飞机电气基础-直流电ppt课件.ppt

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1、航 空 器 电 源(AV-AV)目 录1.1 概述1.2 航空蓄电池1.3 飞机发电机传动与发电1.4 飞机电源系统的并联运行1.5 飞机发电机调压、控制与保护1.6 飞机二次电源与应急电源1.7 飞机地面电源1.1 概 述 一、飞机电源系统的组成 1、主电源指由发动机传动的发电系统 供电对象：机上全部电气负载 2、辅助电源和地面电源 工作场合：辅助电源地面或空中（备用电源） 地面电源地面 辅助电源的种类：航空蓄电池和辅助动力装置传动 的发电机（即APUG）。 3、应急电源飞行中主电源全部失效，给关键设 备供电应急电源种类：应急直流电源航空蓄电池 应急交流电源冲压空气涡轮发电 机、静变流器4、

2、二次电源主电源经过变换形式后得到的电源 种类：ACDC：变压整流器（TRU） DCAC：旋转变流机、静止变流器二、飞机（主）电源系统的主要类型1、低压直流电源系统 主电源：发动机直接传动的直流发电机，调定电压 为28V。低压直流电源系统的特点： 电压低，电流大，因此发电机及馈线重量大； 高空性能差（速度、高度散热、磨损）； 功率变换设备（DCAC）复杂，效率低； 可以兼作起动发电机，减轻机载设备的重量。2、变速变频交流电源（VSVF）结构示意图：发动机变速器发电机特点：由同步发电机的公式f = pn/60 可知，此时交 流电的 频率是变化的适用场合：涡浆飞机3、恒速恒频交流电源（CSCF）结构

3、示意图：发动机恒装发电机特点：有恒装，成本高；恒频。适用场合：喷气式飞机4、变速恒频交流电源（VSCF）结构示意图：发动机发电机变频器特点：无恒装，维护方便；过载能力差。适用场合：各式飞机 三、飞机电网的连接方式1、低压直流电源系统 单线制。直流发电机的负线接到机体上特点：减轻电网重量。2、交流电源系统有两种连接方式： 以机体为中线的三相四线制（图1-2） 优点：有两个电压可供选择；发生故障时，对机 上人员较安全。 无中线的三相三线制（图1-3） 特点：只有一个电压；故障时对机上人员更危险四、供电方式：1、低压直流电源系统都是并联供电：发电机-发电机或发电机-蓄电池并联图1-2 以机体为中线的

4、三相四线制图1-3 无中线的三相三线制四、飞机电源系统的参数1、直流电源电压：285V2、交流电源： 电压：115/200V或120/208V 考虑因素： a、功率及发电和配电系统的重量：U重量 b、馈线允许压降及强度：UI导线细线路 压降；同时导线强度 c、人员安全性：U安全性 频率：400Hz 依据：a、电磁设备的重量： 对变压器/互感器：f重量 对旋转电机：在400Hz左右重量最小。b、对开关设备，400Hz时交流电弧易熄弧。 相数：3相 优点：a、发电机：功率相同时，三相发电机更小；b、电动机：三相电动机性能优于单相电动机；c、可以提供两个电压：相电压和线电压；五、飞机交流电源的优点：

5、 电压高，电流小，发电及输电系统重量减小； 无电刷，无磨损，可采用油冷，高空性能好； 功率变换容易，效率高。1.2 航空蓄电池1.2.1 航空蓄电池的种类、构造和功能 概念：化学能和电能相互转化 1、种类： 酸性蓄电池电解液为硫酸水溶液，如铅酸蓄电 池 碱性蓄电池电解液为氢氧化钾或氢氧化钠水溶 液，如镍镉蓄电池和银锌蓄电池 2、构造：单体蓄电池（如图1-4示） 正、负极板金属栅架，上涂参加化学反应的活 性物质，疏松多孔状。图1-4 蓄电池的构造 隔板绝缘材料，有孔，防止正、负极板短路 电解液硫酸或氢氧化钾水溶液 容器耐腐蚀材料制成参数： 电动势Eb，取决于材料、电解液浓度等，单体 蓄电池的Eb

6、较小； 电压Ub，与放电程度有关 内阻Rb，与材料、极板间距离有关 三者关系：Ub=EbIbRb 容量电瓶充足电后所能放出的最大电量， Q = Iet，Ie额定电流，t放电时间， 单位：安培小时（Ah） 因素： 极板大小及数量，即活性物质的多少 ； 3、功能： 用作辅助电源，起动发动机； 用作应急电源，向关键设备供电1.2.2 蓄电池的工作特性一、蓄电池的放电特性1、铅蓄电池材料：正极板二氧化铅（PbO2） 负极板铅（Pb） 电解液硫酸+水（H2SO4+H2O）放电条件：接通负载化学反应方程式： PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O放电结果： 正负极板生成硫酸铅，内阻增大， 电压

7、下降； 消耗硫酸，生成水，电解液浓度减 小； 2、镍镉蓄电池材料：正极板氢氧化镍（Ni（OH）3） 负极板镉（Cd） 电解液氢氧化钾+水（KOH+H2O）化学反应方程式：2Ni（OH）3 + Cd + 2KOH Cd（OH）2 + 2Ni（OH）2 + 2KOH放电结果： 消耗的氢氧化钾=生成的氢氧化钾， 电解液浓度不变； 水未参加化学反应，高度不变；3、放电曲线及放电特性放电曲线如图1-5示：特性：铅蓄电池电压下降快，且与放电电流有关 镍镉蓄电池电压变化平稳，性能好；二、蓄电池的充电特性充电条件：外接直流电源，极性相同充电方程式： 铅蓄电池：2PbSO4 + 2H2OPb + 2H2SO4

8、+PbO2图1-5 放电特性 镍镉蓄电池： Cd（OH）2 + 2KOH + 2Ni（OH）2 Cd + 2KOH + 2Ni（OH）3结论：充电和放电是逆反应充电方式：两种 恒流充电电瓶充电器充电，调整电压使电流保 持恒定，充电时间长，机上或车间 恒压充电直流发电机充电，充电时间短，适合 起动发电机，但不能充满电。1.2.3 航空蓄电池的故障及其维护1、铅蓄电池的故障 自放电严重。 原因：有杂质，形成微电池；温度高，使正常自放 电加速；极柱间有灰尘、水汽，形成放电通 路。 极板硬化。 原因：充电不足，未彻底还原；液面低，在空气中 被氧化 活性物质脱落。原因：大电流充、放电；温度高；震动。存放

9、方法：充足电后存放性能特点：成本低，体积大，重量重，寿命短2、镍镉蓄电池的故障 内部短路只出现在寿命后期。存放方法：充足电后存放性能特点：放电电压平稳，故障少，寿命长， 成本高3、蓄电池使用注意事项 酸性和碱性蓄电池应互相隔离； 以上两种蓄电池应充足电后存放，电解液 面高于极板； 清洁、通风、防火； 13 航空发电机传动与发电1.3.1 航空发电机传动传动方式有两种：直接传动和通过恒装传动一、直接传动： 与发动机的种类和电源的类型有关 电源种类：直流电源、VSVF交流电源二、通过恒速传动装置（CSD）传动 发动机种类：涡喷发动机 电源种类：CSCF交流电源三、恒装的组成及工作原理 恒装由五大部

10、分组成： 差动游星齿轮系：直接传递发动机的转速，该转 速随发动机转速的变化而变化； 液压泵-液压马达组件：补偿发动机转速的变化； 滑油系统：润滑、散热作用外，是液压泵-马达组 件传递功率的介质。 调速系统：敏感恒装输出轴的转速，自动调整液 压泵可变斜盘的倾角p。 保护系统：当恒装故障时将其与发动机脱开，或使发电机与电网断开。1、差动游星齿轮系(图1-6)恒装输出转速n0与其输入转速ni、液压马达转速nm的关系为： n0 =k1nik2nm结论：恒装的输出转速取决于恒装的输入转速和液压马达的输出转速。图1-6 差动游星齿轮系的传动关系 2、恒速传动装置的三种工作状态 零差动（零补偿）工作方式 制

11、动点转速指恒装的输入轴转速 条件：a、液压马达不转动即nm=0； b、恒装的输出转速为额定值； 这时恒装的输入轴转速niz称为制动点转速，恒装的这种工作状态称为零差动（零补偿）工作方式。 正差动（正补偿）工作方式 工作情况： a、恒装输入轴转速低于制动点转速； b、液压马达输出齿轮顺时针方向转动； c、恒装输出轴转速加快； 负差动（负补偿）工作方式 工作情况： a、恒装输入轴转速高于制动点转速； b、液压马达输出齿轮逆时针方向转动； c、恒装输出齿轮转速下降；3、液压泵-液压马达组件：简单构造：圆柱形缸体、柱塞孔、柱塞、可动 斜盘、固定斜盘、分油盘工作原理：泵的打油量为 Qp=Cpnptgp结

12、论：液压泵的构造一定时，泵的打油量与泵的转速和斜盘倾角有关；可调量：p液压马达： 功能：液压能机械能结论：液压马达的转速nm的大小和方向受液压泵可变斜盘倾角p的控制4、转速调节器（图1-7）功能：敏感恒装输出轴的实际转速，自动调整 液压泵可变斜盘的倾角p。 组成：两大部分：离心配重式调速器和伺服油 缸 输出过速时的调节 恒装状态：任意图1-7 恒装转速调节器分配活门：恒装的输出转速升高, 离心力增大,离心 配重开角增大, 拨杆使分配活门下移。伺服活塞：伺服油缸大腔与回油路相通, 大腔油压 下 降，活塞受定压油和弹簧力的作用 向左移动。液压泵可变斜盘倾角p恒装的状态： 正差动时，斜盘左倾（p 0

13、）， 活塞左移使斜盘 倾角p减小，液压泵的打油量减小，液压马达顺向转速下降， 恒装输出转速降低； 负差动时，斜盘右倾（p 0），活塞左移使斜盘负倾角增大，液压马达打油量增加，液压马达的逆向转速升高，恒装输出转速下降。 输出欠速时的调节恒装状态：任意分配活门：恒装输出转速下降时，离心配重的离心 力减小，开角减小，分配活门上移。伺服活塞：伺服油缸大腔与定压油路接通，大腔内 的油压上升，则伺服活塞右移。 恒装状态液压泵可变斜盘倾角p： 在正差动时，斜盘左倾（p 0），活塞右移使斜盘正倾角增大，液压马达顺向转速升高，恒装输出轴转速上升； 负差动时，斜盘右倾（p 0），活塞右移使斜盘负倾角减小，则液压马

14、达逆向转速下降，同样使恒装输出转速上升。 电调线圈功能： 精调转速或频率； 发电机并联供电时均衡有功负载。作用原理：电磁铁与永磁铁相互作用，排斥时，活 门下移，转速下降；吸引时，活门上 移，转速上升。5、故障保护装置 种类：输出脱开装置、欠速保护、输入轴剪切径、 滑油压力与温度警告系统等。 输入脱开机构（图1-8）脱开原因：过速、滑油压力太低、滑油温度过高。装置构成：套齿离合器、蜗杆、蜗块、电磁铁和复 位手柄 图1-8 输入脱开装置脱开方式：空中人工脱开发动机旋转中脱开复位方式：地面人工复位发动机停车时复位 欠速保护：欠速位置：恒装输入/输出轴动作对象：发电机电路断路器GCB跳开1.3.2 交

15、流发电机及其励磁方式一、无刷交流发电机对励磁系统的要求： 起激可靠； 发电机输出端短路时，有强激能力； 尽量补偿电枢反应，以提高发电机外特性硬度，减轻调压器负担。实现无刷的关键部件：旋转整流器励磁方式:他励式和自励式。1、他励式(图1-10) “无刷”同步发电机组成：旋转磁极式主发电机、旋转电枢式交流励磁机、旋转整流器。简称：三级式无刷交流发电机各级发电机的名称及结构： 第一级：永磁发电机副励磁机，旋转磁极式 第二级：交流励磁机，旋转电枢式 第三级：主发电机，旋转磁极式特点：起激可靠、外特性较硬、有强激能力.图1-10 三级式无刷交流发电机2、自励式（图1-9）励磁机电源：主发电机自身发出的电

16、能简称：二级式存在问题： 起激不可靠：可以通过在激磁机定子磁极中加装 永磁铁的方法解决。 无强激能力：可以采用复激或相复激电路作为激 磁机的激磁电路，既解决了强激问 题，又使发电机有较硬的外特性, 减轻了调压器负担。图1-9 二级式无刷交流发电机3、旋转整流器功能：将交流励磁机的三相电枢电压整流为直 流电，给主发电机励磁。结构：三相半波整流器、三相全波整流器整流电压波形（图1-12、1-13） 三相半波整流器：3f0 脉动直流 三相全波整流器：6f0 脉动直流图1-11 旋转整流器结构图1-12、1-13 旋转整流器波形14 飞机电源系统的并联运行一、概述1、单独供电和并联供电 直流电源：都采

17、用并联供电 交流电源：两种供电形式都有2、并联供电的优点：供电质量高；原因并联后电网容量大；供电可靠性高。原因各台发电机互为备用电源缺点：电源系统的调节、控制与保护设备复杂。3、并联供电的基本问题 并联供电的条件； 投入并联的自动控制； 发电机并联后，如何使各台发电机的负载均衡分配。二、直流电源的并联运行1、直流电源并联的条件（原理电路如图1-14 示）极性正确；发电机电压相等。图1-14 直流发电机并联原理图2、负载均衡分配的条件影响直流电源负载大小的因素有： 发电机的空载电压大小U0 发电机输出端到电网馈线的正线电阻R+ 调压器的静差率k（或称坡率系数，表示调压器精度，图1-15）负载均衡

18、分配的条件为： 发电机的空载电压相等，即：U10=U20 正线电阻相等，即：R+1=R+2 调压器的静差率相等，即：k1=k2图1-15 带调压器的发电机外特性3、负载均衡措施： 因为R+、k不可调，因此只能通过节发电机的 空载电压U0（即励磁电流）均衡负载均衡环节的位置： 与调压器综合在一起，不同的调压器，具体的均衡 方法也不同。 炭片调压器 在调压器工作铁心上附加均衡线圈，并在发电机负 极性端接入检测电阻R，称为负极电阻，如图1-16 示。图1-16 炭片调压器的均衡电路 均衡原理： 负载不均衡时，线圈中有电流，电磁力改变，炭柱电阻变化，U0变化：承担负载多的发电机的U0下降，承担负载少的

19、发电机的U0增大。 晶体管调压器 在调压器的检测端串入电阻R24，同时在发电机的负极性端串入负极电阻R-，电路图如图1-17示。均衡原理：对承担负载多的发电机调压器，检测到的电压值也偏高，调压器使励磁电流减小，则负载也减小；承担负载少的发电机调压器，检测到的电压值偏低，调压器使励磁电流增大，负载也增大。图1-17 晶体管调压器的均衡电路三、交流电源的并联运行1、交流电源并联的条件飞机交流电源的参数有五个： 电压波形、相序、频率、电压值、相位。 电压波形相同要求：均应为良好的正弦波措施：采用同型号的发电机并联，其波形的畸变 系数接近相等，因此波形与理想正弦波接近 相序相同要求：并联电源的相序严格

20、一致相序：a、取决于发电机的转向； b、输出馈线的连接顺序。措施：敷设发电机馈线时，注意各电源之间相序的 对应关系即可。 频率相等一般不相等，能否投入并联要视具体情况 决定：a、由飞机发动机直接刚性传动的发电机电源: VSVF交流电源并联条件：频率完全相等或 PE PG结论：涡桨飞机上的VSVF交流电源不能并联供电b、通过恒装传动的交流发电机电源: CSCF交流电源并联条件：恒装的转速调节器有静差（图1-18）结论：频差较小时可以并联，但并联瞬间有冲击电 流和冲击功率，并联后有功负载不均衡。 电压大小相等情况：由调压器满足结论： U0时可以并联，但压差不能太大；同时并联瞬间有冲击电流和冲击功率

21、，并联后无功负载不均衡；U0高的发电机承担的无功负载大。电压相位相等并联条件：不能太大，一般要求900四、有功及无功负载的自动均衡1、有功及无功功率的概念 交流电源的功率有三种：有功功率：P=UIcos=UIP 含义：实际消耗的功率无功功率：Q=UIsin=UIQ 含义：与电源交换的功率视在功率：S=UI 含义：容量2、调节功率的方法有功功率：调节发电机的转速或频率原理：根据功率守恒原理，P=P，P=M，所以调节转速或频率时，P变化，则发电机输出的有功功率改变。无功功率：调节发电机的励磁电流原理：并联供电时，电网电压基本不变，则改变励磁电流时，发电机输出的无功电流随之改变，以 产生去磁或增磁的

22、电枢反应，以保持气隙合成磁通不变。3、均衡线路工作原理 有功功率的自动均衡：典型均衡电路如图1-20示a、电路组成及特点：相敏整流式，整流电压的大小 与交流电压的大小和相位有关。b、工作原理：纯有功负载不均衡时，输出电压 Uab0 纯无功负载不均衡时，输出电压Uab=0 将Uab加到恒装的电调线圈上，使P大的发电机 的转速减小，使P小的发电机的转速增大，无功 不均衡时不起作用。图1-20 有功均衡线路原理图 无功功率的自动均衡：均衡电路如图1-19示a、电路组成：电流互感器、均衡变压器、检比 电桥b、均衡原理：检测，转化，叠加，调节。 调节原则：使承担无功负载多的发电机的励磁 减小，承担无功负

23、载少的发电机 的励磁增大；有功 不均衡时输出 不变。五、投入并联的自动控制电路功能：检测U、f、，图1-19 无功负载均衡原理图15 航空发电机的调压、控制和保护1.5.1 电压调节器电压变化的原因： 发电机转速、负载电流大小及性质调压器的功能： 自变量（n、I、）变化时，自动调节励磁电 流，以保持发电机电压不变。 发电机输出端短路时，提供强激磁能力； 发电机并联供电时，均衡无功负载。调压器的类型：磁放大器式、炭片式、晶体管式（IC式）一、炭片调压器励磁电路中串入可变电阻1、组成：炭柱电阻、电磁铁及工作线圈、衔铁 及弹簧组件（结构如图1-22示）2、调压原理： 炭柱电阻Rc主要是炭片之间的接触

24、电阻，由其上 所受力的大小控制：炭柱被拉伸时，Rc，Ij， U；炭柱被压缩时，Rc，Ij增大，U。3、炭片调压器特点：精度低、稳定性差、抗振动能力差，功耗大图1-22 炭片调压器原理图二、晶体管调压器励磁电路中串入可控开关1、类型：PWM式脉冲频率固定，脉宽可调 PFM式脉冲宽度固定，频率可调晶体管工作在开关状态的目的：减小管耗2、PWM式晶体管调压器组成及各环节作用 检比环节：检测U，与基准值比较； 调制环节：将连续信号变为脉冲信号，以使功放 管工作在开关状态；整形放大：将梯形波变为矩形波，缩小放大区，以 减小功耗；图1-23 PWM式晶体管调压器方框图 功率放大：进行功率放大。3、调压原理

25、：功率放大电路如图1-24示：电路连接特点：复合管，串联，续流二极管续流二极管作用： 提供放电通路，减小感应电压，保护功放管平均励磁电流：Ijj=E/Rjj =t1/T ，导通比，其 大小在0-1之间变化，通过改变的大小，即可调 节Ijj的平均值，则U可变。 励磁电流的实际波形：脉动的直流（图1-25）图1-24、1-25 功率放大电路及励磁电流波形图1.5.2 飞机电源系统的控制与保护一、飞机电源系统的控制电源系统控制的内容： 发电；输电；配电；控制对象：GCR、GCB、BTB、APB、EPC GCR发电机励磁继电器，控制发电机是否发电 GCB发电机电路断路器，控制发电机是否输出 BTB汇流

26、条连接断路器，决定是否并联或交互供 电 单独供电的控制关系（图1-26）地面检修时由EP供电，此时EPC、BTB闭合 正常飞行时由主电源供电，左、右通道互相隔 离一台发电机失效时交互供电或起动APU.G两台发电机都失效时由应急电源给关键负载供 电图1-26 单独供电系统简化原理图 并联供电的控制关系（图1-27）正常时四台发电机并联供电，所有GCB、BTB 都闭合一台发电机失效时故障发电机与电网隔离，即 GCB断开负载汇流条短路时将故障点与电网隔开，即 GCB、BTB断开同步汇流条短路时所有BTB都断开，转为单独 供电图1-27 并联供电系统简化原理图二、交流电源的故障及保护故障类型：OV/U

27、V（单独供电）， OE/UE（并联 供电），OF/UF，DP，OP，US， PMG故障，旋转整流器短路等；延时方法：三种：立即动作DP 反延时OV、OE、SP 固定延时其余故障动作对象：USGCB 其余故障GCR、GCB或BTB1、OV/UV故障及其保护故障场合：单独供电故障原因：调压器故障、励磁电路故障故障现象： OV三相平均电压或最高相电压超过 额定值，如11Ue； UV三相平均电压或最低相电压低于 额定值，如09Ue；危害：OV损害负载、过速 UV负载不能正常工作OV/UV种类：瞬时OV/UV正常，不动作 持续OV/UV故障，动作延时目的：防止正常OV/UV时误动作延时方法：OV反延时：

28、故障越严重，延时越短 UV固定延时，约8-10秒动作对象：GCRGCB2、OE/UE故障及其保护故障场合：并联供电故障现象： OE并联发电机的励磁电流太大，承担的无功负载 多 UE并联发电机的励磁电流太小，承担的无功负载 少注意：电网电压基本不变故障原因：无功均衡环节或调压器故障动作对象：首先断开BTB，退出并联，如仍有故障，表现为OV/UV，再断开GCR和GCB，即 OE/UE的延时比OV/UV的延时时间短。延时要求：OE反延时 UE固定延时3、发电机电枢绕组及输出馈线短路故障故障部位：主发电机电枢绕组及输出馈线故障原因：绝缘磨损、断线搭地故障现象及危害：短路电流很大，烧坏发电机，引 起火灾

29、；发生严重的过电压。动作时间：立即动作，动作时间小于0.02-0.06s。保护方法：差动保护（DP）电路组成：两组电流互感器LH1、LH2，整流滤波 电路，鉴压电路，图1-28。保护原理：正常时，电路无信号输出 短路时，输出故障信号进行保护保护范围：两组电流互感器之间的部分动作对象：GCR和GCB图1-28 差动保护原理图1.6 二次电源和应急电源1.6.1 变压整流器功能: 将115/200V的三相交流电变换为28V的直流电组成及各部分作用： 变压器将高电压变为合适的低电压 整流器将交流电变为直流电 输入滤波器抑制电磁干扰 输出滤波器滤去脉动成分图1-29 Y/Y连接的变压器及整流波形1、变

30、压器：接法：Y/Y、Y/、Y/Y接法不同：输出电压的相位差不同，则整流电压的脉动频率不同，对滤波器体积有影响：f体积2、整流器：三相全波或六相全波整流器波形：整流电压的脉动频率为f = 6f0 或 f = 12 f03、滤波器：LC滤波器结构：型、型（如图1-30示）图1-30 滤波电路的结构1.6.2 静变流器简介应急直流电源：航空蓄电池应急交流电源：静变流器（主电源为交流电）功能：将电瓶电压逆变为单相交流电图1-31 静变流器的组成方框图1.7 地面电源及其控制 地面电源的种类: 发电机组：由发动机带动三相交流发电机，可移动； 中频电源：由大功率电子元器件构成的交交或交 直交变频器将工频交流电（220V/50Hz ）变为航空交流电（115V/400Hz）。 地面电源作用：维修、货物操作、加油、充电等 地面电源的监控： 由BPCU（EPCU或GPCU）监控EP的质量监控参数：电压、频率、相序