本发明涉及到电力系统中直流滤波电容器放电的电路及方法。 如在航空中应用的某些电力系统，包括一台对其输出进行整流的发电机，以在一对导体上产生直流电压。该直流电压可以直接传送到负荷，或借助逆变器用於产生恒定频率的交流输出电压。在这两种情况下，系统中采用的典型电压调整器检测该输出电压，並将它与一个参考值进行比较，把比较结果的误差信号放大，以产生在发电机内的励磁机磁场电流，从而控制该系统的输出。在直流导体之间连接一个滤波电容器，对直流电压滤波。这个电容器应足够大，以在直流连接可变速的恒定频率系统中为逆变器提供一个低阻抗源，或对直流系统中波纹进行滤波。典型的电容器值：270伏直流系统为55微法;或115伏交流、20千瓦可变速恒定频率系统为165微法。这两种情况下，电容器上的直流电压在正常运行条件下约为直流270伏。
在额定负荷下，滤波电容的作用是无关紧要的，总共只有几分之一毫秒的能量积聚。但是在轻负荷下，放电时间变得十分重要。在极端情况下，对一个直流系统，切除100%的负荷会在滤波电容上造成高地过电压，此时除滤波器本身的泄漏外没有任何放电通路。
对于一个交流系统，逆变器内的损耗对滤波器提供了极小的负荷，典型的释放掉过电压的时间约为10毫秒。但是，直流系统需要一个预加负载，以产生相同的结果。预加负载的持续损耗会造成令人不满意的系统效率的下降。
对於电压调整器控制电路中近来的改进而言，滤波电容器放电可能是改善暂态响应特性的限制因素。在直流连接可变速恒定频率的系统中，切除额定负荷使得输出电压暂时上升，直到控制环路将输出电压返回到其正常水平。试图通过增加控制环路的增益改善系统的响应特性，可能会形成一个具有几乎像过调电压那样大的失调度的欠阻尼系统。由於直流连接滤波电容器放电时间慢，造成了这种暂态响应特性的非线性。如果发电机电压降落较连接电压快，电压控制环路被断开。在连接电容器放电至额定电压以前，发电机电压被强迫下降。然后发电机励磁上升，但系统电压继续下降，直到发电机开始对直流连接电容器再充电。在控制环路再闭合时，输出就上升回到额定电压，且如果控制环路阻尼适当，过调量是微不足道的。
由于电容器放电速率对暂态响应特性是限制因素，最理想的是提供一个当电力系统突然减少或切除负荷时使直流滤波电容器放电的电路。
按照本发明构成的具有直流滤波电容器放电电路的发电系统包括一个电源，用於在一对直流导体上产生直流电压。一个直流滤波电容器电气连接在两导体之间。一个传感电路产生一个电压指示信号，它代表电源的实际输出电压。这个信号与一个参考信号结合后得到一个误差信号，该误差信号正比于在所要求的电源输出电压与其实际输出电压之间的差值。发电机实际输出电压根据该误差信号而被控制。一个包括一个固态开关设备的电路分支跨接在直流滤波电容器两端。如在负荷突然下降或切除期间可能发生的那样，当电源实际输出电压增加造成误差信号幅值变化时，固态开关设备就被接通一个限定的时间，因此使直流滤波电容器放电。
在本发明的一个实施例中，该固态开关设备由包括一个分压器的电路控制，该分压器包括电气上串联的第一和第二个电阻，连接上述分压器以接收误差信号;一个运算放大器的同相输入端连到分压器的一端，其反相输入端电气连接到在分压器的第一和第二个电阻之间的连接点;一个计时电容器电气上与第二个电阻並联;以及一个驱动电路，它响应於来自运算放大器的输出信号接通开关设备。
在第二个实施例中，开关设备受控于一个包括一个分压器的控制电路，该分压器包括电气上串联的第一和第二个电阻，连接上述分压器以在一端接收一个直流电压;一个运算放大器的同相输入端连到在分压器的第一、第二个电阻之间的连接点，还有一个反相输入端;第三电阻电气上连接在该反相输入端和分压器的第二端之间;一个电容器电气上连接在该连接点和接收误差信号端之间;以及一个驱动电路，它响应於来自运算放大器的输出信号接通开关设备。
当本发明用于直流连接可变速的恒的频率电力系统时，该系统还包括一个逆变器，用以在一条功率母线上产生交流电压，且电压指示信号可以代表在该功率母线上的实际交流输出电压。
本发明包括具有电容器放电电路的电力系统，以及由这些电路实现的使直流滤波电容器放电的方法。本发明的实施可以由具有低稳态功耗的相对简单的控制电路完成。本发明可用於包括直流滤波电容器的各式各样的直流电力系统。
以下附图仅以举例方式表示较佳实施例，参考附图将使本发明更易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例构成的直流电力系统方框图;
图2是根据本发明构成的直流连接可变速恒定频率电力系统方框图;
图3是根据本发明另一个实施例构成的直流电力系统方框图;
图4和5是可用於图1、图2或3电力系统中的电容器放电电路的原理图。
参照附图。图1是一个直流电力系统的方框图，该图包括一个根据本发明构成的直流滤波电容器的放电电路。该系统包括一个发电机10，它在多个输出导体12、14和16上产生交流输出。该交流输出由整流器18整流，以在一对导体20和22上产生直流电压。一个直流滤波电容器24在电气上连接在此二导体之间。
直流传感电路26监测导体20和22上的输出电压，且在线28上产生一个电压指示信号，该信号代表两导体间的直流电压。此信号送到总加点30且与加在端子32上的一个参考信号合并。可选择的交流传感电路34监测发电机的交流输出电压，並在线36上产生第二电压指示信号。总加点30在线38上的输出是一个误差信号，它作为误差放大器和补偿器40的输入，该补偿器在线42上产生一个发电机磁场控制信号，该信号正比於所要求的发电机输出电压和其实际输出电压之间的差值而变化。功率放大器44响应於磁场控制信号，以控制发电机的励磁机磁场电流，从而控制发电机输出电压。电容器放电电路46也响应於磁场控制信号的下降，其方法为：根据发电机实际输出电压增加所造成的控制信号幅值的变化，使一个放电电路的通路跨接在直流滤波电容器两端一个限定的时间，因而使直流滤波电容器放电。在图1的电路中，除了电容器放电电路46以外的所有电路均按已知技术构成。
图2是直流连接可变速恒定频率电力系统方框图，图中包括根据本发明构成的电容器放电电路。这个系统包括一台发电机48，该发电机48由一台原动机（未示出）变速驱动，在线50、52和54上产生交流输出电压。该交流电压由整流器56整流，在直流连接导体58和60上产生直流电压。滤波电容器62连接在二直流连接导体之间。逆变器64将直流连接导体上的电压转变成在线66、68和70上的恒定频率的交流输出电压。靠传感电路72检测该交流输出电压，在线74上产生一个电压指示信号，该信号代表逆变器的实际交流输出电压。这个电压指示信号在总加点76与端子78上施加的参考信号结合起来，在线80上产生一个误差信号，该信号作为至误差放大器和补偿器82的输入。然后在线84上产生一个发电机磁场控制信号，该信号用於功率放大器86以控制发电机48的励磁机磁场电流，从而控制发电机的输出电压。电容器放电电路88响应於由于逆变器交流输出电压增加而产生的磁场控制信号幅值的变化，使放电电路跨接在电容器62两端，因而使电容器放电。
图3是另一个直流电力系统的方框图，该系统包括一个按本发明构成的电容器放电电路。这个系统包括一个可控的电源90，该电源90由功率放大器92和整流器94组成，它在导体96和98上产生直流输出电压。滤波电容器100连接在此两直流导体之间。靠传感电路102检测此二导体上的直流输出电压;且一个代表该输出电压的信号在总加点104上与加到端子106上的一个参考信号结合起来，在线108上产生一个误差信号。这个信号由误差信号放大器和补偿器110放大和调整，在线112上产生一个控制信号。此控制信号控制电源90的输出。电容器放电电路114响应於由于传感电路102感受到的直流输出电压的增加而造成的线112上控制信号幅值的变化，因而使放电电路跨接在电容器100的两端，且使电容器放电。
图4是电容器放电电路的原理图，该电路可用於图1、2或3所描述的系统中。此电路采用光隔离，这特别适用于在控制电路和直流连线之间需要隔离的直流连接的可变速恒定频率系统。图1中线42上或图2中线84上的发电机磁场控制信号加到图4中的端子116上，尽管在正常负荷运行时该信号幅值变化，但磁场控制信号通过图4中分压器的电阻R1提供一个正电流，因而将放大器U1输出保持在高电平。因此，在光隔离器二极管U2中无电流流过，且放电电流维持断开。电容器C1在放大器U1的反相输入端维持正电压。在突然切除负荷而需要降低发电机励磁情况下，磁场控制信号将快速降低到小於电容器C1上的电压。这使得放大器U1的输出转换为低电平，为光隔离器U2提供驱动电流。而后光隔离器U2的输出接通，因而导通晶体管Q1，且使放电电阻R6跨接在直流连接导体58和60的两端，使滤波电容器放电。在本发明的一个实施例中，电阻R6和直流连接电容器的放电时间常数为一毫秒。这就保证了直流连接电容器放电足够快，以保证发电机整流器导通和调节控制环路闭合。当误差放大器从暂态中恢复时，放大器U1返回到高输出状态，且晶体管Q1断开。由电阻R1和R2形成的分压器保证了放电电路维持的时间不会比电容器C1控制的时间长。在所有稳态条件下，放电电路将断开。
串联跨接在直流连接导体两端的电阻R4和齐纳二极管CR1为光隔离器U2和晶体管Q1提供输出功率。二极管CR2固定住任何通过晶体管Q1栅漏电容的反向电流，在光隔离器U2能够钳住栅极前使Q1导通。电阻R5减慢晶体管Q1的切换速度，以控制当Q1关闭时在放电电阻R6两端产生的电压。
图5是电容放电电路另一个实施例的原理图，可用於图1、2或3描述的系统中。由於图5电路采用了许多与图4电路相同的部件，所以这些电路中相同的部件符号表示相同的部件。图5中，在端子118上加参考电压，以在电阻R7和R8之间的连接点120处建立固定的直流偏置电压。电容器C3连接到这个连接点，且进行连接以接收加在端子122上的控制信号。对这种结构，控制电压信号突然降低，超过在连接点120建立的直流偏置电压，则会触发箝位电路，从而使滤波电容器放电。
将图4或5的放电电路附加到图1、2或3的先有技术控制部件上，使得在切除负荷时系统的暂态响应明显地改善。在一个实施例中，具有本发明放电电路的暂态响应约为没有该放电电路时暂态响应的两倍那么快。
很明显，本发明通过使直流滤波电容器放电，改善了电力系统突然切除负荷时的暂态响应特性。尽管以上对本发明的较佳实施例进行了叙述，但很明显，对那些精于此道的人员可做出不脱离本发明范围的各种变更。因此，本发明意在使所附的权利要求包括这些变更。
附图中使用的参考号识别
说明 参考号 图
整流器 18 1
直流传感 26 1
可选择的交流传感 34 1
误差放大器及补偿器 40 1
功率放大器 44 1
电容器放电电路 46 1
整流器 56 2
逆变器 64 2
交流传感 72 2
误差放大器及补偿器 82 2
功率放大器 86 2
电容器放电电路 88 2
功率放大器 92 3
整流器 94 3
直流传感 102 3
误差放大器及补偿器 110 3
电容器放电电路 114 3