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装置可靠动作。
下面重点介绍无刷交流发电机的结构和工作原理。根据励磁方式不同，可分为自励和他励两种方式，
又称为二级式和三级式无刷交流发电机。
1．二级式无刷交流发电机（自励）
二级式无刷交流发电机主要由交流励磁机、主交流发电机和旋转整流器组成。结构示意图如图8-25
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所示。图中，ABC 为三相输出，AF 接调压器。原理电路如图8-26 所示。
交流励磁机的励磁线圈和主交流发电机的三相输出线圈装在定子上。交流励磁机的三相输出线圈、旋
转整流器和主交流发电机的励磁线圈装在转子上。
图8-25 二级无刷交流发电机结构示意图
二级无刷交流发电机的发电原理分析如下。
当发动机带动发电机转子转动后，交流励磁机的转子电枢绕组切割剩磁产生剩磁电压，经旋转整流器
整流后输送到主交流发电机的转子励磁线圈上，从而产生磁场。主交流发电机定子电枢绕组切割磁力线，
也产生一个剩磁电压，剩磁电压大约在15V 左右。该电压通过调压器使交流励磁机的磁场增大，主发电机
的输出电压也随之增加，当电压增加到额定电压时，调压器限制交流励磁机的励磁电流，使主发电机输出
电压保持恒定。由以上分析可知，二级式发电机是靠剩磁起激发电的。在发电机振动、受干扰等情况下，
剩磁会消失，需进行充磁。为保证起激可靠，可以在交流励磁机的磁极中嵌入永久磁铁。
图8-26 二级无刷交流发电机原理电路
另外，当交流发电机输出端短路时，也会导致励磁消失，也就是说没有了强激磁能力。为了克服这个
缺点，可以采用复励或相复励电路。相复励电路既具备强激磁能力，又能补偿不同负载的电枢反应，使发
电机具有较硬的外特性，从而减轻调压器的负担。
相复励电路具有电压相加型、电流相加型和磁势相加型。下面以电压相加型相复励电路为例，说明其
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工作原理。原理电路如图8-27 所示。它由一组电流互感器和一个降压变压器组成，励磁电源除了与发电机
电压有关外，还与发电机输出电流有关。即使发电机输出短路，励磁电源仍可由电流互感器提供，即具有
强激磁能力，使发电机保护装置能可靠动作。
图8-27 二级无刷交流发电机的相复励电路
2．三级无刷交流发电机（他励）
三级式无刷交流发电机增加了永磁式副励磁机，使激磁更加可靠，其余部分与二级式基本相同，如图
8-28 所示。
永磁式副励磁机给调压器和控制保护装置供电，和直升机电网无关，所以直升机电网故障不会影响调
压器和故障保护装置的工作。
图8-28 三级无刷交流发电机原理图
3．调压器
现代直升机的交流电源系统都采用晶体管调压器。晶体管调压器有两种，一种是直放式调压器（调压
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器功率管工作在放大状态），另一种是脉冲调宽式（PWM）调压器（调压器功率管工作在开关状态）。由于直
放式调压器存在功率管功率消耗大的缺点，因此，现代直升机上采用的调压器都是PWM 式晶体管调压器。
PWM 晶体管调压器的原理框图如图8-29 所示。
图8-29 PWM 式调压器的原理框图
检测电路的功用是将发电机的输出电压进行降压和整流，并将整流后的脉动成分进行部分滤波而形成
三角波，输入到调制电路。
调制电路的功用是将检测电路送来的三角波与基准电压进行比较，产生PWM 波。发电机输出电压随PWM
波的脉冲宽度改变而改变。
整形放大电路的功用是将调制电路输出的PWM 波进行整形和放大，以便推动功率放大电路工作。
功率放大电路的功用是推动发电机励磁线圈工作，调节发电机的励磁电流，从而调节发电机的输出电
压。
反馈电路的功用是增加调压器的调压稳定性，减少超调量和调节振荡次数。
8.4.5 交流电源的故障保护
直升机交流电源系统中设置的主要故障保护项目有以下几种：过压保护（OV）、欠压保护（UV）、欠频
保护（UF）、过频保护（OF）、差动保护（DP）、过载（过流）保护（OC）、开相保护（Open Phase）、欠速保
护（Under Speed）和逆相序保护（NPS）等。下面简单介绍这几种保护的特性和电路原理。
1．过压保护（OV）
根据航空电源的国际标准ISO1540，单相过压值为132V，三相平均电压的过压值为130V。产生过压的
原因主要是调压器失效，导致发电机励磁电流过大造成的。为防止由于干扰而产生误动作，在保护电路中
必须加故障延时。根据过压值越大危害也越严重的特点，过压保护采用反延时，即过压值越大，延时时间
越短。设置过压保护是为了保护发电机本身及用电设备，因此，过压时应同时断开发电机励磁继电器GCR
和发电机输出断路器GCB，即断开发电机的励磁（灭磁）和发电机输出。
2．欠压保护（UV）
当相电压低于98V 时，欠压保护电路发出信号，经固定延时7 秒后，断开GCB。欠压故障主要由调压
器或发电机本身故障造成，但欠速（欠频）或发电机过载时也会造成发电机欠压。
3．欠频保护（UF）
当发电机输出频率低于370Hz 时，欠频保护电路发出信号，经固定延时7 秒后，断开GCB。欠频和欠
压故障往往同时发生。如果欠频发生在前，则欠压保护电路输出就会被锁定。如果欠压发生在前，则欠频
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保护电路输出就会被锁定。
4。过频保护（OF）
当发电机输出频率高于430Hz 时，过频保护电路发出信号，经固定延时1 秒后，断开GCB。
5．差动保护（DP）
差动保护范围包括两个方面。一是发电机内部电枢绕组发生相与地、相与相之间的短路。故障产生
的原因通常是因振动而断线搭地或相间绝缘破坏而造成。发生故障后将产生很大的短路电流，以致烧毁发
电机，严重时可能引起火灾。二是发电机输出馈线短路故障。馈线是指发电机输出接头至汇流条的导线，
由于振动等原因，容易造成搭铁（对地短路）或相与相短路故障。为了减小短路故障造成的危害，要求保
护装置尽快切断发电机的激磁电路，并将发电机从电网上切除，即断开GCR 和GCB。
所谓差动保护，是指从发电机输出端流到汇流条的电流与回到发电机电枢绕组的电流不一致。在发生
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