一种机载用电设备的电源输入特性检测方法及系统

摘要

本发明涉及飞机机载用电设备电源输入特性检测技术领域，公开了一种机载用电设备的电源输入特性检测方法及系统。控制机载用电设备接入供电电源，对三相电压和电流信号进行采样，经计算分析分别得到电源输入的暂态特性和稳态特性参数，将暂态特性和稳态特性中的各数值生成图表，与国际机载电源标准ISO‑1540的要求作对比，分析得出机载用电设备的电源输入特性是否符合要求，从而确实其是否允许安装在飞机上；通过构建检测系统和方法，直观快速的得到机载用电设备的电源输入特性情况，并判断是否符合标准要求，能够很好地辅助机载用电设备进行适航认证；该系统具有检测航空电源质量的功能，以确定供电源品质满足标准要求，运行可靠，测量误差小，方法简单。

说明书

技术领域

本发明涉及飞机机载用电设备电源输入特性检测技术领域，具体涉及一种机载用电设备的电源输入特性检测方法及系统。

背景技术

随着民航技术的飞速发展，多电飞机和全电飞机的新一代飞机的兴起，飞机上的用电设备种类和数量急速增加。国产机载用电设备PMA(Parts Manufacturing Approval)大量用于飞机上，适航认证工作巨大，特别是随着中国自主设计制造的大型民用客机C919的试飞成功，C919上国产用电设备非常多且还在逐步增加，不合格的机载用电设备会对飞机电网造成巨大影响，如使电能质量下降，甚至对电源系统的稳定性造成破坏，因此，机载用电设备电源输入特性必须符合标准要求(ISO1540和DO160等标准)，机载用电设备电源输入特性的测量是该设备适航认证的重要一环。现有的测量方法和设备自动化程度低，误差大，不能实现电子化数据处理和保存。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种机载用电设备的电源输入特性检测方法及系统。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种机载用电设备的电源输入特性检测方法，检测供电电源的供电品质满足要求后，控制机载用电设备接入供电电源，对三相电压和电流信号进行采样，计算分析得到机载用电设备的电源输入暂态特性和稳态特性参数，将机载用电设备的暂态特性和稳态特性中的各数值生成图表，并与国际机载电源标准ISO-1540的要求作对比，分析得出机载用电设备的电源输入特性是否符合标准要求。

在本发明中，优选的，首先对被测机载用电设备将接入的供电电源进行供电品质检测，以确保供电电源品质符合标准要求，检测参数包括：三相电压、三相平均电压、最大电压不平衡值、波峰系数、畸变系数、相位、电压基波和谐波分量、电压最高单次谐波含量、直流分量、电压调制量，当供电电源品质满足要求后，进行用电设备的电源输入特性检测分析。

在本发明中，优选的，为满足采样速率，所述暂态特性和稳态特性参数分开进行采样和计算，其中所述暂态特性包括尖峰电压值和冲击电流值；所述稳态特性包括三相电压、电流、功率因数、有功、无功和视在功率、功率不平衡度、电流基波和各次谐波含量和直流分量、电流调制量。

在本发明中，优选的，由计算机通过数据采集卡以及继电器和接触器自动控制所述机载用电设备接通供电电源，以方便去除采样时由于继电器、接触器的吸合造成对暂态特性中尖峰电压和冲击电流的影响。

在本发明中，优选的，所述接触器的线圈与电源之间还串联有准备开关，所述准备开关为人工准备开关，用以防止计算机或数据采集卡在测试准备和设定过程中可能出现的误触发。

在本发明中，优选的，由高频响应的霍尔传感器采集机载用电设备电源输入端的电流信号，分压器采集电压信号，并将电压和电流信号传递给数据采集卡进行采样，采样后的数据传递到计算机中进行处理和分析。

一种机载用电设备的电源输入特性检测系统，包括霍尔传感器、分压器、准备开关、继电器、接触器、数据采集卡和计算机，所述继电器和接触器连接，所述继电器还与所述数据采集卡连接，所述接触器连接在机载用电设备与供电电源之间，所述数据采集卡与计算机连接，用于实现计算机对机载用电设备是否接通供电电源的控制，所述霍尔传感器串接在接触器与机载用电设备之间，并与数据采集卡连接，用于采集机载用电设备的电流信号，所述数据采集卡还用于实现输入信号的采样和处理。

在本发明中，优选的，所述分压器连接在供电电源与接触器之间，所述分压器还连接所述数据采集卡，将采集的电压信号传递给数据采集卡。

在本发明中，优选的，所述计算机内包括供电电源品质测量分析模块、暂态特性测量分析模块和稳态特性测量分析模块，完成采样、数值计算、分析并生成和显示报表。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过构建检测系统和测试方法，能直观快速的得到机载用电设备的电源输入特性情况，并判断是否符合标准要求，能够很好地辅助机载用电设备进行适航认证；该系统具有检测航空电源质量的功能，以确定供电源品质满足标准要求，且该系统运行可靠，测量误差小，方法简单，实现了测量数据的电子化数据分析和存储。

附图说明

图1为本发明所述的一种机载用电设备的电源输入特性检测方法流程示意图。

图2为本发明所述的一种机载用电设备的电源输入特性检测系统的连接结构图。

图3为本发明所述的一种机载用电设备的电源输入特性检测方法生成的部分稳态特性表格示意图。

图4为本发明所述的一种机载用电设备的电源输入特性检测方法生成的电流谐波分析数据表格示意图。

图5为本发明所述的一种机载用电设备的电源输入特性检测方法生成的尖峰电压示意图。

图6为本发明所述的一种机载用电设备的电源输入特性检测方法生成的冲击电流示意图。

附图中：1-霍尔传感器、2-分压器、3-数据采集卡、4-计算机、5-机载用电设备、6-供电电源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请同时参见图1和图2，本发明一较佳实施方式提供一种机载用电设备5的电源输入特性检测方法，首先检测供电电源品质，在电源品质符合规定要求的情况条件下，再进行机载用电设备电源输入特性参数的检测和计算，从而实现精准检测机载用电设备5在与供电电源6连接侧的电压、电流、功率因数、功率不平衡度等稳态参数和尖峰电压和冲击电流等暂态特性等参数，并将参数与新的国际机载电源标准ISO-1540对比，从而判断用电设备是否符合规定要求；主要步骤为：检测供电电源6的供电品质满足要求后，控制机载用电设备5接入供电电源6，对三相电压和电流信号进行采样，计算分析得到机载用电设备5的电源输入暂态特性和稳态特性参数，将机载用电设备5的暂态特性和稳态特性中的各数值生成图表，并与国际机载电源标准ISO-1540的要求作对比，分析得出机载用电设备5的电源输入特性是否符合标准要求；为满足采样速率，暂态特性和稳态特性参数进行分开采样和计算，其中暂态特性包括尖峰电压值和冲击电流值；稳态特性包括三相电压、电流、功率因数、有功、无功和视在功率、功率不平衡度、电流基波和各次谐波含量和直流分量、电流调制量。

在本实施方式中，首先对被测机载用电设备5将接入的供电电源6进行供电品质检测，供电电源6模拟航空电源的供电特性，以确保供电电源6品质符合标准要求，检测参数包括：三相电压、三相平均电压、最大电压不平衡量、波峰系数、畸变系数、相位、电压基波和谐波分量、电压最高单次谐波含量、直流分量、电压调制量，当供电电源6品质满足要求后，进行用电设备的电源输入特性检测，从而避免因供电电源6不符合标准对后续检测产生影响。

具体的，由计算机4通过数据采集卡3以及继电器和接触器自动控制机载用电设备5接通供电电源6，以方便去除采样时由于继电器、接触器的吸合造成对暂态特性中尖峰电压和冲击电流的影响。

进一步，霍尔传感器1设置在机载用电设备5的输入侧，霍尔传感器1采用闭环磁平衡式霍尔电流传感器，由高频响应的霍尔传感器1采集机载用电设备5电源输入端的电流信号。分压器2连接在供电电源6与接触器之间，便于在不接通接触器时就可以对供电电源品质进行测量和分析。电压和电流信号传递给数据采集卡3进行采样，采样后将数据传递到计算机4中进行处理和分析。

进一步的，数据采集卡3将电压和电流信号采样后转化为数字信号输入到计算机4中，计算机4对输入的信号进行处理以及运算，由于暂态特性对应的尖峰电压值和冲击电流值的滞留时间短，需要较高的采样频率，故对暂态特性单独进行测量；稳态特性中的各数据依据采样得到的电压瞬时值、电流瞬时值、采样点、峰值电流等通过各自对应的计算模型进行计算，进行运算处理：

其中，电压电流有效值计算模型如下：

式中：

N——每周期的采样点数；

u

i

功率因数计算模型如下：

对模拟信号x

根据DFT的性质，当x(n)是实序列

X

X

|X(k)|＝|X(N-k)|

x

电流调制量计算模型：

电流调制量为400个周波内正序方向或负序方向电流峰值的最大值与最小值之差，由于数据采用值不是从零点开始，且交流电源的频率为400Hz，故以下公式计算：

电流调制量＝[I

其中：

[I

[I

有功、无功和视在功率计算模型：

P＝UIcosφ

Q＝UIsinφ

S＝UI

式中：

P：有功功率；Q：无功功率；S：视在功率；U：单相电压；I：单相电流；

功率不平衡度的计算模型：

P

其中P

其中P是机载用电设备5的有功功率。

电流谐波分析数据的计算模型：

采用傅里叶变换：

式中x(n)为采样后待分析的含有谐波、间谐波的电流信号，X(k)为傅里叶变换系数，对应信号中第k次谐波，从上述公式中的系数X(k)获得k次谐波对应的两个直角分量a

进一步的，为提高测量精度，计算机4将霍尔传感器1、分压器2和数据采集卡3采集的数据进行补偿和校正，以减小误差，测量计算后的暂态特性和稳态特性数据生成图表后用于显示和保存。

具体的，在对电流信号处理的各个步骤中会存在一定偏差，为减小误差，得到较高的采样准确度，计算机4通过曲线拟合的方法，进行补偿和校正，该方法在前期通过California Instruments CSW系列的电源进行精度校验，精度校验通过后即可进行使用，从而保证各数值的精确性，符合测量的需求；且计算机4依据数据类型不同，将稳态特性数据制成表格类型，暂态特性制成曲线图类型，表格和图如附图3-附图6所示，以方便对数据进行显示和分析。

请参见图2，本发明另一较佳实施方式提供一种机载用电设备5的电源输入特性检测系统，包括霍尔传感器1、分压器2、准备开关SB1、继电器KA1、接触器KM1、数据采集卡3和计算机4，继电器KA1和接触器KM1连接，继电器KA1还与数据采集卡3连接，接触器KM1连接在机载用电设备5与供电电源6之间，数据采集卡3与计算机4连接，用于实现计算机4对机载用电设备5是否接通供电电源6的控制，霍尔传感器1串接在接触器KM1与机载用电设备5之间，并与数据采集卡3连接，用于采集机载用电设备5的电流信号，数据采集卡3还用于实现输入信号的采样和处理。

具体的，计算机4主要搭载labview系统，内部包括供电电源品质测量分析模块、暂态特性测量分析模块、稳态特性测量分析模块和数据处理模块，霍尔传感器1连接在机载用电设备5连接供电电源6一侧，通过内部的霍尔元件电压经放大产生的副边电流通过副边线圈会产生磁通量，原边电流产生的磁通量与副边电流产生的磁通量相平衡，从而使得副边电流能精确地反应原边电流，原边电流即机载用电设备5输入端电流，副边电流输入到数据采集卡3中，从而完成对机载用电设备5输入侧电流数据的采集。

进一步的，数据采集卡3采用高速多功能DAQ模块，能在高采样率下保持较高精度，从而满足对电流信号暂态特性数据的采样，其为USB接口，与计算机4之间采用USB通讯模式，使用方便，数据采集卡3将采集的电流数据输入到计算机4中，然后暂态特性测量分析模块和稳态特性测量分析模块对输入的电流模拟信号分别进行取值以及暂态特性和稳态特性数值的计算，取值和计算分别按照其组内设定好的计算模型进行，计算后的数据传递到数据处理模块进行处理，暂态特性数据生成曲线图，稳态特性数据生成表格，以便进行后续的分析，测量结果与新的国际机载电源标准ISO-1540的要求依次作对比，得出记载用电设备的电源输入特性是否符合要求，从而得到该机载用电设备是否合适安装在飞机上。

在本实施方式中，数据采集卡3通过分压器2连接供电电源6与接触器KM1之间，便于不接通KM1的情况下对电源输出电压波形的质量进行检测。分压器2包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、和R6，分压器2用于采集供电电源6的电压信号，分压器2还连接数据采集卡3，将采集的电压信号输入到数据采集卡3中。

在本实施方式中，接触器KM1的触点连接在机载用电设备5与供电电源6之间，接触器KM1线圈通过继电器KA1的触点与电源连接，继电器KA1线圈通过数据采集卡3与计算机4连接。

进一步的，接触器KM1的线圈与电源之间还串联有准备开关SB1，准备开关SB1为人工准备开关SB1，用于防止数据采集卡3或计算机4在测试准备和设定过程中可能出现的误触发。

具体的，当需要进行测试时，首先需要进行被测用电设备接线、加载、计算机运行设定、采样的初始化等准备工作，人工检查测量准备工作都完成，机载用电设备5与供电电源6等连接无误后，将准备开关SB1闭合，接着计算机4发送信号给数据采集卡3，数据采集卡3对应输出一控制信号使得继电器KA1线圈得电，对应继电器KA1的触点闭合，接触器KM1的线圈通电，从而使得接触器KM1的触点闭合，使得机载用点设备与供电电源6接通，进行检测工作。

工作原理：首先对判断供电电源6进行供电电源品质检测，由分压器2对供电电源输出电压进行采样，并通过数据采集卡3输入到计算机4中进行检测，检测内容包括：三相电压、三相平均电压、最大电压不平衡、波峰系数、畸变系数、相位、电压基波和谐波分量、电压最高单次谐波含量、直流分量、电压调制量，当供电电源品质满足要求后，进行用电设备的电源输入特性检测分析，如某一指标不符合ISO1540标准要求，由计算机4连接的声光报警器发出声光报警，供电电源6符合要求后，检查测量准备工作完成情况，准备工作完成后打开准备开关SB1，接着计算机4依次通过数据采集卡3、继电器KA1和接触器KM1控制机载用电设备5接入供电电源6，霍尔传感器1采集机载用电设备5接入电网侧的电流信号，分压器2采集电压信号，并传递给数据采集卡3对电压和电流信号进行高频率采样，采样信号输入到计算机4中。首先测量暂态特性参数，由于尖峰电压和冲击电流时间非常短，需要对电压、电流信号进行高速采集，并满足采样定理；采样结束后再由计算机4的暂态特性测量分析模块进行数据处理，并由数据处理模块进行处理生成图表，然后与标准作比较，如某一指标不符合ISO1540标准要求，将发出声光报警。暂态特性测试分析完成后，进行稳态特性测量，由于谐波含量高，需要对电压、电流信号进行高速采集，并满足采样定理，采样结束后再由计算机4的稳态特性测量分析模块进行数据处理，处理后的数据由数据处理模块生成图表，并与标准作比较，如某一指标不符合ISO1540标准要求，发出声光报警，如数据都符合要求，则说明该机载用电设备5电源输入特性合格，可以接到飞机电网上。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。