《飞机系统与附件》课件-8.飞机电源系统

防火系统之火警探测8.1电源1飞机电源系统电池开关灯泡导线

四个简单元件组合实现照明功能组成电路基本部分电路电源开关用电器导线飞机电源系统生活中的电源交流电电池充电宝发电机飞机电源系统飞机电源系统自身发电机自身辅助发电机(APU)

地面电源(桥载电源/电源车/电源井)

飞机电源系统依靠自身发电装置获取电源空中地面飞机电源系统两台发动机各驱动一台主发电机主发电机给飞机电网供电另一台承载供电任务APU驱动

辅助发电机

在一定高度下给飞机供电应急发电机（冲压空气/液压驱动发动机）电瓶给飞机提供安全电源一台失效两台失效辅助发电机失效都不工作飞机开关系统红色警示盖先提起再拨动控制开关保护开关(保险装置)（跳开关)保护开关控制开关按压开关拨动开关触屏开关保护电路保护维修人员重要开关飞机开关系统飞机用电器飞机用电器计算机会集中安放在飞机驾驶舱设备架上形成飞机控制中心方便维修人员维护电控部件(如计算机)电动部件(如电动作动筒)电视烤箱咖啡机热水壶机载wifi飞机上的导线导线安装在外面修理维护方便易被老鼠损坏飞机采用暗线

座舱看不到导线一般只有维护人员才能看到明线暗线安装在墙里面/隐蔽地方更加美观防火系统之火警探测8.2航空器电源航空器电源航空器电源直流/交流电源指一次电源由其它能源转化而来的电能直流电源交流电源航空器电源提供115V400Hz三相交流电

何时提供或供电场合不一样IDGAPU发电机应急发电机地面电源交流电源航空器电源IDG(整体驱动发电机)飞机上有两台两台发动机驱动飞机主电源为飞机在空中提供交流电源IDG发电机恒速传动装置(CSD)发电机集成体航空器电源输出频率恒定(400Hz)的交流电两台IDG各司其职

相互配合给飞机供电一台失效单台同样可以承担飞机供电任务恒速传动装置(CSD)变化转速恒定转速IDG(整体驱动发电机)航空器电源由飞机APU驱动作为飞机辅助电源为飞机在地面/空中提供交流电源APU发电机与IDG不同APU仅是一个发电机与APU的工作状态有关系航空器电源APU发电机保持100%转速状态工作转速恒定

任何阶段APU都可以进行供电APU发电机承担整架飞机供电任务航空器电源绿液压系统压力驱动的液压驱动发电机在IDG/APU发电机都失效无法使用地面电源的情况下为飞机提供应急电源应急发电机航空器电源使驱动发电机的转速恒定保证发电机能输出特定频率(400Hz)交流电位于主轮舱内恒速马达(CSM)+交流发电机应急发电机航空器电源应急发电机无法承担整架飞机供电任务只给重要系统供电

RAT可通过给绿液压系统增压来驱动应急发电机应急发电机航空器电源直流电源电子舱

1#/2#电瓶散货舱APU电瓶三个电瓶完全一样且可以相互代替1#/2#电瓶最后应急电源APU电瓶专门负责APU启动航空器电源直/交流电相互转化直流电两种转换装置变压整流器(TR)变流机交流电航空器电源变压整流器作为中间设备为直流用电器提供直流电变压整流器115V、400Hz的交流电转换为28V直流电直流电源交流电源TR1TR2APUTRESSTR完全一样互相代替航空器电源1/2#电瓶直流电转换为115V、400Hz单相交流电变流机直流电源交流电源电子舱内电瓶为飞机供电的应急状态下使用静变流机：视为A330飞机的应急设备航空器电源早期飞机主电源为直流电源，发动机驱动发电机产生直流电而非交流电

与现在的主流机型完全不一样航空器电源并非所有飞机都有IDG和RAT航空器电源总结回顾电瓶两种形式交流电源直流电源变压整流器(TR)变流机交流电源直流电源转换装置交流电源IDGAPU发电机应急发电机地面电源防火系统之火警探测8.3航空器电源形式航空器电源形式IDG(整体驱动发电机)输出115V400Hz恒定频率交流电的发电机整体驱动发电机IDG发动机是产生可用交流电的一种途径或选择航空器电源形式不等同于115V、400Hz交流电居民用电是220V、50Hz交流电人类活动所形成的标准可用交流电车同轨书同文统一度量衡航空器电源形式115V、400Hz是飞机的一个标准厂家都按标准设计制造航空用电器飞机交流电标准对电源系统做出改变航空用电器可在更大频率变化范围内工作新航空器机型航空器电源形式IDG是现在最成熟的产品会长时间应用在各种机型上400Hz恒频交流电或变频交流电可用交流电变频交流电和IDG没关系IDG是发动机产生交流电的选择之一航空器电源形式空客A380采用变频发电机IDG的市场占有率已经开始被分摊变频发电机B787、A350等飞机上越来越多新材料新技术、新工艺都开始代替传统航空器电源形式发动机和发电机之间加恒速转动装置(CSD)为了减轻重量、提高可靠性CSD和发电机组合组成IDG恒速恒频(CSCF)恒速恒频发电机最终输出的可用交流电变化转速恒定转速航空器电源形式人们在选择IDG那一刻起努力地减少每一克重量恒频交流电对各种负载都适用

配电简单可单台运行或并联运行供电可靠性和供电质量可以保证IDG优点航空器电源形式用料少

重量轻成本低400Hz为了减少重量和成本将增加的重量和成本降到最低IDG是输出恒定频率电源的一种装置能输出恒定频率的电源就叫IDGIDG频率高用料多重量增加成本增加频率低感抗大

容抗小损耗多输电效率降低航空器电源形式变速恒频(VSCF)恒速恒频发电机最终输出可用交流电取消CSD

重量减轻对温度提出更高要求结构更复杂可靠性较低航空器电源形式变速变频(VSVF)更大频率变化范围内工作舍弃原本繁重的CSD减速器直接驱动发电机产生变频可用交流电航空器电源形式结构简单可靠性高维护方便重量轻A380、C919等机型上应用将成为飞机电源主要形式变化的频率对用电设备要求更高变速变频(VSVF)防火系统之火警探测8.4恒速转动装置恒速转动装置IDG(整体驱动发电机)

恒速恒频交流电源系统主要部件恒速转动装置(CSD)IDG发电机恒速转动装置恒速转动装置(CSD)恒速恒频交流电源系统输出400Hz恒频交流电要求发电机的转速恒定恒速转动装置驱动发电机动力是转速变化的发动机恒速转动装置(CSD)在两者中间变化转速恒定转速恒速转动装置进入恒速转动装置(CSD)是变化的发动机转速从CSD出去的是驱动发电机的恒定转速在CSD中传递变化的发动机转速对变化发动机转速进行修正恒速转动装置机械式恒速传动装置中实现传递修正变化发动机转速装置差动游星齿轮系齿轮机构实现动力传递恒速转动装置C的运动取决于A和B的运动之差差动额外动力：液压泵(马达组件)输出转速修正发动机转速的变化A由转速变化的发动机驱动额外动力驱动B使C输出恒定的转速恒速转动装置调速装置一直观察恒装输出转速给液压泵(马达组件)准确信息调速装置调速装置和液压泵工作完美配合转速超过转慢点转速过低转快点恒速转动装置加滑油滑油系统给齿轮润滑散热液压泵(马达组件)传递功率的介质有滑油系统和保护装置的保障机械式恒装更完整，安全稳定工作与发动机人工脱开恒速转动装置电源系统整体到局部航空器电源航空器主电源系统整体驱动发电机(IDG)

恒速转动装置(CSD)恒速转动装置调速装置监控恒装输出转速2.监控的转速和标准转速比较3.比较结果和执行命令传递出去恒速转动装置起点相似目的相同过程不同监控恒装输出转速直接监控离心飞重式调速器监控发电机电子式调速器直接监控恒装

输出转速监控发电机

输出频率防火系统之火警探测8.5交流发电机结构和原理交流发电机交流发电机永磁铁固定发电机转子上线圈

固定发电机定子上发电机发电交流发电机发电机输出稳定的电压需有实时稳定

可控的磁场永磁铁产生的磁场受多种因素影响不能满足要求交流发电机交流发电机利用电流磁效应创造磁场直流电通过线圈产生磁场发电机输出稳定电压直流电大小磁场强弱控制交流发电机二级式：

交流发电机内部是由两个小发电机组成二级式无刷交流发电机输出所需的三相交流电产生通入主交流发电机励磁线圈初始电流交流发电机交流励磁机交流发电机交流励磁机产生交流电转换为直流电才能通入励磁线圈如何将交流电转换为直流电？交流励磁机无刷交流发电机有刷发电机不能长时间摩擦维护工作量大换向时易产生火花交流电转换成直流电纯机械部件电刷换向器交流发电机将交流电转化为直流电电刷和换向器被二极管整流替代二极管整流旋转整流器：将交流励磁机产生的交流电转换为直流电交流发电机二级式交流励磁机交流励磁机主交流发电机旋转整流器调压器主要结构交流发电机二级式交流发电机原理转子转动①转子电枢绕组切割剩磁电压

产生交流电②交流电经旋转整流器转换为直流电③直流电进入励磁线圈

产生磁场

随发电机转子旋转而旋转交流发电机⑤通过调压器使励磁机磁场增大二级式交流发电机原理转子转动④定子电枢绕组切割磁感线

产生剩磁电压

15V左右⑥励磁机输出电压增加

调压器限制

励磁电流主发电机输出电压恒定交流发电机剩磁二级式无刷交流发电机靠剩磁起激发电剩磁：发电机停机后定转子铁芯保留的剩磁振动或其它干扰剩磁消失发电机无法发电交流励磁机磁极中嵌入永磁铁保证起激的可靠交流发电机永磁式副励磁机二级式交流发电机中增加小的发电机使起激更加可靠二级式三级式防火系统之火警探测8.6交流发电机结构和原理交流发电机买电器都关注什么？额定电压额定电流额定功率额定频率品牌价格售后服务性价比交流发电机数据反映该用电器最优工作环境最优工作环境额定电压

额定电流

额定功率

额定频率用电器在额定电压/额定功率/额定频率环境下工作环境需稳定交流发电机合适且稳定用电环境是用电器对电源的要求110V灯泡接220V电源220V热风枪接115V电源效率降低过热损坏最优工作环境交流发电机日常生活220V50Hz飞机须考虑如何创造

合适稳定

用电环境飞机自成系统自身发电用电飞机用电环境交流发电机飞机交流电飞机上采用115V

400Hz交流电115V恒定电压发电机和调压器共同作用

结果交流发电机磁通量变化产生感应电动势现象数学式：ε1=ΔΦ/Δt=ΔB1xS/Δt电磁感应励磁线圈产生的磁场强度B1稳定产生ε1=115V恒定电压单位时间产生磁通量Φ一定交流发电机交流电产生随时间变化的磁场转子转动磁场强度B1稳定很难控制飞机交流电磁场强度B1稳定通入励磁线圈电流i1稳定直流电交流电交流发电机脉冲调宽式(PWM)调压器检测电路调制电路整形放大电路功率放大电路交流发电机检测电路发电机输出电压降压整流脉动成分部分滤波形成三角波输入到调制电路交流发电机检测电路送来的三角波与基准电压进行比较调制电路黄色:三角波绿色:直流电紫色:PWM波PWM波交流发电机整形放大电路调制电路输出PWM波整形

放大推动功率放大交流发电机功率放大电路推动励磁线圈工作调节励磁电流调节输出电压交流发电机调压器总体发电机输出电压ε1调节励磁电流i2保证ε1稳定不偏离防火系统之火警探测8.7交流电源系统故障系统故障故障恒速恒频交流电源系统发电机输出115V400Hz

三相交流电希望输出稳定可控系统故障偏离标准太远衡量发电机输出标准实际不能与标准完全相符标准附近一定范围内波动故障故障系统故障与电流有关的故障还有过流电压故障(过压/欠压)频率故障(过频/欠频)相位相序问题(开相/逆相序)离115V远离400Hz远偏离三相系统故障断闸日常电路出现问题发现有人触电“跳闸/断闸”指切断电流通路GCB——发电机断路器GCR——发电机控制继电器跳闸断闸系统故障电去向用电系统的必经之路断开后发电机与用电系统分离控制发电机励磁电路通断(不发电)断开后发电机停止工作不输出电能GCB(发电机断路器)

GCR(发电机控制继电器)系统故障控制GCR

GCB实现不同机型

控制方法不一样为了保险起见都断开供不供电发不发电故障保护GCBGCR故障保护方式过压保护根据航空电源国际标准单相电压过压值为132V三相平均电压过压值为130V保持115V稳定电压调压器故障保护方式过压时断开GCB

GCR发电机不发电不输出原因:危害:承受更大负荷调压器失效过压保护过压故障保护方式检测到过压时GCR、GCB不会立即关断先观察实际情况，再判断是否关断假“过压”短时间超标又迅速回到标准值防止假信号断开GCB、GCR延时电路故障保护方式延时电路电压正常采取措施允许时间内电压异常不采取措施允许时间指的是延时时间故障保护方式过压值越大危害越严重延时时间反延时延时电路过压值越大延时时间越短过压值越小延时时间越长故障保护方式E=4*φ*T*ff=(P*N)/120欠压保护欠压：相电压低于98V工作分配不均匀调压器/发电机故障欠频(欠速)发电机过载欠频(欠速)

过载故障保护方式连续7秒欠压是真欠压断开GCB或GCB、GCR都断开假“欠压”避免短暂低压产生误动作故障延时固定延时故障保护方式过频和欠频保护发电机的输出频率由恒装(CSD)控制输出频率有问题，由恒装故障导致低于370Hz高于430Hz欠频过频输出频率故障保护方式“假信号”电压和频率存在E=4*φ*T*f频率故障会引起电压故障欠频固定延时7秒过频固定延时1秒故障延时故障保护方式欠速保护不是系统故障导致欠频/欠压保护电路发出保护信号发动机/APU关断转速降低欠压欠频不作为故障处理不断开GCR

仅断开GCB故障保护方式实际负载超过能力范围发电机损坏不能正常供电另一台发电机负载加大过载保护切除不重要/不影响飞行的用电设备(厨房设备)过载故障保护方式过载保护过载容易造成欠压断开GCR或GCB禁止欠压信号输出发电机失效GCR/GCB不能断开不再供电彻底故障故障保护方式基于基尔霍夫电流定律工作流入节点电流=流出节点电流差动保护流入节点电流≠流出节点电流产生“电流差”设备发生故障故障保护方式故障原因后续电流传输发生短路发电机内部问题电枢绕组短线搭地相间绝缘层损坏节点前节点后故障保护方式不同机型故障保护类型不一样GCR、GCB叫法不一如A330的GLC就是GCB差动保护：要求断开GCR和GCB电流互感器：差动保护启动元件防火系统之火警探测8.8多交流电源供电方式供电方式一个和尚有水吃两个抬水吃三个没水吃和尚吃水多人做同一件事容易出现问题事情做好精密安排供电方式飞机不只一台发电机多个发电机给系统供电采取多种供电方式多交流电源供电方式供电方式并联供电什么是并联供电好处：哪怕一个和尚病倒

吃水也能得到保障两个和尚把各自打的水倒进水缸

再从水缸中取水供电方式如何分配

保证打水的质量和数量?问题来源:只有一个水缸两个和尚打水质量和数量平衡供电方式发电机发出的电先汇集到一起并联供电一台发电机失效同样可以不间断获得电源发出的电先汇集到水缸里再从水缸去向用电系统特点好处供电方式“工作均衡”问题保证每台发电机产生电质量一样输出电压/频率/相位

相序/电压波形都相同每台发电机发电量一样有功负载无功负载并联供电负载均衡供电方式“大锅饭式”供电人们尝试和选择A320A330A380B737并联供电并联供电供电方式一方有难，也会迅速把水进行分享单独供电两个和尚各自有一个水缸把打的水倒进水缸自己使用“自顾自”式供电供电方式单独供电发电机有自己的用户各自给相应的用户供电发电机发生故障把故障发电机用户接过来实现系统不间断供电供电方式没有绝对公平系统平稳高效的运行应想办法去激励且努力创造相对公平单独供电省心省事当下流行的供电方式变频交流电源系统的最佳选择单独供电防火系统之火警探测8.9负载均衡有/无功功率有功功率将电能转化为其他形式能量的电功率电能均被消耗照明设备加热设备电能光能电能热能有/无功功率用于电路内电场磁场

交换电气设备中建立和维持磁场的电功率无功功率电能在电源和容感性元件之间进行交换不对外做功消耗有功功率所必须付出的代价有/无功功率用来制冷的40KW功率冷藏车发动机功率180KW冷冻柜消耗40KW制冷，发动机只有140KW来拉货物有功功率无功功率用来拉货的140KW功率负载均衡负载均衡有功功率负载均衡无功功率负载均衡发电机过载欠载电源系统无法正常工作负载不均衡负载均衡怎么做才能做到负载均衡？平均分配分蛋糕分配电功率负载均衡负载均衡目的：为了每个发电机都能正常工作输出115V、400Hz三相交流电如何判断发电机是否正常工作？负载均衡负载均衡发电机电压和频率都正常或在误差允许范围内负载均衡=发电机频率电压控制负载均衡有功负载=有功功率频率、有功功率统一体频率正常频率下降频率上升有功负载＞有功功率有功负载＜有功功率负载均衡无功负载=无功出力电压、无功功率统一体电压正常电压下降电压上升无功负载＞无功出力无功负载＜无功出力负载均衡均衡负载均衡有功负载保证发电机输出频率正常频率控制通过恒装实现均衡无功负载保证发电机输出电压正常电压控制通过调压器实现负载均衡系统运转效率达不到最佳平衡实现稳定的重要条件所有能动部件为系统工作新旧平衡交替：不稳定

过程需付出代价不平衡防火系统之火警探测8.10辅助发电机主交流发电系统普遍恒速恒频交流发电系统A320、A330、B737IDGVSVF随着飞机用电量的增大变速变频主交流发电被应用A380、C919辅助发电机辅助发电机飞机尾部

APU带动给飞机在地面提供可用电源作为主发电机的备用电源辅助发电机APU发电机数量不同飞机不一样飞机一般只有一个辅助发电机B747/A3