容的存在及其复杂控制逻辑。

对于储能电容，增加隔离二极管和泄放电阻的改装方法
虽然能够有效减小转电时间，但该方法会影响系统工作环境，降低系统的安全可靠性，影响因素包括增加线路压降、增加系统能耗、加重电子元器件热负担等。

储能电容对转电时间的影响在于增加了接触器的释放
判定时间，文献[5]设计的转电控制电路能够监测汇流条的电压变化，通过设定比较电压可以控制接触器的释放时间，从而缩短转电时间。

复杂控制逻辑对转电时间的影响在于延长了汇流条并
网的时间，文献[6]设计的地面电源插座，能够使汇流条并网开始时间提前，从而缩短汇流条脱并网的时间差，减小转电时间。

参考文献
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可以通过手机APP向STM32单片机发送指令并控制水泵及电磁阀。

WIFI模块通信测试通过。

■4.3 系统自动灌溉测试
在实验数环境中模拟灌溉系统进行实验测试，将湿度阈值设置为66%，温度阈值设置为27℃，低于阈值时，单片机自动控制水泵及电磁阀进行抽水灌溉，当环境达到阈值时停止灌溉。

在实际测试中，灌溉系统稳定，并且可以针对不同区域实现自动智能灌溉，系统实物如图9所示。

图9 系统实物图
; 在Keil
参考文献
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