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裝置可靠動作。
下面重點介紹無刷交流發電機的結構和工作原理。根據勵磁方式不同，可分為自勵和他勵兩種方式，
又稱為二級式和三級式無刷交流發電機。
1．二級式無刷交流發電機（自勵）
二級式無刷交流發電機主要由交流勵磁機、主交流發電機和旋轉整流器組成。結構示意圖如圖8-25
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所示。圖中，ABC 為三相輸出，AF 接調壓器。原理電路如圖8-26 所示。
交流勵磁機的勵磁線圈和主交流發電機的三相輸出線圈裝在定子上。交流勵磁機的三相輸出線圈、旋
轉整流器和主交流發電機的勵磁線圈裝在轉子上。
圖8-25 二級無刷交流發電機結構示意圖
二級無刷交流發電機的發電原理分析如下。
當發動機帶動發電機轉子轉動后，交流勵磁機的轉子電樞繞組切割剩磁產生剩磁電壓，經旋轉整流器
整流后輸送到主交流發電機的轉子勵磁線圈上，從而產生磁場。主交流發電機定子電樞繞組切割磁力線，
也產生一個剩磁電壓，剩磁電壓大約在15V 左右。該電壓通過調壓器使交流勵磁機的磁場增大，主發電機
的輸出電壓也隨之增加，當電壓增加到額定電壓時，調壓器限制交流勵磁機的勵磁電流，使主發電機輸出
電壓保持恒定。由以上分析可知，二級式發電機是靠剩磁起激發電的。在發電機振動、受干擾等情況下，
剩磁會消失，需進行充磁。為保證起激可靠，可以在交流勵磁機的磁極中嵌入永久磁鐵。
圖8-26 二級無刷交流發電機原理電路
另外，當交流發電機輸出端短路時，也會導致勵磁消失，也就是說沒有了強激磁能力。為了克服這個
缺點，可以采用復勵或相復勵電路。相復勵電路既具備強激磁能力，又能補償不同負載的電樞反應，使發
電機具有較硬的外特性，從而減輕調壓器的負擔。
相復勵電路具有電壓相加型、電流相加型和磁勢相加型。下面以電壓相加型相復勵電路為例，說明其
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工作原理。原理電路如圖8-27 所示。它由一組電流互感器和一個降壓變壓器組成，勵磁電源除了與發電機
電壓有關外，還與發電機輸出電流有關。即使發電機輸出短路，勵磁電源仍可由電流互感器提供，即具有
強激磁能力，使發電機保護裝置能可靠動作。
圖8-27 二級無刷交流發電機的相復勵電路
2．三級無刷交流發電機（他勵）
三級式無刷交流發電機增加了永磁式副勵磁機，使激磁更加可靠，其余部分與二級式基本相同，如圖
8-28 所示。
永磁式副勵磁機給調壓器和控制保護裝置供電，和直升機電網無關，所以直升機電網故障不會影響調
壓器和故障保護裝置的工作。
圖8-28 三級無刷交流發電機原理圖
3．調壓器
現代直升機的交流電源系統都采用晶體管調壓器。晶體管調壓器有兩種，一種是直放式調壓器（調壓
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器功率管工作在放大狀態），另一種是脈沖調寬式（PWM）調壓器（調壓器功率管工作在開關狀態）。由于直
放式調壓器存在功率管功率消耗大的缺點，因此，現代直升機上采用的調壓器都是PWM 式晶體管調壓器。
PWM 晶體管調壓器的原理框圖如圖8-29 所示。
圖8-29 PWM 式調壓器的原理框圖
檢測電路的功用是將發電機的輸出電壓進行降壓和整流，并將整流后的脈動成分進行部分濾波而形成
三角波，輸入到調制電路。
調制電路的功用是將檢測電路送來的三角波與基準電壓進行比較，產生PWM 波。發電機輸出電壓隨PWM
波的脈沖寬度改變而改變。
整形放大電路的功用是將調制電路輸出的PWM 波進行整形和放大，以便推動功率放大電路工作。
功率放大電路的功用是推動發電機勵磁線圈工作，調節發電機的勵磁電流，從而調節發電機的輸出電
壓。
反饋電路的功用是增加調壓器的調壓穩定性，減少超調量和調節振蕩次數。
8.4.5 交流電源的故障保護
直升機交流電源系統中設置的主要故障保護項目有以下幾種：過壓保護（OV）、欠壓保護（UV）、欠頻
保護（UF）、過頻保護（OF）、差動保護（DP）、過載（過流）保護（OC）、開相保護（Open Phase）、欠速保
護（Under Speed）和逆相序保護（NPS）等。下面簡單介紹這幾種保護的特性和電路原理。
1．過壓保護（OV）
根據航空電源的國際標準ISO1540，單相過壓值為132V，三相平均電壓的過壓值為130V。產生過壓的
原因主要是調壓器失效，導致發電機勵磁電流過大造成的。為防止由于干擾而產生誤動作，在保護電路中
必須加故障延時。根據過壓值越大危害也越嚴重的特點，過壓保護采用反延時，即過壓值越大，延時時間
越短。設置過壓保護是為了保護發電機本身及用電設備，因此，過壓時應同時斷開發電機勵磁繼電器GCR
和發電機輸出斷路器GCB，即斷開發電機的勵磁（滅磁）和發電機輸出。
2．欠壓保護（UV）
當相電壓低于98V 時，欠壓保護電路發出信號，經固定延時7 秒后，斷開GCB。欠壓故障主要由調壓
器或發電機本身故障造成，但欠速（欠頻）或發電機過載時也會造成發電機欠壓。
3．欠頻保護（UF）
當發電機輸出頻率低于370Hz 時，欠頻保護電路發出信號，經固定延時7 秒后，斷開GCB。欠頻和欠
壓故障往往同時發生。如果欠頻發生在前，則欠壓保護電路輸出就會被鎖定。如果欠壓發生在前，則欠頻
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保護電路輸出就會被鎖定。
4。過頻保護（OF）
當發電機輸出頻率高于430Hz 時，過頻保護電路發出信號，經固定延時1 秒后，斷開GCB。
5．差動保護（DP）
差動保護范圍包括兩個方面。一是發電機內部電樞繞組發生相與地、相與相之間的短路。故障產生
的原因通常是因振動而斷線搭地或相間絕緣破壞而造成。發生故障后將產生很大的短路電流，以致燒毀發
電機，嚴重時可能引起火災。二是發電機輸出饋線短路故障。饋線是指發電機輸出接頭至匯流條的導線，
由于振動等原因，容易造成搭鐵（對地短路）或相與相短路故障。為了減小短路故障造成的危害，要求保
護裝置盡快切斷發電機的激磁電路，并將發電機從電網上切除，即斷開GCR 和GCB。
所謂差動保護，是指從發電機輸出端流到匯流條的電流與回到發電機電樞繞組的電流不一致。在發生
　
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