飛機(jī)直流電源系統(tǒng)課件

第三章飛機(jī)直流電源系統(tǒng)3.1概述3.2飛機(jī)直流發(fā)電機(jī)3.3飛機(jī)直流發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)3.4直流電源的并聯(lián)運(yùn)行3.5飛機(jī)直流電源的控制與保護(hù)3.6起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)3.7高壓直流供電系統(tǒng)3.1概述主電源以直流電形式的飛機(jī)電源系統(tǒng)。兩種類型：28V低壓直流電源；270V高壓直流電源。由主電源、輔助電源、應(yīng)急電源和二次電源等構(gòu)成。主電源的發(fā)電裝置通常是航空發(fā)動(dòng)機(jī)直接傳動(dòng)的直流發(fā)電機(jī)；輔助電源多數(shù)采用航空蓄電池，也有采用輔助動(dòng)力裝置帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的方案；應(yīng)急電源大多數(shù)為航空蓄電池，但也有采用應(yīng)急發(fā)電機(jī)的個(gè)例；飛機(jī)直流電源系統(tǒng)中的二次電源，早期大多是旋轉(zhuǎn)變流機(jī)，現(xiàn)在逐步被靜止變流器所替代。3.2飛機(jī)直流發(fā)電機(jī)標(biāo)稱電壓為30V，額定電流有100，200、300、400和600A多種，相應(yīng)的額定容量為3、6，9、12和18kW。表3.2.1飛機(jī)直流發(fā)電機(jī)的重量功率比型號(hào)ZF-9ZF-12ZF-18QF-6QF-12額定功率（kW）91218612重量（kg）2428.641.52331單位功率重量（kg/Kw）2.672.342.233.382.58外特性：電流增加，電樞回路的電阻電壓降上升，使端電壓下降感應(yīng)電勢(shì)正比于每極磁通，電流增加，電樞反應(yīng)的去磁作用會(huì)使每極磁通減少，使感應(yīng)電勢(shì)下降，端電壓進(jìn)一步下降。對(duì)于并勵(lì)發(fā)電機(jī)，勵(lì)磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，端電壓的下降使勵(lì)磁電流成正比的減少，每極磁通降低，感應(yīng)電勢(shì)和端電壓進(jìn)一步降低。外特性有調(diào)壓器的外特性發(fā)電機(jī)負(fù)載電流超過一定值時(shí)，勵(lì)磁電路的外接電阻即調(diào)壓器的等效電阻已達(dá)到最小，負(fù)載再增加勵(lì)磁電流不能再增加，發(fā)電機(jī)的電壓不能繼續(xù)維持在額定值，而按自然外特性變化。有調(diào)壓器的外特性3.2.3飛機(jī)直流發(fā)電機(jī)的種類有刷：換向存在電刷磨損和電刷火花等問題，制約了電機(jī)功率的增大。無刷：簡(jiǎn)化了電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高了電機(jī)的高空性能和可靠性，有電磁式和永磁式兩種。2.電磁式無刷直流發(fā)電機(jī)電磁式無刷直流發(fā)電機(jī)的一種方案是由三級(jí)電磁式無刷交流同步發(fā)電機(jī)和二極管整流橋構(gòu)成。電磁式無刷交流發(fā)電機(jī)由永磁副勵(lì)磁機(jī)、交流勵(lì)磁機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流器和主發(fā)電機(jī)構(gòu)成。交流勵(lì)磁機(jī)的電樞在轉(zhuǎn)子上，產(chǎn)生的三相交流電經(jīng)旋轉(zhuǎn)整流器整流后供給主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組，從而可不采用電刷和滑環(huán)。電磁式無刷直流發(fā)電機(jī)輸出電壓通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組的電流來實(shí)現(xiàn)。主發(fā)電機(jī)的電樞采用六相雙Y繞組，可減小輸出電壓脈動(dòng)和降低電機(jī)損耗。3.2.4飛機(jī)直流發(fā)電機(jī)的冷卻通常采用強(qiáng)迫吹風(fēng)3.3飛機(jī)直流發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)器：改變串接于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路的電阻來改變勵(lì)磁電流維持電壓恒定。振動(dòng)式電壓調(diào)節(jié)器與炭片式電壓調(diào)節(jié)器晶體管式電壓調(diào)節(jié)器

在導(dǎo)通期，電流增長(zhǎng)，勵(lì)磁電流用ij1表示，在末級(jí)管截止期間，電流衰減，勵(lì)磁電流用ij2表示，A和B是積分常數(shù)，由初始條件確定。穩(wěn)態(tài)時(shí)，當(dāng)t＝T，ij2=Ij0令勵(lì)磁電源電壓EC和電機(jī)勵(lì)磁電阻rj不變時(shí)，平均勵(lì)磁電流Ij僅與導(dǎo)通比DC成正比。DC＝0，Ij＝0；DC＝1，＝。

勵(lì)磁電流平均值3.勵(lì)磁電流的脈動(dòng)和脈動(dòng)率勵(lì)磁電流的脈動(dòng)會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出電壓的脈動(dòng)，必須減小脈動(dòng)量。通常用脈動(dòng)率來判斷脈動(dòng)程度，脈動(dòng)率是脈動(dòng)電流峰峰值和電流平均值之比的百分?jǐn)?shù)。勵(lì)磁電流脈動(dòng)峰峰值是t=ton時(shí)的

3.4直流電源的并聯(lián)運(yùn)行直流電源與電網(wǎng)并聯(lián)條件：電源極性和電網(wǎng)相同，電源電壓和電網(wǎng)電壓相同。圖3.4.1兩臺(tái)直流發(fā)電機(jī)并聯(lián)原理圖若調(diào)節(jié)器有調(diào)節(jié)誤差又稱靜差，則調(diào)節(jié)點(diǎn)電壓和調(diào)壓器調(diào)定電壓U01、U02間的關(guān)系為

U1=U01－K1I1

U2=U02－K2I2

為使兩電源承擔(dān)相同負(fù)載，必須：調(diào)定電壓U01＝U02；正接線電阻R+1＝R+2；調(diào)壓器靜差K1=K2。飛機(jī)上直流電源系統(tǒng)中的各發(fā)電機(jī)和調(diào)壓器型號(hào)一般均相同，但即使這樣，兩電源之間也不易精確滿足上述條件，因而各發(fā)電機(jī)負(fù)載不相同。3.4.2自動(dòng)均衡電路負(fù)載均衡分配是提高并聯(lián)電源容量利用率的基本條件，為此必須采用自動(dòng)均衡電路。若下級(jí)電路輸入阻抗為無窮大，則兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)的電源系統(tǒng)，當(dāng)有均衡電路后，兩發(fā)電機(jī)的負(fù)載電流分別為：若線路結(jié)構(gòu)及相關(guān)的調(diào)節(jié)均衡參數(shù)相同，即有R+1＝R+2，K1=K2，γ1=γ2,則兩發(fā)電機(jī)電流差將與負(fù)載電流I無關(guān)，僅與調(diào)節(jié)器調(diào)定電壓有關(guān)，且由此引起的電流差比無均衡電路時(shí)小。3.4.3發(fā)電機(jī)與蓄電池的并聯(lián)運(yùn)行圖3.4.4發(fā)電機(jī)與蓄電池并聯(lián)運(yùn)行

圖3.4.8未充足電的蓄電池(曲線5)不宜與發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行（5）曲線5是未充足電的蓄電池外特性，未充足電的蓄電池在飛機(jī)上不僅不能發(fā)揮應(yīng)急電源的作用，而且在與發(fā)電機(jī)并聯(lián)時(shí)充電電流很大，一方面會(huì)降低蓄電池壽命，另一方面在較小負(fù)載情況下就使發(fā)電機(jī)過載。因此，不允許將未充足電的蓄電池裝到飛機(jī)上使用。3.5飛機(jī)直流電源的控制與保護(hù)低壓直流電源系統(tǒng)的保護(hù)是指發(fā)電機(jī)的反流保護(hù)、過電壓與過勵(lì)磁保護(hù)、反極性保護(hù)、過載保護(hù)和短路保護(hù)等。保證發(fā)電機(jī)與匯流條可靠的接通、斷開或轉(zhuǎn)換；保證故障部分與電網(wǎng)可靠分離。3.5.1飛機(jī)直流發(fā)電機(jī)的控制與反流保護(hù)控制功能：發(fā)電機(jī)接觸器，接通或斷開發(fā)電機(jī)輸出回路。人為或自動(dòng)接通或斷開。反流保護(hù)：發(fā)電機(jī)電壓低于電網(wǎng)電壓，電網(wǎng)上其它電源向發(fā)電機(jī)輸出電流。應(yīng)斷開發(fā)電機(jī)接觸器。接通條件：發(fā)電機(jī)開關(guān)接通、地面電源開關(guān)斷開、發(fā)電機(jī)電壓大于電網(wǎng)電壓0.3~0.7V，發(fā)電機(jī)極性正確相與斷開條件：發(fā)電機(jī)開關(guān)斷開、地面電源開關(guān)接通、發(fā)電機(jī)反流（15~35A），發(fā)電機(jī)反極性相或反流割斷器：CJ400與CJ600核心：DR，差動(dòng)極化繼電器，是接通電壓差值和斷開反流值的檢測(cè)元件。若電網(wǎng)上沒其他電源，電網(wǎng)上需接1W以上的負(fù)載3.5.2飛機(jī)直流發(fā)電機(jī)的過電壓保護(hù)過電壓的產(chǎn)生：勵(lì)磁電路或調(diào)壓器故障。發(fā)電機(jī)減磁或滅磁，發(fā)電機(jī)脫離電網(wǎng)。并聯(lián)系統(tǒng)：過電壓得電機(jī)帶更多的負(fù)載，導(dǎo)致其電壓不一定超出極限范圍，不能通過檢測(cè)調(diào)壓點(diǎn)電壓來判斷發(fā)電機(jī)過壓故障。一般通過檢測(cè)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組電壓來判斷。過壓保護(hù)對(duì)持續(xù)性過電壓按反延時(shí)特性動(dòng)作，對(duì)瞬態(tài)電壓不應(yīng)動(dòng)作。過壓保護(hù)器：BJD-1A3.5.3飛機(jī)直流發(fā)電機(jī)的短路保護(hù)飛機(jī)直流電網(wǎng)可能由于導(dǎo)線絕緣損壞、接線聯(lián)接不當(dāng)、戰(zhàn)斗損傷等原因會(huì)引起短路，短路有兩種情況：①金屬熔接性短路，有短路電阻小、電流大、短路時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，②間歇性短路，短路點(diǎn)由金屬飛濺或由振動(dòng)引起金屬導(dǎo)體斷續(xù)相碰而造成。短路使電源不能正常供電，甚至導(dǎo)致火災(zāi)。目前低壓直流電源的短路保護(hù)主要由反流保護(hù)器和熔斷器來實(shí)現(xiàn)。所用熔斷器常為難熔熔斷器，當(dāng)其通過發(fā)電機(jī)額定工作電流時(shí)，可長(zhǎng)期工作；通過電流超過額定電流較大時(shí)才會(huì)熔斷，且電流越大，熔斷越快。3.6起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)3.6.1航空發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性及其起動(dòng)要求活塞式和燃?xì)鉁u輪式都不能自行起動(dòng)工作，必須靠外力使它們達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后才能自行工作。將發(fā)動(dòng)機(jī)從轉(zhuǎn)速為零帶到能自行工作的轉(zhuǎn)速過程叫做發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到50～60r／min，噴油點(diǎn)火后就能自行工作。這個(gè)轉(zhuǎn)速不高，但因活塞在氣缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦很大，壓縮氣缸內(nèi)的空氣也要相當(dāng)大的力才能運(yùn)動(dòng)，所以需要很大的外力矩才能轉(zhuǎn)動(dòng)這種發(fā)動(dòng)機(jī)。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)常稱噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，由壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪與尾噴管等組成，它沒有滑動(dòng)摩擦，故靜阻力矩不大，但這種發(fā)動(dòng)機(jī)能自行工作的轉(zhuǎn)速較高。通常發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速要達(dá)到最高工作轉(zhuǎn)速的13％左右，由它傳動(dòng)的油泵轉(zhuǎn)速才達(dá)到足以使噴入燃燒室的燃油霧化，發(fā)動(dòng)機(jī)才能點(diǎn)火，使油氣混合氣燃燒。點(diǎn)火后，渦輪由吸收功率轉(zhuǎn)為輸出功率，且它的輸出功率隨轉(zhuǎn)速的升高而加大，可反過來帶動(dòng)壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)。為了防止發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子必須盡快加速，以便壓氣機(jī)進(jìn)入更多的冷空氣來冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)。因此起動(dòng)機(jī)需繼續(xù)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速大約達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)最高工作轉(zhuǎn)速的35％時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)才能自行工作，此轉(zhuǎn)速叫自持轉(zhuǎn)速。僅在此之后，起動(dòng)機(jī)才可停止工作。噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的最高工作轉(zhuǎn)速達(dá)10000—20000r／min，自持轉(zhuǎn)速約為3500～7000r／min，比活塞發(fā)動(dòng)機(jī)高得多。3.8高壓直流供電系統(tǒng)高壓直流供電系統(tǒng)中的電源主要由無刷直流發(fā)電機(jī)和發(fā)電機(jī)控制器組成。無刷直流發(fā)電機(jī)實(shí)際上是無刷交流發(fā)電機(jī)和整流濾波電路的組合，有兩種組合方式：一是無刷交流發(fā)電機(jī)與不可控的整流濾波電路組合，如F—22就采用這種方案；二是無刷交流發(fā)電機(jī)與可控整流濾波電路組合，是新發(fā)展的一種方案。后者的優(yōu)點(diǎn)是同時(shí)具有起動(dòng)和發(fā)電雙重功能，且在發(fā)電時(shí)還可吸收系統(tǒng)回饋的能量。開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)越，可靠性高，具有以下特點(diǎn)：（1）轉(zhuǎn)子極其簡(jiǎn)單，既無永磁磁鋼又無繞組，電機(jī)制造成本低；（2）在很寬的調(diào)速范圍內(nèi)均具有高效率；（3）有高的故障容錯(cuò)能力；（4）具有很強(qiáng)的高溫環(huán)境適應(yīng)能力。高壓直流供電系統(tǒng)的供電系統(tǒng)由270V直流電源系統(tǒng)和固態(tài)配電系統(tǒng)組成。其電源系統(tǒng)又由主電源、輔助電源、二次電源和應(yīng)急電源等組成。普通有觸點(diǎn)的開關(guān)電器均因高空斷弧困難而不能應(yīng)用，在飛機(jī)高壓直流供電系統(tǒng)中只能用沒有觸點(diǎn)的固態(tài)功率控制器或混合式功率控制器。同樣，系統(tǒng)中也不能用有換向器的直流發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)，所以需要發(fā)展無機(jī)械換向器的無刷直流發(fā)電機(jī)和無