交流发电机控制盒不发电故障分析及电路改进
摘要: 交流发电机控制盒与交流发电机、电流互感器配套组成辅助交流发电系统，在地面保障或空中应急情况下向机上提供交流电。本文针对交流发电机控制盒不发电故障，通过分析交流发电机控制盒的电路原理图，减小滤波电容容值，改进电容连接方式，增加限流电阻及瞬态电压抑制管等保护措施，有效解决故障现象，提升交流发电机控制盒的稳定性，提高飞机上辅助交流电源的供电可靠性。

0 引言

辅助交流发电系统具备提供三相交流电源的能力，当主交流电源系统满足不了飞机上的用电需求或发生故障时，可向飞机用电设备或重要用电设备供电[1][2]。辅助交流发电系统由辅助交流发电机、发电机控制盒和电流互感器组成[3]。

某型飞机在使用过程中出现交流发电机控制盒不发电故障，若交流发电机控制盒出现故障可能会造成机上交流电容量不足，甚至影响飞行人员和飞机的安全[4][5]。

1 故障现象及原理分析

交流发电机控制盒在使用过程中，发生了闭合发电机开关但发电机不发电问题，造成系统无电压，不发电故障电路简图如图1所示,初步分析可能存在以下问题：(a）交流发电机控制盒供电电路存在故障，可造成机上不发电、发电延迟的故障；(b）交流发电机控制盒内部励磁绕组供电回路存在故障，可造成机上不发电故障；c）MCU控制电路存在故障,可造成机上不发电故障。

截图1741841193.png图1  不发电故障原理简图

交流发电机控制盒内部供电电路主要由变压器、整流二极管和电容组成，测得变压整流输出端的电压满足规定的设计要求。故可排除交流发电机控制盒供电电路故障问题。

励磁绕组供电回路由三相永磁机通过V3～V8整流二极管、C4电容、常开触点K2-1组成，其电路图如图2所示：

截图1741841221.png图2  励磁绕组供电回路

在电压输出端1测试时，测试电压为0V，说明K2-1触点未吸合，K2继电器未动作，K2继电器受MCU控制电路控制，故障可能由MCU控制电路引起，初步说明MCU控制电路存在故障，引起MCU控制电路失效故障的模式有以下三种情况：

(a）MCU供电线路故障，可引起MCU控制电路失效故障；

MCU供电线路由K1继电器、C2、C3、C6、C7四个电容、N1三端稳压器组成，其电路图如图3所示：

截图1741841233.png图3  MCU供电电路图

对输入端2提供28V直流电，经多次测量，测得C2电容的正端电压出现瞬时衰减，不能持久维持28V,输出端在此过程中测得的电压3.07V,不满足电路设计要求和CPU芯片需要的5V供电要求，通过对电路图和测试数据进行分析，可判断CPU供电线路电路故障是由K1继电器失效造成的。

(b）控制芯片及外围电路故障，可引起MCU控制电路失效故障；

对输入端2提供直流电，并将K1继电器触点K1-1短接，检测控制芯片供电电压为5.01V，CPU程序运行正常，控制芯片及外围电路按照程序要求执行，可排除控制芯片及外围电路故障问题。

(c）MCU控制执行电路故障，可引起MCU控制电路失效故障。

对输入端2提供直流电，并将K1继电器触点K1-1短接，按下自检按钮，执行自检测程序，CPU控制执行电路程序要求可靠执行，同时对输出端1进行测试，测试电压为62V，说明K2继电器已闭合，K2继电器受CPU控制电路控制,可排除CPU控制执行电路故障问题。

针对K1继电器失效的问题，经实际测试，在输入端2电压为28.0V，测得闭合开关，其经过继电器K1-1触点瞬间最大电流为19A～26A，持续时间为190us～312us，由于多次上电操作，其瞬间大电流对继电器触点的累积效应，造成了继电器触点烧蚀失效。

综合以上分析，发电机控制盒不发电的原因为K1继电器第一路动簧片与常开触点之间过流烧蚀后，导致两者之间接触不良, 造成MCU控制电路失电，从而使得励磁供电回路中的K2触点未闭合，励磁绕组无励磁电流，造成闭环发电机开关后，不发电现象。

2 电路改进

交流发电机控制盒不发电故障是由K1继电器触点烧蚀导致的，K1继电器触点烧蚀原因为电路每次启动工作时，瞬时大电流流经K1继电器触点，长期的累积效应造成的，电路设计存在缺陷，在保证交流发电机控制盒性能的前提下，遵循改动量最小，安装简便的原则，对电路进行了改进，改进后的电路图如图4所示，由于交流发电机控制盒正常工作时，其供电来源是由发电机永磁机通过变压整流后提供，将C5电容容量增大至100uF，可在供电源头预防扼制低频干扰，降低C2电容容量与C3电容容量，将电容C2改为与K1线圈并联，与原来在电路中的作用一致，但可减小对K1-1触点的电流冲击，保护K1-1触点。在电路中增加R1和R2电阻，对瞬时电流进行扼制，也对机上发电开关器件进行限流保护，增加R3电阻为电容C5提供泄放回路，增加瞬态电压抑制二极管V18、稳压管V19可提高稳压器N1的环境适应性。同时，对电路中的比较器的供电端增加0.01uF的瓷介电容，提高产品抗干扰能力。

截图1741841257.png图5  改进后的电路图

3 结论

交流发电机控制盒出现不发电故障，经分析其主要原因为控制盒内部MCU供电电路设计缺陷，使得K1继电器触点长期反复流经瞬时大电流后，累积效应引起的烧蚀故障，从而使得控制盒内部MCU控制电路失电，导致励磁绕组中的K2继电器不能正常工作造成的。通过对MCU控制电路进行改进，减小滤波电容容值，改变电容连接方式，增加限流电阻及瞬态电压抑制管等保护措施，可解决因K1继电器触点烧蚀而引起的不发电问题，并提供MCU供电电路的可靠性。

参考文献：

[1] 刘红亮. 交流电源系统转电故障分析[J]. 设计与研发, 2018.

[2] 孟欣, 邱智, 司剑飞. 飞机交流电源系统故障分析模型仿真研究[J]. 飞机设计, 2018.

[3] 赵博研, 孙奕威, 董振华. 飞机交流电源系统的控制保护技术[C]. 第八届民用飞机航电国际论坛论文集, 2019.

[4] 宗宏钧. 飞机交流电源系统（控制与保护）[D]. 贵州大学, 2007.

[5] 朱新宇. 飞机交流电源正常供电转换中的不中断转换技术[J]. 中国民航飞行学院, 2001.