模块3 飞机配电系统《无人机电气系统》

《无人机电气系统》✩精品课件合集第X章XXXX模块三

飞机配电系统任务目标：能描述飞机直流电网的工作过程

能理解飞机交流电网的工作过程认识飞机电网的构成概述飞机供电系统由电源系统和输配电系统构成输配电系统：实现电能到用电设备的输送、分配和控制保护。由导线或电缆、配电装置、保护装置及检测仪表等构成飞机直流电网分为：供电网和配电网两部分供电网：从飞机电源、电源汇流条到用电设备汇流条间的部分配电网：从用电设备汇流条到用电设备间的部分飞机电网两种典型的结构直流电网交-直流混合电网以直流为主电源的无人机，供电网络比较简单。发电机的输出经过反流割断器与蓄电池并联，两者电能都能输送到汇流条上。电能从汇流条通过跳开关（过载短路保护作用）、控制开关／继电器（负载通断控制）送到负载。

安装有多台直流发电机的飞机一般采用并联供电，以提高供电质量和供电可靠性。直流电网飞机电网直流电网直流电源系统供电简图飞机电网直流电网

单线制：直流发电机的负线接到机体上优点：电网质量轻、电压损失小、便于连接使用和维护缺点：容易短路、对罗盘和无线电接收机干扰大

双线制：电源的正极与用电设备正极连接，负极与负极连接优点：可靠性高，对飞机仪表和无线电接收机影响小缺点：重量增加飞机电网交、直流混合电网飞机电网交、直流混合电网对于电网容量大的飞机，用电设备多，采用交流电源作为主电源。但根据适航要求，必须同时具有直流电源系统。交流电源系统由主发电机、APU发电机、应急发电机（如HMG）和地面交流电源组成，当交流电源正常供电时，通过变压整流器（TRU）提供直流电源给直流电源分配网络。当飞机上无交流电源时，由飞机电瓶提供直流电源，并通过变流器提供应急交流电源。飞机电网交流电网单相交流电源系统：以一根馈线将电源连接到汇流条，另一根利用飞机机体形成回路（发电机利用率低，使用少）三相交流电源系统三相四线制三相三线制以单相为主而兼有三相飞机电网以机体为中线的三相四线制优点：①电网轻；②可提供两种电压；

③控制、保护设备较简单。缺点：单相用电设备的电压波形失真较大。飞机电网不接中线的三相三线制供电系统优点：

①电网轻②电压波形失真小机上人员安全性高。缺点：①只能提供一种电压

②某一相断路时，会发生“串联”故障飞机电网以单相为主而兼有三相的供电系统优点：节省导线缺点：较少使用飞机电网任务考核1.试述飞机电网的定义。2.试述以机体为中线的三相四线制的优缺点。感谢聆听任务目标：能描述飞机配电方式的类型

能理解不同配电方式的特点飞机的配电方式概述飞机供电系统由电源系统和输配电系统构成。飞机输配电系统又称配电系统或飞机电网。它由导线或电缆、汇流条及配电器件等组成。飞机上用于把电能输送到各种负载的公共点称为汇流条（BUS），汇流条可以是直流汇流条，也可以是交流汇流条。而飞机配电系统就是以多个汇流条为基础，采用导线或电缆等将电能按照预定的路径分配到飞机的各个部位。配电方式集中式分散式混合式1.集中配电方式飞机只有一个电源中心，用跳开关作为保护器件，用开关或接触器控制用电设备的工作，每个用电设备都有专用的供电导线和控制导线，电能从电源中心经过控制开关和保护跳开关向用电设备输送。电源和用电设备的控制和保护都设在电源汇流条的中央配电盘内。配电方式集中式配电1.集中配电方式结构简单设备电压稳定、可靠易于检查和排查故障配电导线重量较大适用于用电量不大的飞机配电方式集中式配电2.分散式配电方式（独立式）除一个电源中心外，还有若干个分中心。配电方式控制设备复杂，但大大减轻了配电导线重量。配电方式分散式配电2.分散式配电方式（独立式）即使发生短路故障也只会对故障电网发生影响，提高了供电的可靠性。每个独立系统的发电容量不够大，在起动大负载时会导致系统电压的显著波动，当一组电源出现故障后，供电通道切换需要一定时间，可能导致供电中断，影响计算机等设备的正常使用。配电方式分散式配电3.混合式配电方式由电源所产生的电能都输送到中央配电装置，除了中心配电装置外，系统还有若干个二次配电装置，它们安装在飞机上的不同部位，各用电设备可分别就近由上述两种配电装置供电。配电方式混合式配电任务考核1.配电方式的类型。2.试述集中配电方式的优点。感谢聆听直流发电机的电压调节任务目标：能描述调压器的功用和类型

能分析直流调压器的工作原理U=CeΦn-IR发电机端电压发电机转速每磁极下磁通结构常数发电机电枢电阻负载电流思考：如果不采取措施，在飞行中发电机的端电压能否保持恒定？为什么？

发电机输出电压发电机端电压表达式：当负载变化或发电机转速改变时，自动调整发电机的励磁电流，使发电机输出电压稳定在规定范围内。常用的调压器：（1）炭片调压器（2）振动式调压器（3）晶体管调压器

输出电压的调节

（1）炭柱—由炭片叠成，炭片之间接触松紧程度，使柱上接触电阻不同，大小受外力控制，被压缩，电阻减小，被拉伸，阻值增大。（2）弹簧—压紧炭柱，使炭柱电阻减小。（3）电磁铁—产生电磁力：拉松炭柱，使炭柱电阻增加。（4）调节电位器或调节螺钉—调整电磁铁的电流，从而调整发电机的额定输出电压。

炭片式调压器的结构发电机转速增加或负载减小→发电机输出电压升高→电磁铁线圈磁场增强→电磁拉力增大→炭柱被拉松→电阻增大→励磁电流减小→电压下降。

炭片式调压器原理电路

炭片式调压器的工作原理发电机转速减小或负载增大→电压下降时→电磁拉力下降→炭柱被压紧→电阻减小→励磁电流增大→电压升高特点：一般用于大功率直流发电机中，体积大、精度低、稳定性差。

炭片式调压器原理电路

炭片式调压器的工作原理（1）电磁铁：电磁线圈并联在发电机输出端，电压越高，电磁吸力越大，拉开触点。（2）弹簧：使触点闭合（3）触点：触点闭合，使电阻短路，励磁电流增大，发电机电压升高。（4）电阻：触点断开时，将电阻串入励磁线圈，使励磁电流减小，发电机电压下降。

振动式调压器的结构当发电机U上升到一定值（>Un），电磁铁吸力>弹簧拉力，触点打开，电阻串入到励磁线圈中，使励磁电流下降，发电机电压下降。当发电机输出电压下降到一定值，弹簧拉力>电磁铁吸力，触点合上，电阻短路，发电机电压上升。

振动式调压器的工作原理优点：结构简单、重量轻缺点：触点频繁开合，易产生磨损和电磁干扰适用性：振动式调压器只能用于小功率直流发电机。发电机If较小，否则调压器的触点可能产生电弧或造成熔焊。

振动式调压器的特点又称为电子式调压器，采用没有机械触点的固态开关，即用大功率晶体管代替机械触点。克服了振动式调压器机械触点频繁通断引起的问题。

晶体管调压器调压原理：晶体管调压器的末级晶体管工作于开关状态，通过改变末级晶体管的导通比来调节发电机励磁电流，从而保持发电机电压基本恒定。

晶体管调压器的工作原理与炭片电压调节器相比，其具有以下优点：（1）体积小、重量轻、寿命长。（2）性能稳定、工作可靠、维护简便。（3）稳态误差小。（4）动态品质高。（5）电压调节范围大。

晶体管调压器的优点任务考核根据本任务知识点的学习，填写下表内容。感谢聆听任务目标：能理解直流电源并联运行的概念

能掌握直流电源并联供电的条件直流电源的并联运行概述直流电源并联运行包括：1.单台发电机与蓄电池并联运行2.两台直流发电机并联运行单台发电机与蓄电池并联运行在装有单台发电机电源系统的飞机上，直流发电机常与蓄电池并联运行。它由发电机、蓄电池、电压调节器、发电机控制与反流保护器、过电压保护器和测量仪表及指示灯等构成。单台发电机与蓄电池并联运行发电机与蓄电池并联运行满足条件：一是发电机的极性必须与电网极性相同。二是发电机电压必须稍微高于电网电压。两台发电机并联运行并联供电时，供电质量高、可靠性好。当负载突变时，对电网造成的扰动小；在并联供电系统中，各发电机互为备用，当其中一台发电机故障时，不会对电网上的用电设备造成影响，可以实现不间断供电。两台直流发电机并联运行两台发电机并联运行并联运行条件：（1）电源极性和电网极性相同。（2）电源电压和电网电压相同。两台发电机并联运行并联供电存在负载均衡的问题，即两台相同的发电机分担的负载是否平均的问题。如果两台直流发电机的输出电流相差过大，一台直流发电机的输出电流超过了它的额定值，严重时甚至可能被烧坏，而另一台发电机的输出电流太小，又未能充分发挥它的供电能力。因此，为使发电机得到充分利用，必须均衡发电机间的负载。任务考核1.两台直流发电机并联运行的条件。2.试述并联运行的优点。

感谢聆听任务目标：能掌握直流发电机负载均衡概念

能描述提高负载均衡性措施直流发电机并联供电提高负载均衡性措施概述装有两台发动机的飞机上，常采用两台同型号的直流发电机并联供电。并联供电存在负载均衡的问题，即两台直流发电机输出电流不相等，负载分配是不均衡的。为了提高负载分配的均衡性，而在调压器中增设均衡元件。由于调压器型式不同，采用的均衡元件也各异。下面介绍两类：（1）炭片调压器均衡电路（2）晶体管调压器均衡电路炭片调压器均衡电路在均衡线圈之间必须装一个开关，便于发电机单独供电时调压器的正常工作。负载均衡电路只能减小负载的不均衡程度，不能完全消除不均衡。炭片调压器均衡电路炭片调压器均衡电路均衡电路作为调压器的一个附加电路，常常和调压器组合在一起。配合炭片调压器，可以在调压器上附加均衡线圈炭片调压器均衡电路炭片调压器均衡电路炭片调压器均衡电路通过发电机负极性端A、B两点的电位高低，就可以反映两台发电机的负载是否均衡。如果负载分配不均衡，设I1>I2，则A、B两点电位不相等，于是就有电流自B点经过Weq2和Weq1流向A点，产生相应磁势。炭片调压器均衡电路炭片调压器均衡电路结果原来输出电流大的发电机输出电流I1减小，原输出电流小的发电机输出电流I2增大,使负载分配趋于均衡。炭片调压器均衡电路炭片调压器均衡电路可见，均衡线圈减小电流差的实质是将与电流差有关的信号反馈到调压器检测电路，借以改变调节点电压，从而提高负载分配均衡性。炭片调压器均衡电路晶体管调压器均衡电路调压器电路中，R24为均衡电阻，均衡电阻的接法如图所示，两个均衡电阻的一端接于发电机负端A、B两点，为了取出电流差信号，发电机负端是通过负极电阻接地的。晶体管调压器均衡电路晶体管调压器均衡电路将敏感到的电流差信号，反馈到调压器检测电路，借以改变检比电路输出偏差信号，使功率管导通比改变，发电机调节点电压改变，从而使电流差减小，达到均衡负载目的。晶体管调压器均衡电路晶体管调压器均衡电路由于多种参数和因素直接或间接地影响着负载分配，所以很难使并联供电发电机负载均衡，但在采取均衡措施后，电流差值常可限制在规定范围内。晶体管调压器均衡电路任务考核试述炭片调压器采用均衡线圈提高负载分配的均衡性的工作原理。

感谢聆听直流发电机的激磁控制与过压保护任务目标：能描述过电压的概念及其危害

能理解过压的基本类型以及保护装置瞬时过电压：持续时间极短，危害较小。持续过电压：由故障引起，持续时间较长，危害大。发电机励磁电路或调压器故障使电源电压超过规定的稳态电压极限值，称为过电压，简称过压。会对用电设备造成严重危害。过电压又分为：直流发电机的激磁控制与过压保护由发电机激磁电路或调压器的故障而造成的过电压，持续时间长，称为持续过电压。持续过压故障危害:容易损坏灯光照明与电子设备过压愈高，造成损坏所需时间愈短直流发电机的激磁控制与过压保护若发电机激磁电流完全失去控制，磁场电阻很小，激磁电流很大，过电压值很高，这种过电压为失调性过电压。若由于调压器调整不当或调压器个别元件有故障，但激磁电流仍能受控过电压数值，过电压数值不高，这种过电压称为超调性过电压。无论是失调性还是超调性过电压，都是供电系统故障状态，它们加于用电设备端长时间会对用电设备造成危害。直流发电机的激磁控制与过压保护若电网上出现瞬时过电压，保护装置不应动作，否则称为误动作；若电网上出现持续过电压时，保护装置应按反延时特性准确动作。否则为拒动作。直流发电机的激磁控制与过压保护保护装置的保护动作应包括：（1）切断或削弱故障发电机的磁场。（2）使故障发电机脱离电网。（3）保护装置自锁等。直流发电机的激磁控制与过压保护过压继电器过压保护电路图

过压继电器过压保护电路图

任务考核1.什么是过电压？2.持续过压故障的危害？

感谢聆听直流供电系统的短路及过载保护任务目标：能描述直流供电系统的短路现象

能理解直流供电系统的过载保护过程由于振动、碰撞使绝缘损坏而引起短路。短路通常有两种情况：（1）金属熔接性短路，短路电阻小、电流大、时间长。（2）间歇性短路，短路点由金属飞溅或振动导致金属导体连续碰撞造成。直流供电系统的短路及过载保护对短路保护的要求：某个电源输出端短路，即不应造成其他电源损坏，也不应损坏短路电源本身；保护装置本身损坏，不应造成电源中断供电。直流供电系统的短路及过载保护短路及过载的保护通常采用熔断器及断路器实现。过电压保护器中过载保护功能，也能对短路故障起到一定保护作用。直流供电系统的短路及过载保护直流供电系统的短路及过载保护两台发电机和蓄电池并联供电构成的简化电路。任务考核1.什么原因可能引起短路。2.短路及过载保护通常采用什么方式可实现。

感谢聆听直流发电机的控制与反流保护任务目标：能描述反流的概念及其危害

能分析反流保护装置的工作过程直流电源供电的控制与保护电源的控制与保护是实现电源系统正常、安全供电的重要设备，用来保证发电机和汇流条可靠接通、断开以及转换，保证故障发电机与电网可靠隔离。直流电源供电的控制与保护直流电源系统的控制主要包括：（1）主电源的控制。（2）应急电源的控制。（3）地面电源的控制。（4）起动发电机的控制。直流电源系统的保护模块主要包括：（1）发电机反流保护。（2）过电压和过励磁保护。（3）过载保护。（4）短路保护。直流发电机的控制与反流保护发电机的控制装置通常是接触器，用以接通或断开发电机输出电路。在供电系统各种设备正常工作的条件下，可以根据需要人为地使控制装置接通或断开；在供电系统有故障时，控制装置又可作为保护装置的执行机构使发电机脱离电网。此时，应使发电机控制装置断开，这就是反流保护装置职能。发电机控制装置GC动作，必需符合规定的逻辑关系。直流发电机的控制与反流保护发电机控制装置GC的动作逻辑直流发电机的控制与反流保护由于发电机或调压器有故障以及其他原因，发电机电压会低于电网电压，电网上其他电源将向该发电机输送电流，称为反流。反流—流入发电机的电流汇流条蓄电池用电设备UUFFF反流示意图汇流条蓄电池用电设备UUFFF反流危害与应对危害：白白消耗蓄电池的电能，过大的反流还会烧坏发电机和蓄电池。自动保护装置直流发电机的控制与反流保护反流割断器原理图电磁式反流保护装置电磁式反流割断器主要由电磁铁和一个触点组成。电磁铁上绕有一个电压线圈和一个电流线圈。电流线圈中流过负载电流，用于检测电流的方向，导线粗而匝数少；电压线圈的作用是检测发电机的输出电压，电压线圈导线细而匝数多。反流割断器原理图电磁式反流保护装置晶体管式反流保护装置现代以低压直流电源为主电源的飞机上常采用在发电机输出端串联二极管的方法来限制反向电流，从而减轻飞机系统质量。串联二极管限制反流供电图任务考核1.画出发电机控制装置GC的动作逻辑关系图。2.试述串联二极管限制反流供电工作原理。

感谢聆听任务目标：能描述交流调压器的功用

能掌握调压器的基本类型以及工作过程交流发电机的电压调节

概述有时，飞机突然加速或减速，负载突然加上或卸掉，都会使交流发电机输出电压发生偏离额定值的现象。偏高，可能会烧毁电气设备。偏低时，可能造成电气设备工作不正常，造成飞行事故。飞机交流发电机电压的自动调节，与直流发电机一样，也是通过电压调节器自动调节发电机的励磁电流来实现的。发电机的输出电压受发动机转速、负载大小和功率因数三个因素影响的。

概述

交流发电机电压调节器类型主要有振动式、磁炭片式、磁放大器式、晶体管式以及带微处理器的智能化数字式调压器等。磁炭片式电压调节器是磁放大器与炭片电压调节器的组合方式，与直流发电机炭片电压调节器一样，交流发电机也可采用炭片电压调节器调压。缺点：炭片柱通过励磁电流，消耗功率大；抗振动与冲击性能差，调压线圈电阻和弹簧力易受温度影响，寿命短且调压精度不高。

磁炭片式电压调节器应用：适用于容量不大的交流发电机上，目前仍用在交、直流电源系统共存的涡轮螺旋桨飞机上。

磁炭片式电压调节器

磁放大器式电压调节器优点：没有接触点和活动部件，抗振动与抗冲击性能较好，寿命长，维护方便，调压精度高，而且能综合几个信号进行控制。

磁放大器式电压调节器优点：没有接触点和活动部件，抗振动与抗冲击性能较好，寿命长，维护方便，调压精度高，而且能综合几个信号进行控制。缺点：重量和体积比较大，同时磁性元件时间常数大，反应较慢。无活动触点，工作可靠体积小，重量轻寿命长，维护方便调压精度高，误差只有±0.5%优点晶体管调压器晶体管调压器工作原理晶体管调压器晶体管调压器调压原理：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。晶体管调压器晶体管调压器原理框图任务考核1.交流调压器的基本作用2.调压器的基本类型感谢聆听晶体管调压器的原理图123任务目标：能描述交流发电机并联运行的特点

能掌握交流电源并联供电的条件交流发电机的并联运行交流电源的并联供电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交流电源的并联供电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。交流电源的并联供电

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；（频率差不超过额定频率的0.5～1%，频差越大同步时间会越长；）4.发电机电压应与电网电压相近；（电压差不超过额定电压的5～10%；）5.发电机电压与电网电压间的相位差应小，以减小投入时的冲击（相位差不超过90

）交流电源的并联供电

交流发电机的并联运行

交流电源的并联供电不满足并联条件时，发电机投入电网将引起很大的电流、电压和功率冲击，以致电网上并联发电机解列，退出并联。

交流发电机并联运行的条件

交流电源的并联供电

电网电压检测电路

检测电网上有无电压当电网上无电压时，即没有其它发电机连接在电网上，发电机可以立即投入电网当电网上有电压时它不会输出合闸信号自动并联检测电路通过敏感发电机与电网之间的差值电压来判断是否满足并联条件当并联条件满足时，就会发出令发电机并网的合闸信号交流电源的并联供电

或门鉴压电路

对电网电压检测电路和自动并联检测电路输出信号进行“或”运算即：电网无电压或符合并联条件时输出合闸信号控制执行电路由大功率晶体管和发电机断路器GB组成，控制发电机是否投入电网交流电源的并联供电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

交流负载的自动均衡

交流电源的并联供电无功负载均衡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基本方法：调节发电机的励磁电流无功电流均衡装置原理交流电源的并联供电有功负载均衡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基本方法：调节恒速传动装置的转速调节器来调整发电机输出有功功率有功电流均衡装置原理

任务考核试述交流发电机并联运行的条件。

感谢聆听任务目标：能理解故障保护中的一般问题

能分析不同故障及其保护的措施交流电源的故障及其保护在飞机交流电源系统工作过程中，可能出现故障的地方很多，有的是恒速传动装置故障，有的是供电系统部件（如发电机、调压器）本身的故障，有的是系统中的线路故障，在并联供电系统中，还可能是均衡分配环路中的线路故障等。故障类型和保护模块故障保护中的一般问题飞机交流电源系统中的故障保护模块有以下几种：过压保护（OV）欠压保护（UV）欠频保护（UF）过频保护（OF）差动保护（DP）过载（过流）保护（OC）开相保护（OpenPhase）欠速保护（UnderSpeed）逆相序保护（NPS）正常供电时保护装置，向负载正常供电故障时，切除故障部位，与正常供电系统隔离，保证重要负载供电保护装置的要求保护装置的要求正确判断故障部位，准确将其与整个电网隔离，并尽量缩小切除部位；尽量不中断对重要用电设备的供电；保护装置的动作要准确而及时，既不应误动作，也不应拒动作。交流发电机电压故障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。交流发电机电压故障产生原因：调压器失效，导致发电机励磁电流过大造成的。条件：根据航空电源的国际标准ISO1540，单相过压值为132V，三相平均电压的过压值为130V。措施：为防止由于干扰而产生误动作，在保护电路中必须加故障延时。

1．过压保护（OV）根据过压值越大危害也越严重的特点，过压保护采用反延时（InverseTimeDelay），即过压值越大，延时时间越短。设置过压保护是为了保护发电机本身及用电设备，过压时应同时断开GCR和GCB，即断开发电机的励磁（灭磁）和发电机输出。过压保护（OV）交流发电机电压故障故障原因：主要由调压器或发电机本身故障造成，但欠速（欠频）或发电机过载时也会造成发电机欠压。当相电压低于98V时，欠压保护电路发出信号，经固定延时7秒后，断开GCB。

欠压保护（UV）交流发电机电压故障

欠频保护（UF）当发电机输出频率低于370Hz时，欠频保护电路发出信号，经固定延时7秒后，断开GCR和GCB。

欠频和欠压故障往往同时发生。如果欠频发生在前，则欠压保护电路输出就会被锁定。如果欠压发生在前，则欠频保护电路输出就会被锁定。交流发电机频率故障过频保护（OF）当发电机输出频率高于430Hz时，过频保护电路发出信号，经固定延时1秒后，断开GCR和GCB。

故障原因：主要由于CSD调速系统故障，造成发电机转速过大造成的。一般恒速恒频电源系统不需要过频保护，因为过速时CSD自动脱开，但有的飞机上也设有过频保护。过频保护电路原理与欠频类似。交流发电机频率故障差动保护差动