《直升机电气系统》课件-05 直升机电气系统 -交流电源系统

直升机电气系统05交流电源系统交流发电机概述1无刷交流发电机2起动交流发电机3课程小结4目录PART01交流发电机概述飞机电源系统的容量早期的中小型飞机的机载电源是以直流为主的。中型涡轮螺旋桨飞机上，出现了交、直流发电机共有的情况。大型飞机以交流电源为主。交流发电机概述思考：为什么要用交流电源作为主电源呢？1、电源容量的增加，要求提高电压以减轻重量。2、飞机电源工作环境条件的变化，迫使采用交流电源。3、电压和功率变换的要求。科学技术是第一生产力飞机制造是综合国力的体现，强国强航空，吾辈当自强。发展是硬道理交流发电机概述交流电源系统优点发电机没有换向问题，减少了噪音、电磁干扰和维护工作量。电压变换容易，适用于不同电压等级的用电设备。交流电经变压整流器很容易变成低压直流电，且转换效率高。发电机输出功率大，最大可超过150kVA。输出电压高，使配电导线重量下降。交流发电机概述交流电源系统缺点并联供电比较困难；恒频电源系统需要恒速传动装置或变频设备或恒速发动机；交流电机启动力矩比直流电机小；交流电不能像直流电一样用电瓶储存起来。交流发电机概述交流电机可以分为同步电机和异步电机两大类。同步电机转子转速与旋转磁场的转速相同，称为同步转速，转子转速与所接交流电的频率及电机的磁极对数之间有严格的关系。因此，对于交流电机而言，其调速要通过改变频率的方式来实现。异步电动机又称感应电动机，是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。交流发电机概述同步发电机由定子、转子及壳体端盖等部分组成。电枢主要由电枢铁心和电枢绕组组成。磁极则是由磁极铁心和励磁绕组组成。同步电机可分为旋转磁极式和旋转电枢式两类。旋转磁极式又分为凸极式和隐极式。交流发电机概述隐极旋转磁极式电机承受离心能力较强，主要在大型和高速的汽轮发电机中应用。凸极旋转磁极式电机，它有着明显的磁极外形，励磁绕组通直流电后，相邻磁极交替出现N极和S极，在电力工业中的小容量发电机及大容量低转速发电机(如水轮发电机)中也被广泛采用。航空同步发电机的磁极几乎都是凸极结构，交流发电机概述交流发电机每相电枢绕组产生的感应电动势Ea，的有效值为Ea=4.44fnΦ式中：f-感应电动势的频率；n-每相绕组匝数；Φ-每极磁通。交流发电机发出的感应电动势的频率f与转子转速n和磁极对数P之间有固定的关系n=60f/p。交流电的频率与转子转速同步变化，因此这种交流发电机又称为同步发电机。交流发电机概述交流发电机基本要求发电机要起励可靠即发电机的输出电压要能随转速的升高迅速建立起来。强励磁能力电网中有大负载起动或当发电机电枢绕组短路时，发电机的励磁能迅速增大，以确保可靠供电或短路保护装置可靠动作，这种能力称为强行励磁能力，简称强励磁能力。交流发电机概述PART02无刷交流发电机在直升机交流电源中，普遍采用同步发电机。按励磁系统结构是否带有电刷，可分为有刷交流发电机和无刷交流发电机两大类。有刷交流发电机存在输出功率小、可靠性差、维护工作量大的缺点，目前直升机上大多采用无刷交流发电机。

无刷交流发电机的结构形式：三级式和二级式。无刷交流发电机二级式无刷交流同步发电机主要由交流励磁机、主交流发电机和旋转整流器组成，这种发电机的外壳里同轴安装着两台交流发电机。无刷交流发电机无刷交流发电机的结构右侧部分为一台小功率旋转电枢式交流发电机，定子上的DC表示励磁磁场，从A、F端子处输入直流电源，该直流电源来自主发电机发出的三相交流电，因此属于自励方式。转子上的AC表示转子电枢绕组发出的交流电，该交流电经过安装在转轴上的整流二极管转换成直流电后，提供给主发电机的转子励磁绕组。无刷交流发电机左侧部分为一台大功率旋转磁极式交流发电机，其中转子上的DC表示直流磁场(包含磁极和励磁绕组)，定子上的三根线A、B、C表示三相电枢绕组输出端，发出的交流电为飞机电网供电，该电机称为主发电机。无刷交流发电机当发动机带动发电机转子转动后，交流励磁机的转子电枢绕组切割剩磁产生剩磁电压，经旋转整流器整流后输送到主交流发电机的转子励磁线圈上，从而产生磁场。主交流发电机的定子电枢绕组切割磁力线，产生一个15V左右的剩磁电压。该电压通过调压器使交流励磁机的磁场增大，则交流励磁机的电枢电压随之增加，主发电机的电枢电压也随之增加。当电网电压增加到额定电压时，调压器限制交流励磁机的励磁电流，使主发电机输出电压保持恒定。无刷交流发电机二级式无刷交流发电机是靠剩磁起励发电的。当发电机遭受振动、高温等干扰因素时，剩磁会减小或消失，这时就需要为发电机充磁。为了保证起励可靠，可以在交流励磁机的磁极中嵌入永久磁铁。自励发电机的励磁电源来自主发电机的输出，当主发电机的电枢绕组发生短路或电网中有大负载起动时，发电机的输出电压会下降，则加在交流励磁机励磁绕组上的励磁电压也将下降或消失，因此这种发电机不能提供强励磁能力。为了克服上述缺点，可以采用复励或相复励电路。相复励电路：电压相加型、电流相加型和磁势相加型相复励电路。在励磁电路中，励磁电压不仅与主发电机的输出电压有关，还与负载电流有关。无刷交流发电机三级无刷交流发电机由永磁式副励磁机、励磁机、旋转整流器、主发电机等组成。无刷交流发电机永磁式副励磁机的定子电枢电压给交流励磁机的励磁绕组供电，而与主发电机的输出无关，因此这种结构属他励方式。他励发电机的起励不依赖剩磁电压，因此可以保证发电机可靠起励。三级式还是二级式无剧交流发电机都具有如下特点主发电机采用了旋转磁极式结构，都采用了旋转整流器。发电机的频率通过其转速变化来调节。通过改变发电机励磁磁场强度来调节发电机电压。在定子（电枢）上输出电能。无刷交流发电机PART03交流起动发电机交流起动发电机功能一是作为发动机的起动器；二是作为交流发电机为飞机提供三相交流电。起动交流发电机APU的交流起动发电机主要由三级无刷同步发电机、旋转变压器组成。三级无刷同步发电机，内部装有永磁副励磁机、交流励磁机和主发电机。三个电机的旋转组件安装在同一个轴上，并固定在一个箱体内。旋转变压器作为测量电机转子位置的传感器，为了在起动发动机时能够实现电机转矩的矢量控制。交流起动发电机采用油冷，含有冷却油的油路、入口和出口。起动交流发电机起动交流发电机发电系统结构主要由电子控制组件、起动转换组件、起动电源组件、发电机控制组件、起动/发电机等组成。发动机起动可以使用115V，400Hz的三相交流电，也可以使用蓄电池电源。起动电源组件把飞机上的28VDC或115V，400Hz交流电变换为起动转换组件需要的270V高压直流电。由SCU控制SPU的变换模式，优先选择交流电源来进行功率变换，如果没有交流电可用，再选择蓄电池电源进行变换。起动交流发电机SCU把从SPU得到的270VDC变换成三相电压和频率可控的三相交流电，提供给起动发电机的定子绕组，同时把变换成的单相恒频交流电提供给起动发电机的励磁机励磁绕组，使电机以电动状态运转起动发动机或者APU。起动交流发电机SCU把从SPU得到的270VDC变换成三相电压和频率可控的三相交流电，提供给起动发电机的定子绕组，同时把变换成的单相恒频交流电提供给起动发电机的励磁机励磁绕组，使电机以电动状态运转起动发动机或者APU。起动交流发电机起动转换组件工作模式：起动模式、发电模式和发电准备模式。起动模式将SPU提供的270V高压直流电变换成单相115V的稳压交流电供给起动/发电机的励磁线圈，使励磁转子上产生感应电动势。同时，向主起动/发电机定子线圈提供正弦脉宽调制的三相交流电来带动转子的转动，转子驱动轴通过花键与APU齿轮箱连接，带动APU转动。发电模式在APU稳定工作后，通过SCU内部的电压调节器根据发电机负载大小，控制励磁电压从而保证起动发电机输出电压稳定。起动交流发电机国产航空同步发电机有JF(交流发电机)及YJF(油冷交流发电机)两型号。例如：YJF-30是额定容量为30kV•A的油冷交流发电机。交流发电机的型号电压指标空载到额定负载:(115±10)V。100%到125%额定负载:(115±1.5)V。125%到150%额定负载:(115士2.01V。非正常稳态电压极限:(115土15/-10)V。对称负载时三相电压不平衡:小于0.6V、相移小于0.6°。不对称负载时三相电压不平衡:小于3V、相移小于1.5°。频率指标:(400+4)Hz。电压指标主要技术性能额定电压:交流电网为115/200V，对应发电机为120/208V。额定容量:交流发