飞机供电特性及其技术要求

1、西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统第六章第六章 供电系统特性及其技术要求供电系统特性及其技术要求6.1 概述概述6.2 飞机供电系统特性参数飞机供电系统特性参数6.3 飞机直流供电特性要求飞机直流供电特性要求6.4 飞机交流供电特性要求飞机交流供电特性要求6.5 飞机供电系统的相容性飞机供电系统的相容性西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统6.1 概概 述述 飞机供电系统的性能与质量是保证飞机整体性能的重要因素。飞机供电系统除了功率容量指标需满足机载用电设备的需求外，还应在飞机的各种工作状态下，具有符合规定要求的供电特性，包括供电的稳态性能、瞬态性能、转换性能和系统的相容性

2、。为此，供电系统特性要求不仅要对系统中的发电系统与配电系统提出严格规定，同时对用电设备也有相应的限制。 西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统 飞机供电系统特性是指飞机供电系统(包括电源系统和配电系统)供给机载用电设备输入端处的电能质量，包括电压、频率、波形、相位等电能物理量参数的指标要求。即在正常工作状态时，这些电能物理量参数的稳态、瞬态变化范围和持续时间；以及超出正常工作范围的非正常工作状态时，电能物理量参数的变化范围和持续时间。 为保证供电系统的供电质量，飞机供电系统正常工作状态或非正常工作状态时，其电能物理量参数的变化范围和持续时间都要有适当的规定，即要确定其变化范围和持续时间

3、的极限值，其目的是为保证飞机飞行任务的完成和飞机及其设备与飞行人员的安全。 西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统飞机供电特性标准飞机供电特性标准 飞机供电特性的规定，也就是飞机供电特性标准，它是对飞机供电系统性能指标提出的具体要求，用于供电系统中的电源系统、配电系统与用电设备之间的协调，也是飞机供电系统和用电设备进行系统设计时的依据。飞机供电特性标准所规定的技术指标与系统中电源系统、配电系统和用电设备各自的规范规定，即分系统标准，都应协调配套，以充分保证供电系统中各子系统之间，及其与用电设备之间，能很好地协同工作。西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统6.2 飞机供电系统特性

4、参数飞机供电系统特性参数6.2.1 飞机供电系统特性参数定义 飞机供电系统的特性参数是指系统处于各种运行状态下，能表征系统在用电设备输入端瞬态、稳态供电特性的物理量参数。 例如：例如：交流供电系统处于稳态运行时，由于外界或其内部原因，使其在用电设备输入端上的电压幅值有周期性的或随机性的或两者兼有的变化，工程上称之谓电压调制，航空领域将其1秒钟内电压幅值变化的最大值和最小值之差，定义为电压调制幅度。电压调制幅度表征了交流供电系统稳态运行时，其用电设备输入端供电电压幅值的特性，电压调制幅度就为交流供电系统的一个供电特性参数。 直流特性参数；而交流特性参数。 西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电

5、力系统6.2.2 直流供电系统供电特性参数直流供电系统供电特性参数 直流供电系统表征其供电特性质量的电能物理量参数是直流电压，而在系统各种运行状态和各种情况下，系统用电设备端的直流电压，即使在稳态运行条件下，也不是恒定的直流电压，而会有各种波动与变化。 工程领域，将直流电压的波动与变化，分解成若干物理量参数，作为飞机直流供电系统的供电特性参数。直流稳态供电特性参数有：直流电压、直流电压脉动幅值、直流畸变电压、直流畸变系数和直流畸变频谱共五项；瞬态供电特性参数一项，即直流电压瞬变。西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统6.2.2 直流供电系统

6、供电特性参数直流供电系统供电特性参数 稳态直流电压是指在不超过1秒钟的时间间隔内，在系统用电设备输入端，瞬时直流电压的时间平均值。 直流电压脉动幅值系统稳态工作期间，用电设备输入端直流电压围绕直流稳态电压的变化称直流电压脉动；稳态直流电压和瞬时直流电压最大差值的绝对值，为直流电压脉动幅值。 直流畸变电压系统用电设备输入端直流电压中交流电压分量的方均根值。 直流畸变系数直流畸变电压与直流稳态电压之比。 直流畸变频谱直流电压中交流电压分量波形的频谱曲线，以每一频率分量幅值的量化值表示。 直流电压瞬变系统瞬态过程中，用电设备输入端直流电压瞬时变化的时域曲线。西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力

7、系统6.2.3 交流供电系统供电特性参数交流供电系统供电特性参数交流供电系统表征其供电特性质量的电能物理量参数比直流系统多得多，交流供电系统的基本参数，除电压量值外，还有频率、相位；此外，交流供电往往是多相系统，供电特性参数中还需要有反映相间平衡的某些参数。同时，供电系统的性能质量，不但有稳态工作状态时的特性指标要求；瞬变工作过程中，同样也要有特性指标的要求。线性负载波形整流性负载波形西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统飞机交流供电系统的稳态供电特性参数飞机交流供电系统的稳态供电特性参数 (1) 稳态供电特性电压参数 共8项。后四项，是涉及交流电压波形的参数。 稳态交流电压系统用电设

8、备输入端相线对中线之间的交流电压每一半波之方均根值在不超过1秒钟时间间隔内的平均值。 交流电压峰值交流电压波形中，最大瞬时电压的绝对值，即电压波形的单峰值。 交流电压直流分量交流电压正负半波瞬时电压的平均值。 交流电压调制幅度在系统稳态工作的任何1秒钟时间内，交流电压波形最大单峰值和最小单峰值之间的差值。西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统 交流电压波峰系数在不小于1秒钟的时间内，交流电压半波波形峰值与其方均根值之比的极大值。 交流畸变电压交流电压波形中，除基波电压分量之外的电压分量之方均根值。 交流电压畸变系数交流电压中，其交流畸变电压与基波电压分量的方均根值之比。 交流电压畸变频

9、谱交流电压中，除基波电压分量之外的电压分量之频谱曲线，以每一频率分量幅值的量化值来表示，其中包括谐波和非谐波分量。西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统(2) 稳态供电特性频率参数稳态供电特性频率参数 交流供电系统稳态运行过程中，其频率也是在不断变化的，而反映并表示这种供电频率变化规律与特点的参数，可确定为供电系统稳态供电特性的频率参数。在飞机供电特性标准中，已确定的稳态供电特性频率参数有：稳态频率和频率调制幅度两项。 稳态频率供电系统用电设备输入端，其供电电源频率在不超过1秒钟时间间隔内频率的平均值。 频率调制幅度交流供电系统稳态工作期间电源频率变化，在任意1分钟时间间隔内，所出现的

10、最大频率与最小频率的差值。西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统(3) 稳态供电特性相间平衡参数稳态供电特性相间平衡参数交流供电一般均采用三相供电系统，理想情况则是三相稳态交流电压相等，电压之间的相位正好互差120度，且三相相序要符合规定要求。其中相序靠供电系统中网络的连接结构次序来保证； 供电特性标准，允许其有一定的偏差，规定的偏差极限值，反映了供电特性的质量。稳态供电特性相平衡参数有： 电压不平衡供电系统用电设备输入端，三相稳态交流电压之间差值的最大值。 电压相位差供电系统用电设备输入端，任意两相电压基波分量从负到正方向过零相邻交点之间的电角度之差。西北工业大学自动化学院电气工程系

11、-飞机电力系统2. 飞机交流供电系统的瞬态供电特性参数飞机交流供电系统的瞬态供电特性参数 供电系统由一个稳态工作状态转变到另一个稳态工作状态时，总要经过一个瞬态过程才能达到新的稳定。而瞬态过程中，系统的供电特性也需满足瞬态供电特性的质量要求。为能判定，并表达供电系统瞬态供电特性质量水平，也就需要有能表征系统瞬态供电特性的参数，即瞬态供电特性参数。在飞机供电特性标准中，已确定的瞬态供电特性参数有：瞬态峰值电压、电压瞬态、频率瞬变和电压尖峰四项。西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统2. 飞机交流供电系统的瞬态供电特性参数飞机交流供电系统的瞬态

12、供电特性参数瞬态峰值电压供电系统瞬变过程中，交流电压波形最大峰值(单峰值)的绝对值。 电压瞬态供电系统瞬变过程中，系统用电设备输入端供电电压的瞬态变化。 频率瞬态供电系统瞬变过程中，系统用电设备输入端供电电源频率的瞬态变化。 电压尖峰叠加在交流瞬时电压上的持续时间小于50s的瞬变电压(波形)。西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统6.3 飞机直流供电特性要求飞机直流供电特性要求6.3.1 飞机直流供电系统稳态特性要求飞机直流供电系统稳态特性要求 飞机直流供电系统存在额定电压为28伏和270伏直流两线制或负线接地的两种类型，它们的供电特性参数相同，而具体的特性指标要求不一样。 1. 28

13、伏直流供电系统稳态特性要求 (1) 正常工作状态时的供电特性要求 飞机28伏直流供电系统正常工作状态时，其稳态供电特性参数稳态直流电压、直流电压脉动幅值和直流畸变系数的质量要求如表所示。西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统直流畸变频谱的特性直流畸变频谱的特性直流畸变频谱的特性要求见图,图中频谱曲线限制了直流畸变电压中各频率分量电压方均根值的极限。 西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统(2) 非正常工作状态时的供电特性要求非正常工作状态时的供电特性要求28伏直流供电系统非正常工作时，常常会出现过、欠压现象，供电特性要求规定了系统保护装置动作之前的过、欠压极限值， 西北工业大学

14、自动化学院电气工程系-飞机电力系统(3) 应急工作状态时的供电特性要求 28伏直流供电系统应急工作时，供电电源的容量有限，系统中仅少数配电装置和用电设备工作，保证飞机返航与降落时的飞行与人员安全。此时，直流稳态电压的供电特性要求，比正常工作状态时有所降低，允许的极限范围为18至29伏。 (4) 电起动工作状态时的供电特性要求 28伏直流供电系统电起动工作状态时，由于负载电流很大，供电电源一般采用蓄电池，其直流稳态电压的供电特性要求降得更低，允许的极限范围为12至29伏。西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统 2. 270伏直流供电系统稳态特性要求伏直流供电系统稳态特性要求(1) 正常工

15、作状态时的供电特性要求西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统(2) 非正常工作状态时的供电特性要求非正常工作状态时的供电特性要求270伏直流供电系统非正常工作时，供电特性要求所规定的系统保护动作之前，过、欠压极限值由图所示。西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统6.3.2 飞机直流供电系统瞬态特性要求直流供电系统瞬态工作过程中，其供电特性要求是规定了系统从瞬态开始时刻，在用电设备输入端电压变化的极限，包括对电压变化持续时间的限制和稳态直流电压的极限范围。270伏直流供电系统的瞬态供电特性要求。28伏直流供电系统的瞬态供电特性要求，西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统6

16、.4 飞机交流供电特性要求飞机交流供电特性要求6.4.1 飞机交流供电系统稳态特性要求1. 相序要求 飞机交流供电系统一般都采用Y形连接中线接地的三相四线体制，供电系统和用电设备A、B、C三相的相序都应符合图所示规定。图6.4.1 三相交流供电系统相序关系矢量图 2. 飞机恒频交流供电系统稳态特性要求 (1) 正常工作状态时的供电特性要求西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统供电系统交流电压畸变频谱供电系统交流电压畸变频谱供电系统交流电压畸变频谱的特性要求，则由图规定了交流电压中，除基波电压分量外，其它频率分量的极限值，电压量值以方均根值表示。 西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电

17、力系统 2) 非正常工作状态时的供电特性要求非正常工作状态时的供电特性要求 飞机恒频交流供电系统非正常工作状态时，其稳态供电特性要求比正常工作状态时有所降低，其稳态交流电压的极限范围为100.0V至125.0V；稳态频率的极限范围为380Hz至420Hz。而其它稳态供电特性参数要求同正常工作状态。 非正常工作状态时的供电特性要求还规定了系统过、欠压和过、欠频保护装置动作之前的过、欠压和过、欠频的 极限值。上图为过、欠压保护极限；西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统过、欠频保护极限。过、欠频保护极限。(3) 应急工作状态时的供应急工作状态时的供电特性要求电特性要求 飞机恒频交流供电系统

18、飞机恒频交流供电系统应急工作状态时，其稳态应急工作状态时，其稳态供电特性要求与正常工作供电特性要求与正常工作状态时相同。状态时相同。 西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统3. 飞机变频交流供电系统稳态特性要求飞机变频交流供电系统稳态特性要求(1)变频交流三相供电系统除稳态频率极限范围规定为360Hz至800Hz之外，其余电压、频率、波形和相平衡稳态供电特性参数的规定极限范围同恒频交流供电系统正常工作状态时的供电特性要求 (2) 非正常工作状态时的供电特性要求 变频交流供电系统非正常工作状态时，其稳态交流电压的特性要求随供电系统的供电频率不同而不一样。 系统供电频率在360Hz至420

19、Hz范围内时，其稳态交流电压参数，规定允许的极限变化范围为100.0伏至125.0伏，与恒频交流供电系统非正常工作状态时的特性要求一样。 系统供电频率高于420Hz时，稳态交流电压的极限变化范围规定为频率320Hz至420Hz时的极限值乘以f/420的比值，f是供电系统的频率。可见，当频率高时，规定的稳态交流电压极限范围要大。(3) 应急工作状态时的供电特性要求 飞机变频交流供电系统应急工作状态时，其供电特性要求与正常工作状态时相同。西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统6.4.2 飞机交流供电系统瞬态特性要求飞机交流供电系统瞬态特性要求 1. 飞机恒频交流供电系统瞬态特性要求(1)

20、瞬态峰值电压供电系统瞬态过程中，其交流电压波形的最大峰值(单峰值)绝对值极限为271.8伏。 (2) 电压瞬变供电特性要求规定了系统从瞬变开始直至达到稳态工作状态后，系统用电设备输入端供电电压变化的极限范围，其量值以方均根值表示，图中所示供电特性要求还包括了对电压变化持续时间的限制和稳态交流电压的极限范围。西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统(3) 频率瞬变供电特性要求规定了系统从瞬变开始直至达到稳态工作状态后，系统用电设备输入端供电频率变化的极限范围，具体要求见图6.4.6。图中所示要求包括了对频率变化持续时间的限制和稳态频率的极限范围。(4) 电压尖峰由用电设备的接入与切除而产生

21、，且设备切除更是电压尖峰的主要来源。供电特性规定尖峰电压宽度小于50s,其大小不应超出系统额定交流电压的50%。 西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统2. 飞机变频交流供电系统瞬态特性要求飞机变频交流供电系统瞬态特性要求 (1) 当供电系统的频率在320Hz和420Hz范围内，系统电压瞬变的特性要求同恒频交流供电系统。 (2) 当供电系统的频率高于420Hz，系统电压瞬变的特性要求为对图6.4.5所示的电压瞬变上极限值乘以f/420的比值，为此时电压瞬变的上限值；而下限值不变，f是供电系统频率。西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统6.5 飞机供电系统的相容性飞机供电系统的相

22、容性1. 飞机供电系统的瞬态瞬态:飞机供电系统由于负载的增加或减少，发动机转速的变化等正常扰动和有时由于供电中断或如故障切除等非正常扰动，其供电电压和频率等电能物理量参数会发生瞬时变化，随后又恢复到稳定状态，这个变化过程就称瞬变。飞机供电系统瞬变时的工作状态，则称瞬态。微小瞬变:飞机供电系统处于瞬态工作状态时，若其物理量的瞬时变化，不超出供电特性规定的稳态极限，称之为微小瞬变。如：电压变化范围，28伏直流供电系统不超出22至29伏；270伏直流供电系统不超出250至280伏；115伏交流供电系统不超出108至118伏。又400Hz恒频交流供电系统，其频率的变化范围，不超出393至407Hz。西

23、北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统正常瞬变:瞬态工作时，系统物理量的瞬态变化能保持在供电特性规定的正常瞬变极限之内，称之为正常瞬变。非正常瞬变:瞬态工作时，若系统电能物理量参数的瞬态变化超出了供电特性所规定的正常瞬变极限，则称这种瞬变为飞机供电系统的非正常瞬变。2. 飞机供电系统的稳态 飞机供电系统在任意长的时间间隔里，其电能物理量参数的变化始终能保持在供电特性所规定的稳态极限之内，则称系统处于稳态。系统物理量发生微小瞬变的状态，仍属稳态。 西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统6.5.2 飞机供电系统转换工作状态时的供电特性要求飞机供电系统转换工作状态时的供电特性要求飞机供

24、电系统的转换工作状态:飞机供电系统工作过程中，经常需要其电源之间的转换，如机上电源和外电源之间的转换，机上各主电源之间的转换和机上主电源与其辅助电源之间的转换等等。供电系统中，其供电电源发生转换过程的工作状态就称之谓飞机供电系统的转换工作状态。飞机供电系统的转换工作状态的供电中断与瞬变: 供电系统的转换工作状态，由于从一个供电电源转换到另一个供电电源，转换过程中势必需要诸如继电接触器等功率开关器件的断开和接通，开关动作需要一定时间；尤其在断开后立即接通时，有可能造成极大电流冲击，由于交流电源电压存在有相位差，电流冲击更为严重，所以必需要有使电压衰减的中断等待时间。总之，供电系统转换工作状态期间

25、，避免不了会发生供电的中断和瞬变。转换工作状态的供电中断要求:从供电特性质量要求，转换工作状态时系统供电电压和频率的变化应维持在供电特性要求规定的正常工作极限之内，供电中断的时间越短越好。目前，规定的供电中断时间不应大于50ms。如果采用快速的开关器件，如快速断路继电器，则转换工作时，供电的中断时间可以减少到20ms之内。而有的民航飞机，为了更高的安全可靠性，将转换工作时的供电中断时间延长至200ms。西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统 飞机供电特性是靠其电源系统、配电系统和用电设备之间的相互适应而实现协同工作，即电气系统中各环节之间的相容性来予以实现。电源系统、配电系统和用电设备

26、的各自特性应与供电特性要求相协调。电源系统 1. 电源系统不仅需满足飞机用电设备的功率要求，同时还应考虑配电系统的 电路压降和控制设备的接触压降以及线路安装敷设可能带来的线路干扰等问题。对交、直流电源的具体规定要求有所不同。 西北工业大学自动化学院电气工程系-飞机电力系统(1) 交流电源交流电源 在飞机供电系统设计时，对交流发电系统的要求除功率、额定电压和频率外，还应考虑有足够的过载能力；能承受用电设备接通和断开，特别是交流电动机起动和停机时的冲击能力；能适应非线性负载如变压整流器所造成的波形畸变、低功率因数负载和负载不平衡。电源输出电压应给输配电网留有电压降的裕量，发电机控制装置(GCU)的控制调节能力应能保证正常工作状态时所需求的发电系统特性(包括稳态和瞬态)，以满足飞机供电特性要求；在非正常工作状态时，电源系统的控制保护装置应能在供电特性超出非正常工作极限之前将非正常和故障部分与正常工