航空供电系统初步理解

一、 航空供电系统：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1.用电设备分类: 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。 按功用分：1.发动机和飞机的操纵控制设备。2.机上人员生活和工作所需设备。3.完成飞行任务所需的设备。 二、 飞机供电系统的组成 ：1） 飞机电源系统：主电源、辅助电源、应急电源、二次电源、地面电源a) 主电源：由主发动机直接或间接传动的发电系统； 是机上全部用电设备的能量来源b) 辅助电源：l 工作条件：飞机在地面，且主电源不工作； 或在空中作为主电源的备份电源l 类型：航空蓄电池、APU.Gl 作用：航前|后准备、起动主发动机等c) 应急电源l 工作条件：飞行中主电源和辅助电源全部失效l 供电对象：关键负载l 类型：航空蓄电池BAT、静变流器INV、d) 二次电源：l 类型：DCAC：旋转变流机、静止变流器ACDC：变压整流器DCDC：直流升压机、直流变换器2）控制及保护装置：电源的控制包括对发电机进行调压、发电机的励磁控制、发电机的输出控制、发电机的并联控制和汇流控制等。电源的保护装置是当发电系统发生故障时，切断发电机励磁和输出。3） 供电网络: 将电能输送到负载的电网，包括汇流条、电源分配系统、短路保护器三、飞机供电系统的主要类型及发展历程1. 类型：现有的交流供电系统 , 按照所应用交流电能产 生机理 与参 数特 点分为 恒速 恒频交 流供 电系统、 变速恒频交流供电系统和变频交流供电系统。其中 , 恒速恒频系统输出交流电能的恒频是靠恒定发电机的转速来实 现 ; 变速 恒频 系 统的 发电 机转 速不 恒 定 , 发电 机产 生 变频 交流 电能 , 系统输出的恒频交流由电子变换器实现 ; 变频系统则输出变频交流电能 , 发电机不恒速 , 供电系统向用电负载直接提供的是发电机产生的变 频交 流电能。 在某些 飞机 上 , 根据其 用电 设备对电能类型及其用电量的具体需求 , 同时存在直流和交流电能形式的两种主电源 , 供电系统同时提供直流和交流两种形式的电能 , 这也是航空航天器供电系统中的一种基本类型 , 称为混合供电系统。飞机上产生电能的主电源装置 ( 即发电机 ) 数量 通常与 飞机 发动机 数量 相同 , 所以 存在 多台主电源装置同时给机载用电设备供电的状态。根据系统电能传输分配电网络的不同结构及其特点 , 有并联供电系统和非并联供电系统两 种基 本类型。 其中 , 非并 联供 电系 统 , 其 主电 源装置都有各自的汇流条 , 且通过此汇流条向各自的机载用电设备提供电能 , 整个系统分成多个供电网络分别供电 , 仅当系统处于非正常工作状态时 , 各个供电网络及其用电设备之间才会有供电关系的切换。至于并联供电系统 , 其供电网络中设置了所有主电源装置共同的汇流条 , 所有主电源装置产生的电能都输送至此 , 所有机 载用电 设备也 都从 此汇 流条获 取电能。当主电源装置数量较多时 , 一般大于或 等于 4 , 系统的 供电 网络也 采用 分组 并联的 形式 , 各组 都有 大于或等于 2 台主电源装置并联运行 , 而组间不并联 , 整个系统分成两个或两个以上的供电网络给机载用电设备分别供电 , 这种系统称为分裂式并联供电系统。2. 直流供电系统重要参数：供电系统的基本参数是指系统的电气参数、 结构及其连接方式等技术指标与形式 , 与供电系统以及用电设备的质量、 体积、 大小和性能有密切关系。直流供电系统最主要的基本电气参数是其额 定电 压值 , 选 择时要 考虑 诸多因 素 , 如馈 电线 的长度、 配电系 统的 质量、 传输 功率 大小、 线路功率损耗、 传输线机械强度、 人员安全性、 高 空工作 可靠 性等 , 起主 导作 用的则 是系 统传输功率的大小与配电系统质量的合理性 ; 其中受机械强度的限制 , 飞机供电系统中输电导线的最小截面为 0 . 2 m m2; 除这些技术因素之外 , 常常还与经济性和历史继承性等因素有关。此外 , 直流供电系统的基本电气参数还有系统的额定容量和相应的额定电流。目前 , 采 用 直 流 供 电 系 统 的 飞 机 , 绝 大 部 分 仍 为 低 压 直 流 供 电 系 统 , 其 额 定 电 压 值 为28 V 。 而已有少数飞机采用了高压直流供电系统 , 其额定电压值为 2 70 V 。飞机直流供电系统的供电线路连接方式 , 大多数都采用负线接地 , 即负线接飞机机身壳体的单线制 , 以有效减轻飞机电网质量。3. 交流供电系统重要参数：交流供电系统最主要 的 基本 电 气 参数 是 额 定 电 压与 频 率 , 相数 和 相 位 也 是其 基 本 电 气参数。飞机供电系统的额定电压值一直随航空技术的发展和机载设备与用电量的增加而不断提高。早期飞机采用直流供电系统 , 借用汽车电源技术 , 电压为 12 V 。随后 , 由于飞 机设备与 用电量增多而采用了 2 8 V 电压。可飞机设备与用电量依然增长 , 迫使供电系统额定电压值必须提高。然而 , 1 00 V 以上直流开关的电弧与直流发电机换向问题制约了直流 供电系统 的应用 ,于是 11 5 / 20 0 V 、 40 0 H z 恒频交流供电系统诞生。其中 , 1 15 / 2 00 V 就是目前飞机恒速恒频三相交流供电系统的额定相电压 / 线电压值。随着飞机设备与用电量的继续增加 , 供电系统的额定电压值仍需不断提高 , 2 30 / 4 00 V 、 4 00 Hz 三 相交流 供电 系统 是一个 发展 趋势 , 然而 考虑 到人员安全性、 高空工作可靠性、 短路电流与航空技术 发展对 供电 系统的 要求 等因 素 , 高 压交 流不一定是优选方案。得益于无触点固态功率控制器和无刷直流发电 / 电动机的出现 , 在飞机供电系统领域研制成功了高压直流体制 , 即高 压直 流供 电系统 , 其 额定 电压 值为 27 0 V , 正好 是11 5 V 三相交流电三相全波整流后的直流电压值。交流供电系统的频率选择与系统中电磁器件的质量、 性能、 材料、 结构、 成件技术等因素有关。频率高 , 电磁器件的体积质量小。交流电机的转速与极对数和频率直接相关 , 还受轴承寿命和旋转部分结构强度的限制。 极对 数受 结构 与 制造 工艺 的限 制 , 电 机结 构以 2 3 对极 为宜 , 如转 速为 10 0 00 2 0 0 00 r / mi n , 则频 率以 4 00 H z 为 宜。若 转 速再 高 , 频率 选 择也 应 提高。而频率过高 , 因趋肤效应等影响 , 馈电线压降 与损 耗增大。 按触点 电开 关特 性 , 交 流电 频率为 40 06 00 Hz , 开关断开时 , 电弧燃烧时间最短 , 开关触点间第一次电压 过零后 , 不再会 有电弧产生。目前电机转速多在 10 00 02 0 0 00 r / mi n , 飞机 广泛应用 恒速恒 频交流供 电系统 ,其频率的额定数值为 40 0 H z。交流供电系统一般都采用三相结构 , 飞机供电系统也不例外 , 通常称 a , b , c 三相。三相 之间对应物理量的相位相差 12 0 , 其相序为 a 相超前 b 相 , b 相超前 c 相。 在某些混 合供电系 统中 , 其交流系统也可采用单相结构。飞机三相交流供电系统供电线路的连接方式一般都采用三相四线制 , 中线接地 , 即接飞机机身壳体。三相四线制可以得到线电压和相电压两种大小的电压 , 且机身壳体为中线 , 有效减轻了输电线质量。四、飞机 电源 系统 的功 能与 构成 (详 细)飞机电源系统的主要功能是产生或存储机载用 电设备 所需 的电能 , 以 保证 机上各 种用 电设备工 作时 电能的 供应。飞 机电 源系 统由主 电源、 辅 助电 源、 应急电 源、 二次 电源 及外部 ( 地面 ) 电源供电插座等电源与设备组成。飞机主电源是飞机正常工作状态时 , 为各种机载用电设备提供电能的系统 , 一般都是由航空发动机直接或间接传动的发电系统 , 通常由 一台发 动机传 动一 台或 两台发 电机。多 发动 机飞机 , 各发动机传动的发电机台数相同。由多发电机构成的飞机主电源 , 其工作可靠性较高。飞机在机场进行地面检查或航空发动机不工作时 , 飞机主电源不工作 , 需要工作的机载用电设备则由辅助电源或外部 ( 机场地面 ) 电源通过外部电源插座来提供电能。辅助电源有航空蓄电池和辅助动力装置两种类型。小型飞机大多采 用航空 蓄电 池 , 大型飞 机采 用辅助 动力 装置的居多。辅助动力装置由小型机载发动机、 发电机、 液压泵或空气压缩机等设备组成。工作时 , 启动小型机载发动机 , 使发电机发电或使液压泵提供增压油 , 给用电设备、 液压气压设备供电、 供油。小型机载发动机通常由电动机启动。辅助动力装置一般在地面工作 , 但也有在空中工作的情况。飞机航空发动机起动阶段 , 机载用电设备所 需的电 能由 外部 ( 机 场地 面 ) 电源 提供。外 部电源和机上主电源不允许同时投入飞机电网。应急电源是当飞机飞行中主电源发生故障时 , 为 机载用 电设 备提 供电能 的供 电电源。 常用的应急电源有航空蓄电池和冲压空气涡轮发电 机。冲压 空气 涡轮发 电机 不工 作时 , 收放 于飞机机体或机翼内 ; 工作时 , 则打开放出 , 靠迎面气流吹动涡轮 , 带动发电机或应急液压泵。应急电源容量较小 , 仅能保证提供飞机紧急返回基 地或紧急 着陆 时重 要机载 用电 设备工 作所 需的电能。二次电源是将飞机主电源的电能转变为另一种 或多种 形式 电能的 装置 , 以 满足机 载用 电设备对电能形式的不同需求。二次电源有集中供电和分散供电两种供电方式。集中供电的二次电源 , 其一台或两台二次电源给机上全部或一部分需要相同形式电能的用电设备供电 , 其中一台为主二次电源 , 另一台为备份二次电源。分散供电的二次电源 , 则是每个用电设备自己配备所需二次电源 , 有时 , 此二次电源设置于设备内部 , 称为设备内部电源或机内电源。有的飞机还配备备份电源 , 以增加电源余度。飞机电源系统的这种构成是为了 : 保证在各种条件下 , 机载用电设备能连续、 可靠地获得电能 ; 保证主电源正常工作时 , 提 供 高 质量 的 电能 , 而主 电 源故 障 时 , 保 证 飞机 能 应急 安 全着陆 ; 保证飞机具有足够的自足能力 , 在不依赖地面设备的支持下 , 可以自 行起飞 , 这对军 用飞机尤为重要 , 可提高其作战的机动性。五、飞机 配电 系统 的功 能与 构成飞机配电系统的主要功能是将飞机电源系统的电能传输并分配至机载用电设备 ; 同时 , 还具有保证配电系统出现故障时 , 防止故障蔓延 扩散的 控制与 保护 功能。飞 机配 电系统 由输 电线路、 供配电管理装置、 保护设备和检测仪表等设 施组 成。其中 , 电 能的传 输线 路称为 飞机 电网 , 电网中电能的汇集处称为汇流条 , 它是输电线路的一部分。飞机上一般设有电源汇流条和用电设备汇流条。电源汇流条是飞机电源系统中电 源输出 电能 的汇集 之处 ; 用 电设备 汇流 条是用电设备所需电能的汇集之处 , 用电设备的 所需电 能直接 来自 于用 电设备 汇流 条。电源 汇流条与用电设备汇流条之间的输电线路称为供电电 网 , 而 用电 设备 汇流条 到用 电设备 之间 的输电线路称为配电电网。输电线路中还设有控制电源和用电设备供电或断电以及控制供电线路切换的功率开关设备 , 如常规的断路器、 接触器或现代的固态功率控制器等。供配电管理装置是确定飞机配电系统输电线路中功率开关设备正确闭合或断开的控制管理中心。在正常状态下 , 它能实现供电电源的正常转换 , 如外部电源与 飞机主 电源 间转换、 辅 助电 源与主 电源 间转换、 外部电源与辅助电源间转换、 主电源间的相互转换等功能 ; 当主电源出现故障时 , 它能实现电源与汇流条间的切换 , 将故障主电源隔离 , 并保证机载重要用电设备的供电。按输 电线路 的电 网结构 形式 , 飞机配 电系 统可 分 为 集中 、 混 合、 分 散和 独 立 四 类 配电 方式。其 中 , 集 中配电 系统 中所 有 电 源 的 电 能 均 汇 集 于 中 心 配 电 装 置 , 并 联于 唯 一 的 公 共 电源汇 流条上 , 用电 设 备 也 将 由 此 获 得 所 需 电 能。 混 合 配 电 系 统 则 除 设 置 有 中 心 配 电 装 置外 , 还分 区设 置多 个分配 电装 置 , 大功 率用 电设 备直 接 由 中心 配 电装 置 供电 , 其 他 用 电设 备所需 电能 , 从 就近 的 分 配 电 装 置 获 取。 分 散 配 电 系 统 设 置 有 相 互 连 接 的 多 个 中 心 配 电 装置 , 系统 中每 个电源 的电 能传 送 至 最 近 的 中 心 配 电 装 置 , 大 功 率 用 电 设 备由 中 心 配 电 装 置供电 , 并 与就 近的 中心配 电装 置连接 ; 同时 设置 有分 配 电 装置 给 其他 用 电设 备 供 电 , 每个 分配电 装置的 电能 由就近 的中 心配 电装置 提供 。此 种 配电 方 式 下 , 用 电 设备 的 电 能 可 由多 个通路 获取。 独立 配电 是 指 供 电 系 统 中 , 每 个 电 源 各 自 设 置 配 电 装 置 和 相 应 用 电 设 备 相 连接 , 往往 由多 个