三相交流电源的三相电压对称性

电压的每一相值，比较其大小（由逻辑 磁电流使三相平均值增加到对称时的
数字电路或门实现），利用相电压值最 值，从而使两正常相电压增加很多，这
高的那相作为发电机激磁电流的控制 就出现了前文所举实例中出现的故障
信号。因为采样的是三相电压中相电 现象。
压 最 高 的 一 相 ，所 以 可 调 整 发 电 机 输
通 过 电 压 敏 感 电 路 检 测 三 相 电 合 检 测 电 路（ 原 理 图 见 图 3 ）。此 电 路
压 ，求 出 其 三 相 电 压 的 平 均 值 ，用 此 特点是在三相电压对称工作时有高的
平均值电压控制发电机激磁电流的大 稳定精度，即高相电压调节单元与三
小，实现对三相端电压的调节。此种电 相 平 均 电 压 调 节 单 元 共 同 作 用 于 激
1） 在机械电气负载统计分析的 基础上，根据各负载的功率要求，制定 科学合理的配电方案，使各相承担的负 载量基本一致，从配电角度减小三相电 压的不对称性。特别对于一些大功率负 载如油泵、雷达、吊舱等，要尽量做到与 其他用电设备的均衡分配设计。最好采 用三相供电，减小单一负载的加卸载对 供电系统的影响。
用完全相同的三组变换器，
故可实现单相的电压调节。
图 中 A 、B 、C 三 相 均 有 各 自
的电压敏感电路，相敏感电
A
循环变换器单元
& 去激磁控制电路
路的输出一方面送入各相的 晶体管控制角触发器，生成
B
循环变换器单元
一定角度的晶体管控制角， 从而控制各相12个晶体管的
C 循环变换器单元
A相控制角触发电路 B相控制角触发电路 C相控制角触发电路
导通程度，实现相输出电压 大 小 的 调 节 。例 如 ，当 输 出
A 相 端 电 压 降 低 时 ，敏 感 电
图5 交交型变速恒频电源电压调节原理图
路输出信号可促使控制角触
发器电路输出的控制角减小，由公式U。 =1.17Ua×cosα可知，α减小，U。增大。当 A相端电压增大时，电路情况则相反。 另一方面，A、B、C三相敏感输出经过逻 辑同或门进行逻辑判断，当A、B、C三 相不对称输出时，同或门输出0，后续的 逻辑与门输出也为0。此时，不通过改变 发电机激磁电流的方法来升高六相发 电机的输出电压（即三相交流的输出电 压），而是通过失去对称性的电压相调 整自身相电压而使三相电压重新恢复 对称。当A、B、C三相对称时，逻辑同或 门输出1，此时根据A相敏感电压的高 低（即三相电压的高低）来决定是增加 激磁还是减小激磁，后续的逻辑与门便 可实现这种逻辑关系的判断。当A相敏 感电压高，输出1，过逻辑非门后变为0， 逻辑与门输出0，减小激磁；当A相敏感 电压低，输出0，过逻辑非门后变为1，逻 辑与门输出1，增加激磁。因此，如图5所 示的控制调节原理不但可以调节三相 电压，也可调节单相电压。尤其是单相 电压的调节对于克服三相电源的不对 称问题非常有效，具有较强的带不对称 负载能力。
R7
构成的三相半波整流电路
和由R4、C1与R5、R6、R7
构成的滤波和输出电路等
环节组成。它将调节点的 图2 三相平均电压调节原理图
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最高相电压
A
调节单元
B
C
参考电压
去激磁控 制电路
为了避免这种不对称情况的发
出最高相电压不超过额定值，可有效 生，在多相发电机电压调节电路中可
预防过载现象的发生（其原理图见图 以将最高相电压调节（又称高相电压
1）。
限 制 ）与 三 相 平 均 电 压 调 节 两 者 的 优
3）三相平均电压调节
点 结 合 起 来 ，组 成 平 均 值 高 相 电 压 组
三相交流发电机三相电压的敏感 调节采用以下三种方法。
1） 固定相电压调节 通过电压敏感电路检测三相电压 中某一相电压或线电压，根据敏感电压
的大小来控制发电机激磁电流大小，实 三相交流电压变换为脉动直流电压U
现对三相端电压的调节。由于此种方法 输出，此直流电压U的直流分量的大小
是敏感单相电压，不能反映三相电压的 与三相交流电压的平均值成正比。当三
在实际的三相交流电源供电系统 中，伴随着大功率用电设备的加卸载， 势 必 对 三 相 电 源 的 对 称 性（ 又 称 平 衡 性）产生影响，有时甚至超过电源系统
允许的波动范围。三相电源的不对称性 规定为：在供电系统正常工作状态下， 三相交流电压各相不相等。电压不对称 性一般用最大相电压与最小相电压之 差表示。当相间不对称负载达到15%的 额 定 电 流 ，最 大 相 电 压 与 最 小 相 电 压 之间的差值大于3V时则认为相间不对 称。不对称指标还可以用各相电压和三 相电压平均值之差的最大值与三相电 压平均值之比的百分数表示。
路在调节点三相电压对
称 时 ，三 相 电 压 平 均 值 也
A
就反映了各相电压的大
电压敏 感电路
小 ，可 实 现 对 三 相 端 电 压
B
大 小 的 调 节 。但 若 三 相 电
电压敏 感电路
最高相输出 去激磁控制电路
压 不 对 称 ，则 三 相 电 压 平
C
均值不能反映各相的电
电压敏 感电路
压 值 ，因 此 会 出 现 调 节 缺
2） 在分配各相之间的不对称负 载 时 ，应 考 虑 用 电 负 载 大 致 的 运 行 顺
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序，根据其工作特点做出比较优化的负 载分配方案，尽量减少由于一些难以预 测的转换组合作用而引起有害的三相 电压不对称现象，保证其正常的加卸载 对电源系统的对称性不产生超出技术 规定的影响。
3） 电机转子发热加剧。三相电压 不对称时，逆序磁场感应出的电流使转 子发热。
4） 三相整流器输出电路中出现
低频的电压脉动。 因此，三相交流电压的对称性在三
相供电系统中至关重要，在工程上应该 努力实现三相电压的对称性。
2 从设计角度解决三相电压的 对称性问题
飞机供电系统的设计涉及很多方 面内容，其中三相交流电源的带负载工 作情况是一个重要环节，需要进行大量 的技术分析和地面试验验证，尤其是一 些关键负载加卸载工作状态对三相电 压的对称性有很大影响。为此，应该从 以下三方面考虑负载分配方案。
参考文献（略）
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三相交流电源的三相电压对称性
The Electric Symmetry of Three-phase Alternating Current Supply
张洪伟 / 中航工业试飞院
摘 要:在航空飞行器领域，随着机载综合航空电子电气设备的增加，三相交流电源所带负载功率随之加大。尤 其是个别大功率单相机载设备在配电系统中的接通与断开，对三相交流电源的对称性产生了很大的影响。本文 重点讨论了如何解决三相交流电源电压的对称性问题。
相电压的对称性既是影响稳态电 压极限的主要因素，又是供电质量的指 标之一。严重的电压不对称会给供电系 统带来以下不良后果。
1） 使单相用电设备的供电电压 较大地偏离额定值。因为调压器无法在 电压不对称的情况下使三相电压都保 持为额定值。
2） 降低了异步电动机的输出力 矩。不对称时，除正向力矩外，还产生了 与逆序电压成平方的逆向力矩。
4 利用交交型变速恒 频电源解决三相对称 性问题
目前，在发动机最高转
三相平均电 压调节单元
速和最低转速差值较大的 飞机上大多采用恒速恒频
电源。但随着电子器件的发
图3 平均值高相电压组合检测电路原理图
展，变速恒频电源成为交流
电源发展的一个趋势。交交
磁电路。在电源系统出现三相不对称 型变速恒频电源具有的多点调节方式
引 入 一 个 实 例：在 某 型 飞 机 的 雷 达 科 目 试 飞 中 ，科 研 人 员 发 现 飞 行 中 雷达开机工作状态时发电机两相电压 明 显 升 高 ，超 过 了 额 定 值 。经 技 术 分 析 确 认 ，由 于 该 机 雷 达 属 于 单 相 用 电 设备，它被挂接在电源系统的C相。电 源系统的三相端电压敏感与调节采用 电 路 简 单 、可 靠 性 较 高 的 三 相 平 均 电 压 晶 体 管 调 节 电 路 。当 雷 达 开 机 工 作 时 ，其 所 在 的 C 相 电 压 由 于 负 载 加 大 而 降 低 ，致 使 三 相 平 均 电 压 降 低 。依 据 设 计 原 理 ，此 时 应 增 加 发 电 机 激 磁 电 流 ，使 发 电 机 端 电 压 升 高 。激 磁 电 流的增加使三相平均电压恢复到正常 值 ，但 由 于 A 、B 两 相 电 压 在 调 节 前 正 常 ，调 节 后 反 而 使 其 超 出 额 定 值 ，使 三相电压在雷达工作时表现出严重的 不对称现象。
时，高相电压调节单元作用于激磁电 以及能量转换效率高、能实现无刷发电
路 ，平 均 电 压 调 节 单 元 被 隔 离 ，使 电 等优点，故将会得到较为广泛的应用。
路中正常电压相用电设备免受高电压 特别是利用交交型变速恒频电源的单
危险。Biblioteka 相电压调节功能，可以实现较高的三相
电压对称性。
图4为六相发电机的交
交型变速恒频电源的循环变
换器主电路，主要用于六相
发电机输出与控制电压频率
相等的单相电压。由于采用
零式可控整流电路，三套相
同的上述电路接于同一发电
机时，变换器输出有公共点，
因而三个相同的电路可以构
成三相四线制输出。
图5为交交型变速恒频
电源的电压调节电路原理
图。由于该型电源的三相采
图4 六相发电机循环变换器主电路
3） 由于设备阻抗与电源相序阻 抗的并联，使系统总阻抗减小，还可以 减小三相电压不对称的影响。因此，合 理布置配电系统中运行的感应电动机 和同步电动机将会使系统的不对称现 象减弱。尤其是未来电传飞机中大量电 动机构的使用，更应该考虑阻抗并联的 影响。
3 采用电压敏感与调节电路解 决三相电压的对称性问题
关键词：三相交流电源、对称性
三相交流电源是航空用电的主要形 式。其具有的三相特性不但能满 足三相用电设备的需要，同时也能满足 单相用电设备的要求。
三相交流电源电压的对称和 不对称
飞机常用三相交流电源为115/ 200V、400Hz。理 想的供电状态是三相 稳态电压保持在115/200V、400Hz，三 相间相位差为120°。但在实际工程应用 中，三相电源供电特性曲线给出了其正 常工作的极限范围，与理论数据有一定 偏差。通常情况下，三相负载在一定范 围内变化时，三 相稳态电压的幅值变 化不超过3V，相位差变化不超过8°，则 三相电压对称。制 造良好的发电机在 负载对称的条件下供电电压一般总是 对称的，技术成熟的供电系统经过大量 的地面试验和飞行试验也能满足供电 的对称性要求。
变化情况，尤其是在多负载加卸载配电 相对称时，平均值反映各相电压的大
线路中不能满足将发电机电压调至额 小；当三相不对称时，某相电压降低，而
定值的要求，因此很少使用。
另两相电压保持额定值。用平均电压检
2） 最高相电压调节
测法时，调压器感受的电压（不对称电
通过三组电压敏感电路检测三相 压）降低了，这必然要求增加发电机激
5 结束
三相交流电源的对称性问题关系 电源系统的品质和安全，为了保证高的 电源可靠性，不但应从发电机、负载分 配、配电形式种类等方面做出科学的分 析和设计，同时在调节控制方式上更应 该采取科学有效的思路方法。随着新技 术的不断出现，控制理论和控制方法都 将迎来新的变革，不断创新将始终是充 满生命力的征程。
陷。
图1 最高相电压调节控制原理图
通常三相交流电源系 统采用简单可靠的调节方 式 ，使 用 较 多 的 是 三 相 平 均 电 压 调 节 方 法 ，其 实 用 电路见图2。其中电压检测
A
R1
B
R2
C
R3
D1
D2
R4
D3
C1
R5
去激磁控 R6 制电路
电 路 由 R 1 ～ R 3 ，D 1 ～ D 3