航空供电系统复习.docx

第一章 概述1.用电设备分类:按重要性分类按负载类型分类按重要性质分：飞行关键负载，飞行必要负载，一般负载；按负载性质分：线性负载，电机负载，非线性负载。2.航空器的一次能源二次能源;航天器的一次能源二次能源航空器一次能源：发动机；二次能源：液压能，气压能。航天器一次能源：运载火箭；二次能源：电源。3.航空航天器供电系统的概念包括哪些部分飞机电气系统的概念供电系统是电能的产生、变换、输送、分配部分的总称，通常分为电源系统和输配电系统。飞机电气系统：供电系统和用电设备一起的总称。4.飞机电源系统输配电系统的组成电源系统：主电源、辅助电源、应急电源、二次电源、地面电源；输配电系统：电网、配电装置5.飞机配电系统的种类：常规式、遥控式、固态式6.低压直流CSCFVSCF电源系统的优缺点低压直流优点：技术成熟、启动/发电、不中断供电。缺点：低压，功率大时电流大，电缆重；电刷和换向器，发电机容量难以提高（18KW）。CSCF优点：耐高温工作环境、过载能力强；电压高，电流小（与低压直流比）；三相/单相。缺点：CSD生产制造维护困难；电能变换效率低，主电源效率70%；电能质量难于进一步提高；难于实现起动/发电一体化。VSCF优点：电能质量高，转换率高；旋转部件少，工作可靠；结构设计的灵活性大；能实现无刷起动发电；生产使用维修方便。缺点：允许工作温度低；承受过载和短路能力较差。7.飞机供电系统的工作状态正常：执行预定任务而未故障；非正常：短暂失控状态；应急：主电源全部故障，无法供电，必须由应急电源供电。8.航空航天器设备的工作条件(环境)气候条件温度：变化范围大，变化速度快；高度：气体密度降低，散热性能变差；湿度：潮湿引起绝缘性能下降；霉菌：绝缘性能下降；盐雾：绝缘性能下降，设备腐蚀；沙尘：绝缘、磨损。机械条件振动：机械谐振，结构强度；冲击：结构强度、活动触点；加速度：继电器触点，活动触点。化学和核因素有害气体：引发火灾，爆炸；有害液体：腐蚀；电磁辐射、高能粒子辐射：干扰。9.航空航天器对供电系统的基本要求：可靠性、费用、维修性、重量、和供电质量。第二章 化学电源和特种电源 重点:概念1.三种蓄电池的工作原理及其特点(了解)2.燃料电池的工作原理及其与其他电池的异同点a.共同点：化学能直接转换成电能；不同点：燃料电池是能量转换装置，其他化学电池是能量存储装置。b.工作原理酸性电解质：燃料电极反应：H22H+2e氧化极反应：2H+12O2+2eH2O总反应：H2+12O2H2O 碱性电解质：燃料电极反应：H2+2OH-2H2O+2e氧化极反应：2H2O+12O2+2e2OH-总反应：H2+12O2H2O发电时需连续不断送入燃料和氧化剂，排出反应物，排出废热，维持电池温度恒定。3.各种电池的应用领域航空领域：蓄电池；航天飞机：燃料电池；地球轨道航天器：太阳能电池、蓄电池；宇宙探测器：核电池等。第三章 电力电子变换器1.电力电子变换器的类型：整流器，直流变换器，逆变器，交交变换器2.单相逆变器的四种波形控制方式及其优缺点（图3-10，P48）a.方波逆变优点：控制简单。缺点：谐波含量丰富，输出电压不可调。b.180o-脉宽调制波优点：可调压，可有选择地消除谐波；缺点：调压和消除谐波不可兼顾，谐波仍然很丰富。c. SPWM逆变多个脉宽调制波，且每个波的宽度按正弦规律分布，开关频率高，谐波小。d.最优SPWM逆变总谐波最小，或某次谐波为0，同时基波最大。优点：谐波含量小，可有选择地消除低次谐波。低开关频率，高基波电压。缺点：不能调压。3.180导通型三相逆变器的工作原理及其输出电压波形特征（图3-12，P52）a.构成：6只晶体管及与之反向并联的二极管。b.导通规律:同一支路上下管各导通 180o,三相相差120o。c.波形特点：相电压波形为六阶梯波。d.电压幅值：线电压为23Ui ，相电压为23Ui 。e.相电压和线电压无3及其倍数次谐波；5、7次谐波相位相反。4.双通道阶梯波合成型三相逆变器拓扑结构工作原理波形特征优缺点分析（图3-13，P53）a.拓扑结构逆变器1：输出变压器原副绕组均为星形连接，变比为1：1 。 逆变器2：输出变压器原边三角形，副边绕组中点互不相连，变比3：1 第二台比第一台开关角滞后30o。b.工作原理：UAB=23Uisint-15sin5t-17sin7t+111sin(t)+UAO=2Uisint+15sin5t+17sin7t+111sin(t)+Ua=Ua1+Ua2=4Uisint+111sin11t+113sin(13t)+c.波形特征:12阶梯波。d.优缺点：基波加大一倍，谐波次数降低，只有12n1次，最低谐波次数升高，滤波器体积重量减小，输出功率增大一倍。5.变压整流器结构及其工作原理(了解)第四章 航天器供电系统1.太阳电池阵电源类型汇流条电压不调节的系统；电源汇流条电压在太阳光照射时调节的系统；电源汇流条电压全调节的系统。2.太阳电池阵供电系统的组成太阳电池阵、蓄电池组、电源调节设备、电能变换及传输分配设备。3.并联型电源功率调节器的拓扑结构及其工作原理（图4-4，P67）由场效应管V，二极管D，电容C等构成。场效应管V工作在开关状态，且为PWM工作方式，则IO=Isa1-Dc,UO=IORL为使UO不变，当RL,IO;RL,IO。可通过调节占空比来实现输出电压的调节。4.S3R的原理(了解)5.各种不同的飞行器对电池的选用原则？第五章 飞机直流电源1.直流电源系统的组成主电源、辅助电源、应急电源、二次电源2.低压高压直流电源系统结构优缺点低压直流结构：主电源：有刷直发，28.5v（调节点），27.5v（汇流条）；辅助和应急电源：蓄电池 24v；二次电源：旋转变流机、静止变流机。优点：简单，成熟，起动发电；缺点：供电网络重、电机容量受限。高压直流结构：主电源：无刷直发；辅助电源：APU，发电机；应急电源：蓄电池或应急发电机。优点：供电网络容量，采用无刷电机解决直流电机换向问题，与115v/220v交流电源匹配方便；缺点：绝缘问题。3.三种直流发电机的电压调节方式及其原理（图5-12、13、15，P81-84）振动式调压器基本构成：检测：电磁铁线圈；基准：反作用力弹簧；比较：共同作用；放大执行：触点和Rg。碳片式调压器（无触点）工作原理：碳柱电阻：接触电阻，与压力有关；电磁工作线圈：检测；反作用弹簧：基准；三力平衡：Fe+Fs+Fc=0 ，Fe=fIW2。UIFercIfU，均衡电路：供并联使用。晶体管调压器采用PWM控制，改变加在Wf上的平均电压，可以减小损耗。Ij=DEcrc 。4.晶体管电压调节器的电路结构及其组成部分（图5-18，P88）组成：电压检测电路、差动放大电路、脉宽调制电路、反馈电路、励磁放大电路。5.直流电源并联运行的条件和负载分配方式及目的并联的基本条件：电源极性、电源电压与电网相同；负载分配方式：均分；目的：提高并联电源容量利用率。6.直流电源并联运行电流差产生的原因分析（图5-19，P89）Un=U1-I1R+1Un=U2-I2R+2I1+I2=I ，调节误差：U1=Uo1-I1K1U2=Uo2-I2K2 ，I1=UO1-UO2R+1+R+2+K1+K2+R+2+K2R+1+R+2+K1+K2II1=UO2-UO1R+1+R+2+K1+K2+R+1+K1R+1+R+2+K1+K2II=UO2-UO1R+1+R+2+K1+K2+R+2-R+1R+1+R+2+K1+K2I+K2-K1R+1+R+2+K1+K2I空载电压差别会造成电流差；外特性（静差）不一致会造成电流差；正接线电阻不一致会造成电流差。7.发电机与蓄电池并联运行的工作原理优点电流分配电压匹配以及对蓄电池的要求（图5-22，P92）工作原理发电机正常工作时：为负载和蓄电池充电；负载较大时：发电机和蓄电池共同向电网供电；发电机故障或停车时：蓄电池向电网供电。优点电网电压脉动小。电网电压瞬变小：发电机卸载U，但充电电流增大。电网过载短路能力强：电机受极限电流限制，但有蓄电池后能提供很大的短路电流。电流分配配合：Un=UF=Ub，In=IFIb1.In=0 ，IF0=Ib0 ，U=Un0，发电机蓄电池2.In=In1，发电机电压下降，电池充电电流下降，IF=IF1， Ib=Ib1，In1=IF1-Ib1，Un=Un1Un0 发电机蓄电池和负载电压分配发电机调定电压不应过高或过低。过低：电池在负载较小时就开始放电， 影响应急使用。过高：电池充电电流很大，过充电损坏。航空蓄电池：2431.2v；发电机调节点电压：28.5v；可以协调工作。对蓄电池的要求：未充足的蓄电池不能装机使用。因为充电电流过大。降低电池寿命；发电机在小负载时就过载；发电机故障；不能提供需要的应急供电8.直流电源控制中设置反流保护的原因及其工作原理（图5-27、28，P94）原因：发电机电压低于电网电压，电网上其它电源将向此发电机输电，会对其他电源产生过载损害，同时该发电机会由发电状态变为电动状态。因此要设置反流保护器，当反流达到一定数值后讲该发电机与电网脱开。工作原理：反流达一定值时，极化继电器触点K断开，使得MLC线圈失电断开，从而使J1断开。9.起动发电系统的概念基本要求基本要求：多次、可靠起动；起动时间短；体积重量小；自启动能力；交叉起动能力。10.喷气式发动机起动控制方式发动机转速为函数的控制；起动机电流为函数的控制；以时间为函数的控制。11.复励-串励起动系统工作原理（图5-31，P99）以时间为控制函数。1.按压起动按钮后，经过1.3秒，接触器3合上，经过R向电机供电，电流转矩受限，从而电机加速度受限制。3.8s后起动机与发电机平稳啮合。接触器4闭合使得电流转速变大，此时出于复励方式，随着n的变大，电流下降，转矩下降并可能在某一转速下平衡，这一过程持续到8.5s，到达8.5s时接触器1断开，由复励变成串励，理想空载转速无穷大，n升高至自持转速，这一过程持续到44.3s。之后起动过程结束，接触器1恢复，转速升高使得发电机输出电压高于电网电压0.3到0.7v。反流保护器2接通，发电机投入电网。12.24V-48V起动系统工作原理（图5-32，P100）第一阶段：两电池并联，经过R给电机供电，24v；第二阶段：短接R，24v；第三阶段：两电池由并转串，48v；第四阶段：由复励转串励。特点：电池放电电流均匀，刚启动时I大，并联；后面I下降，电池串联；起动时间短：起动时间缩短四分之一（E提高，起动功率大）。第六章 恒速恒频交流电源1.CSCF电源系统的指标及其构成指标：三相四线、115/200V、400Hz，20、30、60、90、120、150kVA。构成：CSD+Gen+GCU 恒装+发电机+控制器 主电源 二次电源 、辅助电源、应急电源2.恒装CSD类型特点类型：液压式、气压式、电磁式、机械式、机械液压式、空气涡轮式。特点：结构复杂，能量转换效率低，使用维护困难，成熟，最广泛使用。3.齿轮差动式CSD的基本部件工作原理(正负零差动) （图6-3，P107）基本部件：差动游星齿轮、液压泵-液压马达转速补偿组件（泵-马达组件）其他：供油系统、调速系统、保护系统工作原理：n7发电机=2n2发动机-n4(泵-马达组件) 游星架接发动机传动轴，输出齿轮传动交流发电机，补偿齿轮由泵、马达组件传动。当n4=0，n7=nN，n2=nN2:零差动。n40，n20，n2nN2: Z4正转，负差动； （顺时针为正）通过调速器控制泵马达组件的工作，调节补偿齿轮的转速和方向，从而使输出齿轮的转速恒定。4.三级式无刷交流发电机的结构及其工作原理（图6-13、14，P118）结构：永磁副励磁机+励磁机+旋转整流器+主发电机工作原理：永磁副励磁机独立于飞机电网，为控制器供电，同时为励磁机励磁绕组提供电源；励磁机为三相旋转电枢式发电机，输出三相交流电，经过旋转整流器整流后转换成直流电为主发电机励磁绕组提高电源，主发电机为三相旋转磁极式交流发电机，从而为飞机电网提供电能。5.无刷交流发电机励磁机的特点旋转整流器的故障判定方法特点：电枢电流非正弦波谐波电枢反应。三相半波：直流分量，直流磁化；二次谐波电流大，谐波电枢反应大；偶次，无3n次和奇次。三相全波：5、7次谐波电流，奇次，无偶次和3n次。谐波电枢反应：谐波电枢磁场引起附加损耗；谐波电枢反应电势。（在励磁机励磁绕组中）励磁电流中有脉动分量。旋转整流器故障诊断：正常：正常谐波电枢反应，励磁机励磁电流脉动小；故障：谐波电枢反应大，频率变化励磁电流脉动大。通过检测励磁电流中交流分量的大小。6.电压调节系统的基本结构电压调节点概念四种电压检测方式的原理及其比较（图6-28，P126）基本结构：检测、基准、比较、放大、执行。调节点：检测电路输入端，一般接在发电机馈电线靠主汇流条处。电压检测方式：固定相电压检测，平均电压检测，最高电压检测，正序电压检测。固定相调节：检测单相或线的电压，交流经整流、滤波得到。检测平均电压：三相电压整流得到。全波：三相线电压最高相电压调节：三个单相分别检测，整流滤波后相与，输出高相值。正序电压检测：检测三相电压中的正序分量。四种调压方式比较：电路：固定相、平均值简单，正序最复杂。调压效果：正常情况下，有确定对应关系无差别；不对称运行时有区别，差别大小在于负载和发电机的逆、零序阻抗参数；飞机供电系统电压不平衡度不大差别不大。常用方法：平均值短路时非短路相输出电压（正常）；高相输出最高电压受限。7.脉宽调制型调压器的线路组成及其工作原理（图6-31，P129）电路组成：检测电路，比较电路，脉宽调制电路，放大电路，执行电路。工作原理：书上！ 8.交流电源系统并联运行的条件波形：相同，正弦性，谐波，否则会有高频电流。THD5%，波峰系数 1.410.10。相序：一致，对应端相联。电机转和排线，更换后按线柱的连接。频率f：由发电机转速确定，要有发电机转速调节电路，f1%。（重点）电压值：有调压器，偏差不会太大。（重点）电压相位：（投入瞬时）差满足要求。（重点）9.交流电源自动并网电路的工作原理(了解)10.交流电源并联运行无功功率调节原理无功电流自动均衡的基本方法实现原理（图6-69，P 164）无功功率调节原理：同时调节两台电机的励磁电流可以改变它们的无功负载的分配情况。在怎家一台发电机励磁电流时，必须相应减少另一台的励磁电流，只有这样才能保证电网电压不变。基本方法：调节励磁，无功少的发电机增加励磁，同时减小无功负载多的发电机励磁。构成闭环调节系统。同调压器一起实现。实现原理：调压器除敏感电压信号外，还敏感电机的无功电流偏差信号。信号综合：偏差信号有极性。为正的电机，无功敏感信号应与调节点电压叠加，以减小If。11.交流电源并联运行有功功率调节原理有功电流自动均衡的基本方法（图6-80，P173）有功功率调节原理：有功功率调节原理改变发电机的驱动转矩，调节发电机有功功率。 （CSCF：调CSD输出转矩）。并联系统同时调，改变JF1轴上转矩，应相应改变JF2转矩，以保证总有功不变。调节有功功率时，要同时调节励磁，以调节无功分配。有功电流自动均衡：调原动机输出（CSD）。给转速调节器附加有功电流偏差信号，转速调节器中有有功均衡电路。调压器应有无功均衡电路。12.交流电源系统控制的部件装置(缩写)GCR发电机励磁控制继电器， GCB发电机断路器，GCU发电机控制器； BTB并联断路器， XPC外电源接触器， APB辅助电源断路器， BPCU汇流条功率控制单元。13.飞机不并联电源系统的控制及转换工作原理(图6-97，P185)两台主交流发电机分别向左右主交流汇流条供电，形成两个供电通道。主汇流条L和R向所有机载重要负载供电。当一台发电机失效时，该电机的负载可以从另一台主发电机的主汇流条得到电源。此时故障电机的GCB断开，而两个BTB同时闭合。另外，要视单台主发电机的容量，以及机上负载情况，适当断开某些次要负载。只是出现一台主交流发电机失效时的一种解决方案。另一种方案：启用辅助动力发电机，一般该发电机的容量与系统中的主发电机相同。此时要先断开故障发电机的GCB，然后将该发电机的APUGEN的主回路断路器APB和故障发电机相对应的BTB闭合，形成APUGEN与正常主交流发电机不并联供电的工作模式。当两台主发电机都失效时，则必须起用APUGEN。此时，两台主发电机的GCB断开，将故障电机与电网隔离；同时，闭合APB和两台主发电机的BTB，系统则成为单台发电机供电的工作模式。14.馈电线短路故障差动保护的工作原理及其保护范围（图6-106，P193）LH1、LH2为电流互感器，构成差动检测环。LH1置于发电机中线侧，LH2置于并联系统中，BTB之后。两互感器按起极性首位串联，组成差动环。LH1和LH2之间的区域是差动保护区，该区间出现短路，则有故障信号输出至GCR故障信号放大器，断开GCR