飞机交流供电系统课件

1、第三章飞机交流供电系统3-1 飞机交流供电系统概述1大中型民航客机采用交流电源系统的主要因素电源容量增加，需要提高电源电压以减轻系统重量工作环境限制随着飞机飞行高度的增加，直流电机炭刷和整流子的磨损变得越来越严重用电量增加，电机发热增加，需要效率更高的冷却方式电压和功率变换的要求2交流电源系统具有如下优点交流发电机没有换向器，特别是无刷交流发电机没有电刷和滑环，同时采用喷油冷却，工作可靠性大大提高；电源电压高，使得交流发电机的电网和设备重量减轻；交流电能易于变换，即易于变压和整流3飞机交流电源系统的主要形式4变速变频交流电源系统5变频交流电优点变频交流发电系统简单体积重量小电能转换效率高6恒速

2、恒频交流电源系统7恒速恒频交流电源系统恒频交流电对飞机上的各类负载都适用，而且由于电源频率恒定，用电设备和配电系统的重量比变频系统轻，配电也比较简单；恒频交流发电机可单台运行，也可以并联运行，而且电气性能好，供电质量高8变速恒频交流电源系统交-直-交交-交9变速恒频交流电源系统电气性能好。VSCF电源输出频率恒定，精度高，无频率瞬变现象。系统损耗小而效率高使用维护性好可靠性高、使用寿命长10电网连接形式以机体为中线的三相四线制 （现代飞机普遍采用）不接中线的三相三线制以单相为主而兼有三相的供电系统11以机体为中线的三相四线制12优点：电网轻； 可提供两种电压； 控制、保护设备较简单。缺点：单相

3、用电设备的电压波形失真较大 以机体为中线的三相四线制13不接中线的三相三线制供电系统14优点： 电网轻 电压波形失真小。缺点：只能提供一种电压； 某一相断路时，会发生“串联”故障。不接中线的三相三线制供电系统15以单相为主而兼有三相的供电系统优点：节省导线缺点：较多 16交流供电质量的指标电压频率17飞机交流供电系统的指标空载到额定负载1151.0V100%到125%额定负载1151.5V125%到150%额定负载1152.0V非正常稳态电压极限115+15/-10V对称负载时三相电压不平衡 0.6V,相移0.6不对称负载时三相电压不平衡 3V、相移1.5波峰系数1.410.08单次谐波分量0

4、.03直流电压分量100mV电压调制1.5V频率4004Hz18主要技术性能 额定电压： 交流电网：115/200V 发电机： 120/208V 额定容量：交流发电机三相总视在功率 单位：千伏安（KVA） 功率因数：额定负载时的功率因数 一般为：cos=0.75（感性）频率：一般为400HZ 转速：恒速恒频常见转速为6000、8000、12000、24000转/分（r/min） 193-2飞机无刷交流发电机20交流发电机21飞机无刷交流发电机同步发电机 转子转速n与定子绕组中电流所产生的旋转磁场的转速n1相等，且转向相同，这样的发电机称为同步发电机。 即：n = n1 = 60f1 / p 2

5、2 有刷交流发电机存在电刷和滑环，可靠性低，使用条件受到了很大限制，自50年代发明的旋转整流器式无刷交流发电机对交流电源系统的供电性能有很大提升。 23旋转整流器式无刷交流发电机的结构形式两级式三级式 24三级式无刷交流发电机旋转整流器25三级式无刷交流发电机26三级式无刷交流发电机B747、757、767、MD-82、A320等飞机均采用三级式无刷交流发电机。27二级式无刷交流发电机28二级式无刷交流发电机29两级式无刷交流发电机B707、737等飞机采用两级式无刷交流发电机。303-3恒速恒频交流电源31一、概述恒速恒频简称CSCF (Constant Speed Constant Fre

6、quency)核心装置：恒速传动装置 CSD (Constant Speed Drive)32功用和分类功用：用来保持交流发电机转速基本恒定 分类：液压式、机械式、液压机械式、电磁式、电磁机械式 33恒装的安装位置34恒速传动装置的四个发展阶段35恒速传动装置发展36二、液压机械式恒速传动装置的主要组成传动系统滑油系统调速系统保护系统37液压机械式恒速传动装置38液压机械式恒速传动装置39液压机械式恒速传动装置转速合成40传动系统组成液压泵-液压马达差动齿轮41滑油系统作用对齿轮系统起润滑作用对齿轮系统起散热作用作为液压泵与液压马达组件传递功率的介质42调速系统组成离心调速器伺服油缸43保护系

7、统作用在恒速传动装置出现故障时，可以将发电机与恒速传动装置脱开，以保护整套机构不被损坏。44三、液压机械式恒速传动装置的简要工作原理45制动点转速定义：为保持发电机转速在额定值所需要的恒装输入轴转速46恒速传动装置的工作状态零差动工作状态正差动工作状态负差动工作状态47液压机械式恒装三种工作状态2. 正差动工作状态；恒装输入轴转速低于制动点转速时的工作状态 要点：液压马达起加速作用 3. 负差动工作状态：恒装输入轴转速高于制动点转速时的工作状态 要点：液压马达起减速作用 1. 零差动工作状态；恒装输入轴转速等于制动点转速时的工作状态 要点：液压马达不转动 48恒速传动装置的工作状态49四、液压

8、机械式恒速传动装置的故障及保护50恒装监控装置 51手动脱开机构52五、组合传动发电机533-4 变速恒频交流电源54变速恒频电源系统简称VSCF (Variable Speed Constant Frequency)电子变换器 115/200V400Hz三相交流电55VSCF电源的构成方框56VSCF电源变换器有两种类型交交型交直交型57VSCF优点（与CSCF比较）电能质量高，无频率瞬变现象；能量转换效率高，比CSCF高了近10%；旋转部件少，可靠性高；电源系统结构灵活，除发电机必须安装在发电机附件机匣内，其它部件安装位置可以按需放置；能够实现无刷起动发电；生产和使用维护方便，有利于减少飞

9、机全寿命期费用58变速恒频交流电源系统59MD90飞机变速恒频发电系统变频交流发电机电子变换器组件(CEU)变换器输出变压器组件(COTU)60/75kVA1200024000rpm800/1600Hz60MD90飞机变速恒频发电系统613-5 交流发电机电压调节62电压调节器应具备的功能 调节发电机励磁电流，使发电机调节点电压保持在规定范围内；电网短路时实现发电机的强励，使发电机能输出足够大的短路电流，保证电路保护器快速跳闸；实现发电机最大输出电流的限制 63交流发电机电压调节器的种类炭片式磁放大器式晶体管式 集成电路式64晶体管调压器的优点工作可靠性能稳定稳态误差小动态品质高电压调节范围大

10、体积小重量轻 65功率管与发电机励磁绕组的连接图 66励磁电流的开关控制67励磁电流的开关控制68励磁线圈平均电压69晶体管的导通比(占空比 )定义：功率管在一个周期里的相对导通时间（导通时间与周期的比值） 70励磁线圈平均电压和平均电流励磁线圈平均电压励磁线圈平均电流71调压原理：在功率管的控制下，励磁电流的平均值和功率管的导通比成正比。改变功率管的导通比，即可改变励磁电流，从而调节发电机电压。72脉冲电压调节励磁电流方法 脉冲调频式 脉冲调宽式 保持脉冲宽度不变，仅调节脉冲的频率 脉冲频率保持不变，仅调节脉冲的宽度 73晶体管的导通比(占空比 )74晶体管调压器脉冲调节形式 75晶体管调压

11、器原理方块图 检测发电机电压与基准电压的偏差 76晶体管调压器原理方块图 将电压偏差信号转变为相应宽度的脉冲 77晶体管调压器原理方块图 将调制电路的输出波形整形放大为前后沿较陡的矩形波 78晶体管调压器原理方块图 功率放大后控制励磁电流79 当发电机输出电压相对于基准电压变化时，调压器改变功率晶体管的导通比就可以调节励磁机的励磁电流，以补偿发电机电压的变化量，从而保持发电机电压基本恒定。803-6交流发电机的并联运行81交流发电机不并联运行的优点恒速传动装置之间不需要设置功率自动均衡装置，降低了系统的复杂性；电气系统中某一部分的扰动仅影响到与该台发电机有关的那一部分系统；由于不需要考虑发电机

12、负载均衡的问题，可以充分利用单台发电机的全部容量调节、控制与保护设备简单，有利于提高系统的可靠性 82交流发电机并联运行的优点电压负载在供电的各发电机之间均匀分配多发电机系统中，一台发电机发生故障不会导致主系统停止供电；在某些使用条件下，安装容量在给定的时间-电压干扰特性下，能满足更大的起动电流和尖峰负载的要求，同时能更有效地利用发电机的安装容量；并联系统可以使反延时的过流保护装置动作更迅速 83交流发电机并联运行的条件发电机的电压波形应与电网电压波形一致，为正弦波；发电机的相序应与电网电压的相序一致；发电机的频率应与电网频率相近（频差越大同步时间会越长）；发电机电压应与电网电压相近；发电机电

13、压与电网电压间的相位差应小，以减小投入时的冲击 84交流负载的自动均衡 85交流负载的自动均衡 保证并联运行的各发电机间负载相等 即：各台发电机输出的有功功率和无功功率相等 86无功负载均衡(reactive load sharing)保持并联交流电源系统中各发电机的无功负载电流彼此平衡 87无功负载均衡1、正确取出信号；2、正确调整励磁； 3、正确动作。基本方法：调节发电机的励磁电流基本要求：88无功电流均衡装置原理 89有功负载均衡(real load sharing) 保持并联交流电源系统中各发电机的有功负载电流彼此平衡 90有功负载均衡1、正确取出信号；2、正确调节转速/频率； 3、正

14、确动作。基本方法：调节恒速传动装置的输出转速/电源频率基本要求：91有功电流均衡装置原理 923-7飞机交流电源的控制关系 93控制与保护装置主要控制对象 发电机励磁控制继电器 (GCR) GCR：Generator Control Relay发电机断路器 (GB)(又称为发电机接触器GC或发电机控制断路器GCB) GB：Generator Breaker GC： Generator Contactor GCB： Generator Control Breaker汇流条连接断路器(又称并联断电器) (BTB) BTB：Bus Tie Breaker外电源接触器 (EPC) EPC：Extern

15、al Power Contactor94一、概述1.发电机励磁控制继电器 (GCR)： Generator Control Relay 控制发电机励磁电路的接通与断开，即决定发电机是否能够励磁发电；2.发电机断路器 (GB)(又称为发电机接触器GC或发电机控制断路器GCB)：Generator Breaker/ Generator Control Breaker 控制发电机能否投入电网并向各自的发电机汇流条供电，即决定发电机是否输出；953.汇流条连接断路器(又称并联断电器) (BTB)： Bus Tie Breaker 它可将各发电机汇流条与同步汇流条或连接汇流条接通与断开，即决定发电机是否

16、并联供电或发电机汇流条之间是否交互供电；4.外电源接触器 (EPC)： External Power Contactor 飞机停在地面，接上外电源时，它决定外电源是否向机上电网供电。96控制保护装置的作用:人工或自动地接通、断开或转换上述开关装置。控制:主要是根据供电方式的需要及一定的逻辑关系，控制上述那些发电机和电网的开关元件，以完成发电机和电网主要汇流条的接通、断开或转换工作。保护:一般是在发电机或电网局部出现故障时，有选择性地自动断开某些开关装置，使故障部分与正常供电系统隔离，防止故障扩大，保证系统正常供电。97飞机电源系统的控制保护器继电器型磁放大器型晶体管型 98二、单独供电的控制关

17、系 991. 地面外电源供电 1002. APU发电机供电 1013. 主发电机供电 1024. 故障状态(正常) 103单独供电的控制特点对每一汇流条而言，任一时刻只能有一种电源供电，后者供电时前者自动断开 不是连续供电，其供电可靠性较差（与并联供电相比） 控制保护比较简单 104三、关联供电的控制关系 105关联供电的控制关系-并联 106故障状态 1107故障状态 2108单独供电与并联供电的混合状态 109并联供电的控制特点 通过同步汇流条实现并联供电 连续供电，供电可靠性高 控制保护复杂 110（复习）控制与保护装置主要控制对象 发电机励磁控制继电器 (GCR) GCR：Genera

18、tor Control Relay发电机断路器 (GB)(又称为发电机接触器GC或发电机控制断路器GCB) GB：Generator Breaker GC： Generator Contactor GCB： Generator Control Breaker汇流条连接断路器(又称并联断电器) (BTB) BTB：Bus Tie Breaker外电源接触器 (EPC) EPC：External Power Contactor111四、主要控制的逻辑关系 112（一）GCR的控制逻辑 113（二）GB的控制逻辑 114（三）BTB的控制逻辑 115EPC的控制逻辑 1163-8 飞机交流发电机的故

19、障及其保护117CSCF电源故障保护发电机相断路故障发电机电压故障发电机频率故障发电机欠速故障旋转整流器短路故障副励磁机短路故障馈电线短路故障 118发电机相断路故障定义：发电机的某一相负载电流远小于其它两相电流 保护指标：当检测到负载最小相电流还不足其它两相中负载较轻相电流的15%时，应在4秒内断开GCR延时方式：固定延时方式 119发电机电压故障 过压故障 欠压故障 电压不稳定故障120电压故障原因发电机励磁电路不正常，如旋转整流器短路或开路、励磁机电枢绕组短路等由调压器故障导致当发电机输出电压幅值波动时，很可能是由于调压器或CSD中的调速器的工作不稳定造成的 121过压故障危害容易损坏灯

20、光照明与电子设备 过压愈高，造成损坏所需时间愈短 122过压保护指标及要求 电源系统中大功率感性负载断开，或短路故障切除时，系统电压也会出现大幅度波动，这是允许的，保护装置不应该动作 当发电机最高相电压超过129.5V时，断开GCR，发电机不能发电 保护电路采用反延时方式 123欠压保护指标及要求 当发电机三相电压平均值为103106V时，要求在810秒内将发电机的GCR断开保护电路采用固定延时欠压故障的保护装置功能往往被欠速和欠频故障保护装置的保护功能所覆盖 124电压不稳定保护指标及要求当发电机输出电压的幅值波动，且波动幅值超过了额定电压的7%，频率的波动值超过了9Hz时，要求断开GCR采

21、用反延时方式 125发电机频率故障 定义：发电机输出电压的频率超过规定值一定时间 原因：多是由恒速传动装置(包括调速器)以及飞机发动机的不正常工作引起的 126发电机频率故障分类过频欠频127过频保护指标及要求 当发电机的输出频率为425430Hz时，要求在1秒内断开发电机的GCR采用固定延时方式 128欠频保护指标及要求 当发电机的输出频率为370375Hz时，要求在1秒内断开发电机的GCR。当发电机的输出频率为345355Hz时，要求在0.14秒内断开发电机的GCR。同时，封锁欠压保护电路。欠频保护电路采用固定延时 129发电机欠速故障欠速故障一般由组合电源中的CSD或发动机故障引起发动机起动和停转过程中，发电机转速出现偏低则是正常现象。当IDG的输入转速低于额定转速的55%时，应0.1秒内迅速断开GCB