炭片调阻器的精度分析

毕业设计（论文）炭片调压器的精度分析学院：航空学院专业：姓名：指导老师：航空机械学号：职称：副教授中国·珠海二○一三年五月北京理工大学珠海学院毕业设计诚信承诺书本人郑重承诺：我所呈交的毕业设计《基于数字图像的直线检测技术研究》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。

承诺人签名：日期：年月日炭片调压器的精度分析摘要炭片调压器是目前航空直流电源系统广泛使用的直流调压器，虽然近年由于晶体管调压器的广泛应用和自身稳定性和准确度不高的缺点，已经逐渐被取代。

但其在通用航空等领域，仍然占据着很大份额，如何提高其精度，改进其性能，对一大批使用炭片调压器的通用飞机有着重要意义。

本论文主要分析影响炭片调压器的因素，从炭片调压器的原理入手，对影响其精度的因素进行分类，如影响准确性和稳定性的因素，针对影响较大的因素进行成因分析，并提出针对每个原因提出改进型方案。

针对温度和稳定性问题，着重介绍了温度补偿电阻，温度补偿线圈，稳定线圈等具体改进措施。

AbstractCarbon film air regulator is widely used in DC power systems DC regulator, although in recent years, the transistor of the regulator wide application and its own stability and accuracy is not high shortcomings have gradually been replaced. But in general aviation and other fields, still occupy a large share, how to improve its accuracy, improve their performance, using a large number of charcoal pieces regulator general aviation aircraft is of great significance.This thesis analyzes the impact of carbon sheet regulator factors, charcoal tablets from the principle of the regulator to start on the factors affecting the accuracy of classification, such as the factors that affect the accuracy and stability, the factors that affect the larger cause analyzed, and the reasons for each proposed modification program. For temperature and stability issues, highlighting the temperature compensation resistance, temperature compensation coil, stabilizing coils and other specific improvement measures.目录摘要……………………………………×ABSTRACT………………………………×1绪论………………………………×1.1研究意义及现状………………………………×2炭片调压器的原理解析……………………………×2.1□□参考文献（小三号宋体）………………………………………×□□附录（小三号宋体）……………………………………………×□□谢辞（小三号宋体）……………………………………………×1 绪论1.1研究的现状及其意义目前,许多小型飞机的主要供电系统是采用直流并激发电机,这种发电机大多数虽工作在恒速状态,但若不加调压器,负载的变化还是足以引起输出电压在较大的范围内变化,这是由于并激式发电机存在一正反馈所引起的,因此在并激式发电机上还要装上调压器，而且调压器是直流发电机大量采用的自动调压装置,其性能对发电机输出电源品质有着决定性的影响。

调压器的种类很多,电磁式炭片调压器在许多飞机上应用,但是由于炭片式电压调节器自身原理，调压精度不高，和易损耗的原因，其工作点的调节还没有一个准确、经济、方便的方法。

炭片式电压调节器曾广泛适用于民用航空的大功率直流发电机等场合,但是由于体积大，笨重，精度和稳定性方面不高，目前很多新型飞机已经逐渐改用晶体管式电压调压器。

但晶体管式电压调压器也有其缺点，在很多飞机上很多仍然使用适用炭片式电压调节器，所以如何进一步提高炭片式电压调节器的精度，提出实用的解决方案，对目前使用炭片式调压器的飞机具有十分重要的现实意义。

2 炭片调压器的原理解析2.1炭片调压器的工作原理炭片调压器由炭柱，电磁铁，衔铁弹簧组合件等组成。

图1 炭片调压器的组成2.1.1基本组成炭柱由几十炭片叠成，一头与衔铁上的炭质头接触，另一头与调整螺钉接触，它作为一个而特殊的可变电阻与发电机的励磁线圈串联。

炭柱电阻主要由弹片之间的接触电阻构成。

当外力增大时，炭片之间的实际接触面积增大，电阻变小；当外力减少时，炭片之间的实际接触面积减少，电阻增大。

外加压力柔和地变动时，炭柱电阻可在较大范围内变化。

弹簧与衔铁固定在一起，作用是产生弹力，压缩炭柱。

电磁线圈跨接在发电机正负两端，感受发电机电压的变化，当发电机电压变化时。

电磁铁铁芯的吸引力发生变化，改变作用在炭柱上的压力，从而改变炭柱电阻的大小。

2.1.2作用在衔铁上的力改变炭柱电阻值的方法是改变驾驭炭柱上的压力。

炭柱上的压力则是外力通过衔铁而作用在炭柱上的，作用在衔铁上的外力变化，衔铁的位置变化，炭柱的被雅俗程度和炭柱阻值就变化。

2.1.2.1机械力一个装配，调试好的调压器，其弹簧助于变形状态，因此，有弹簧力（t F ）的存在。

弹簧力t F 作用在衔铁上，方向由衔铁只想炭柱，使炭柱压紧，其大小与弹簧的形变量有关。

弹簧形变量越大，弹簧力t F 越大，反之，弹簧力越小。

由于弹簧与衔铁是固定在一起的，因此弹簧力的大小可以根据衔铁的位置来判定。

衔铁越靠近铁芯，弹簧变形越厉害，弹簧力越大，反之，则相反。

弹簧力压紧炭柱时，炭柱受压变形，产生一个反作用力。

此力也作用在衔铁上，其方向指向铁芯，叫做炭柱反力，用zh F 表示。

炭柱反力的大小与炭柱的受压程度有关。

当调压器的调整螺钉位置一定时，衔铁离铁芯近，则炭柱压力轻，炭柱形变量笑，炭柱反力zh F 小；繁殖衔铁离铁芯远，则炭柱收的压力大，炭柱形变量大，炭柱反力zh F 也就大。

图2-1 作用在衔铁上的力弹簧力和炭柱反力都是物体机械变形产生的。

为方便分析，把弹簧力t F 和炭柱反力zh F 合起来，其合理成为机械力，用j F 表示。

因为弹簧力和炭柱反力的方向是相反的，并且炭柱反力总是小于、最多等于弹簧力，所以机械力等于弹簧力减去炭柱反力，即zht j F F F -=机械力作用在衔铁上，方向与弹簧力方向相同，压缩炭柱。

在电磁铁线圈未通电时，弹簧力全部加在炭柱上，此时炭柱的反力就等于弹簧力，且两者方向相反。

因此他们的合力即机械力为0。

2.1.2.2电磁力电磁铁线圈产生的磁拉力叫电磁力，用d F 表示。

电磁力作用在衔铁上，方向由由衔铁指向铁芯，其作用是放松炭柱，电压一定时，衔铁离铁芯越近，电磁力越大；反之，衔铁离铁芯越远，电磁力越小。

在衔铁位置一定时，电压越高，电磁力越大；电压越低，电磁力越小。

2.1.3基本工作情形当发电机转速和负载不变时，发电机电压相对稳定于某值（假定为额定值），衔铁停在某一位置上。

此时，电磁力与机械力相等，即：j d F F =两力处于相对平衡状态。

如果发电机转速或者负载变化引起电压升高，测电磁铁线圈两端的电压升高，电磁力增大，电磁力便大于机械力，即j d F F >。

于是衔铁便向铁芯方向移动，炭柱电阻不断增大，励磁电流不断减少，发电机电压便下降。

电压下降，电磁力减少，同时，机械力随衔铁向铁芯方向移动测逐渐增大，当衔铁移动到某一位置时，电磁力与机械力又相等，两力处于新平衡状态，衔铁停在一个新的位置，炭柱电阻不再改变（但大于原来的数值），电压就保持在一定值。

如果炭柱电阻引起的发电机电压下降量，正好抵消发电机转速或者或者负载变化所引起的电压升高量，则调压器就可以保持发电机电压的额定值，这就是调压器的的调压过程。

2.2保持电压恒定的原理电压调节器是通过感受发电机的电压变化，改变作用在衔铁上的电磁力和机械力的力量对比没推动衔铁运动，来完成其调节任务的。

2.2.1电磁力和机械力特性2.2.1.1电磁力特性在电压调节器中，电磁铁拉力的大小和工作线圈的磁势（或安匝数）[IW]的平方成正比，与衔铁和铁芯的之间的气隙S 的平方成反比,即[]22S IW F gd =[]g g g W I IW =——电磁铁工作线圈磁势（安匝）；gI ——通过工作线圈的电流（A ）；g W ——工作线圈的匝数；S ——电磁铁铁芯与衔铁之间的气隙（cm ）；K ——常数，包括空气隙的导磁系数和工作气隙出的此路面积（2cm ）。

当安匝数[]g IW 一定时，气隙S 越小，电磁力d F 随着气隙S 的变化而变化的关系，成为电磁力特性。

在工作线圈电路总电阻和工作线圈匝数一定的情况下，工作线圈的安匝与发电机电压成正比。

每一个电压值对应一个安匝值；电压一定，安匝数就一定。

因此，图中安匝数[]g IW 又可以用对应的发电机电压来表示。

当电压值不同时，电压高的其电磁力特性曲线居上方，电压低的曲线居下方。

图2-2电磁力特性曲线 电磁力变化率用d K 表示，dS dF K t d =。

它表示电磁力随气隙变化而变化的快慢程度。

从图可以看出，每一条曲线的不同点处，斜率的大小不同，电磁力变化率的大小不同，气隙小时，电磁力变化率d K 大；气隙大时，电磁力变化率d K 小。

2.2.1.2机械力特性机械力是弹簧力与炭柱反力的合力，即zh t j F F F -=。

因此，只要知道弹簧力特性和炭柱反力特性，然后两者相减就可以可得出机械力特性。

2.2.1.2.1弹簧力特性d F 12u u >()()12u IW ()()21u IW弹簧力t F 的大小和弹簧的形变程度有关。