一种新的精密陀螺电源
1引言
高精度陀螺广泛用于航天、航空等领域，它的精度和使用寿命很大程度上取决于陀螺轴承，因此对轴承工作状态的研究是很关键的。一般是使用专用精密电源和功率计，在它稳定工作时测量电源输出功率的变化，以此反映轴承的工作状态。传统的电源采用振荡器产生三相正弦波，通过功率放大后输出。但这种电源功耗很大，散热困难，由此引起的元件参数变化使输出精度、稳定性很难保证。而且电源体积较大，和功率计分体，使用起来很不方便。
美国从20世纪60年代起,研制了一种陀螺电源,内附精密差分毫瓦计。利用它可以精确测出高速旋转中陀螺性能的各种细微变化,从而确定轴承的性能是否满足要求。但是该电源售价高达16490美元，约合人民币14万元。
根据有关部门提出的技术参数，我们采用SPWM、双单片机和开关电源等多种技术研制了内附毫瓦计的精密陀螺电源。
2技术指标
本电源技术指标是按现使用的部分航天陀螺电机的特性确定的，详细资料见表1。
表1陀螺电机特性
型号 | 额定电压V | 额定电流A | 额定转速（频率）rpm(Hz) | 起动电流A |
|---|---|---|---|---|
A | 20 | 0.1～0.2 | 10000(166.7) | 0.3～0.5 |
B | 26 | 0.11～0.13 | 1200(200) | 0.15～0.18 |
C | 32 | 0.1～0.2 | 15000(500)4极 | 0.3 |
D | 32 | 0.13～0.15 | 24000（400） | 0.18～0.2 |
E | 40 | 0.4 | 24000（400） | 2 |
F | 40 | 0.13～0.15 | 30000（500） | 0.18～0.2 |
G | 40 | 0.2～0.3 | 30000（500） | 2 |
为了精确测出由于陀螺电机内部状态变化而导致的电源输出功率变化,必须保证陀螺电机供电电源的高度稳定性。由表1可见,电机的正常功率约为2～16W,而要求测出的功率变化量在50mW以下,分辨率暂定为1mW,因此其相对功率变化量应达到3‰～25‰。
据此确定本电源基本技术指标如下:
?输出功率不超过20W
?输出功率分辨率1mW
?输出功率精度10mW
?输出电压12～40V三相交流，有效值
?输出电压稳定度5×10－4
?输出电压精度±2％可校准到±0.1％
?输出波形正弦波（包络）
?输出电流1A短时2A
?输出频率167，200，250，400，500Hz
?输出频率稳定度1×10－5/d
3系统结构
系统采用SPWM技术产生三相输出，使功率器件工作在开关状态，故只有极低的功率耗散。既使整机功耗降低，机箱温度变化减小，又使器件因温度变化带来的误差变小，有利于提高整机的精度和稳定性。同时，SPWM波形的谐波含量较小，电机电流波形接近正弦，陀螺电机的谐波损耗也小。
系统由开关稳压器、直流稳压器、三相逆变器、波形发生以及测量控制等几部分构成，结构如图1所示。
因为需要实时地产生三相SPWM波形，同时又
图1系统结构图
进行实时测量，所以使用一个单片机是很难实现的。本系统用了两片8031来完成上述功能的。
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