飞机直流电源系统PPT课件

第三章飞机DC供电系统3.1概述3.2飞机DC发电机3.3飞机DC发电机的电压调节3.4电源的并联运行3.5飞机DC电源的控制和保护3.6起动发电系统3.7高压DC供电系统3.1 DC主电源飞机供电系统概述。两种类型：28V低压DC电源；270伏高压直流电源。它由主电源、辅助电源、应急电源和二次电源组成。主电源的发电机通常是由航空发动机直接驱动的直流发电机。大多数辅助电源是航空电池，也有计划使用辅助电源设备来驱动发电机。大多数应急电源是航空电池，但也有应急发电机的情况。飞机DC供电系统的二次电源在早期主要是旋转变流器，但现在逐渐被静态变流器所取代。3.2、飞机DC发电机额定电压为30V，额定电流有100、200、300、400和600A以上，相应的额定容量为3、6、9、12和18kW。表3.2.1飞机DC发电机重量/功率比，发电机特性空载特性：外部特性：随着电流增加，电枢电路的电阻压降增加，导致端子压降。感应电势与每极磁通量成正比。随着电流的增加，电枢反应的退磁效应将降低每极磁通量，导致感应电势下降，端电压进一步下降。对于并联励磁发电机，励磁绕组和电枢绕组并联，端电压的下降使励磁电流成正比下降，每极磁通下降，感应电势和端电压进一步下降。当带有电压调节器的发电机的负载电流超过一定值时，励磁电路的外部电阻，即电压调节器的等效电阻达到最小值，当负载增加时，励磁电流不能再增加，发电机的电压不能继续保持在额定值，而是根据自然的外部特性而变化。3.2.3飞机DC发电机的类型是电刷：换向中存在电刷磨损和电刷火花等问题，限制了电机功率的增加。无刷：简化了电机的机械结构，提高了电机的高空性能和可靠性。有两种类型：电磁和永磁。永磁无刷DC发电机转子：永磁材料，永磁电机不能通过退磁实现内部短路保护，通常发电机在内部短路时通过跳闸机构与原动机断开。定子部分：电枢绕组：双Y绕组三相晶闸管整流桥：两套整流电路，减少发电机输出DC电压的脉动，减少滤波电路的体积和重量。平衡电抗器和滤波电容器：图3.2.2永磁无刷DC发电机主电路1-发电机永磁转子；2-双Y电枢绕组；3-晶闸管整流桥；4-平衡反应器；5-滤波电容，2。电磁无刷DC发电机电磁无刷DC发电机的一种方案由三级电磁无刷交流同步发电机和二极管整流桥组成。电磁无刷交流发电机由永磁辅助励磁机、交流励磁机、旋转整流器和主发电机组成。交流励磁机的电枢在转子上，产生的三相交流电由旋转整流器整流后供给主发电机的励磁绕组，因此不需要电刷和滑环。电磁无刷DC发电机的输出电压是通过调节励磁绕组的电流来实现的。主发电机电枢采用六相双Y绕组，可降低输出电压脉动和电机损耗。3.2.4飞机DC发电机冷却通常采用强制吹风，发电机冷却空气流量由发电机损耗、允许工作温度、导热系数、电机内空气分布的合理性、冷却空气的温度和密度等因素决定。发电机额定功率相同，损耗大，效率低，需要冷却的空气量大。如果电机内部的空气分布合理且加热均匀，则流量可以更小振动型电压调节器和碳片式电压调节器、晶体管型电压调节器一样，在导通期间，电流增加，激励电流用i1表示，在末级管截止期间，电流衰减，激励电流用i1表示、A和B是积分常数，由初始条件决定。当t=0，Ij1=Ij0，则：t=ton，此时，ij1=ij2，在稳态下，当t=t，ij2=Ij0，使、励磁电源电压EC和电机励磁电阻rj不变，平均励磁电流ij只与导通比DC成正比。DC=0，Ij=0；DC=1，=，励磁电流平均值，3。励磁电流和波动率的波动。励磁电流的波动会导致发电机输出电压的波动。波动量必须减少。脉动率通常用于判断脉动的程度。脉动率是脉动电流的峰峰值与电流平均值之比的百分比。励磁电流脉动的峰峰值为t=ton、4时。晶体管调压器示例，3.4电源DC电源与电网并联运行条件：电源极性与电网相同，电源电压与电网电压相同。图3.4.1两个并联的DC发电机的原理图，如果调节器有调节误差，也称为静态差，调节点电压与调节器设定电压U01和U02的关系为u1=u01-k11u2=u02-k2i2，为了使两个电源承受相同的负载，需要设定电压u01=u02正连接电阻r1=r2。调压器静态差K1=K2。飞机DC供电系统中的发电机和电压调节器的型号一般是相同的，但即使如此，也不容易在两个电源之间精确地满足上述条件，因此每个发电机的负载是不同的。自动平衡电路的负载平衡分配是提高并联电源容量利用率的基本条件，因此必须采用自动平衡电路。如果下电路的输入阻抗为无穷大，则并联两台发电机的供电系统中两台发电机的负载电流分别为：如果电路结构及相关的调节和平衡参数相同，即r 1=r 2，K1=K2，1=2，则两台发电机之间的电流差将与负载电流I无关，仅与调节器的调节电压有关，由此产生的电流差小于无平衡电路时的电流差。3.4.3发电机和蓄电池并联运行，如图3.4.4所示发电机和蓄电池并联运行，(1)如果负载电流为零，发电机给蓄电池充电，充电电流等于发电机输出电流，IF=Ib=Ib0，母线电压为uno。(2)负载电流为In1，发电机除向设备供电外，还向蓄电池充电，输出电流为IF1，母线电压降至Un1，蓄电池充电电流降至Ib1，In1=IF1-Ib1。(3)当负载电流增加到一定值时，母线电压降UN2等于电池电动势Eb，电池充电电流为零，负载电流In2完全由发电机提供，In2=IF。(4)当负载电流超过In2后，负载电流由发电机和蓄电池共享，母线电压进一步降低。图3.4.8电量不足的电池(曲线5)不适合与发电机并联运行，(5)曲线5是电量不足的电池的外部特性。电量不足的电池不仅不能在飞机上起到应急电源的作用，而且与发电机并联时充电电流大，一方面会降低电池的使用寿命，另一方面在小负载下会使发电机过载。因此，不允许在飞机上安装电量不足的电池。3.5、DC飞机低压DC供电系统的电源控制和保护保护是指发电机的反向电流保护、过电压和过励磁保护、反向极性保护、过载保护和短路保护等。确保发电机和母线可靠连接、断开或转换；确保故障部分与电网可靠分离。3.5.1飞机DC发电机的控制和防电流保护控制功能：发电机接触器，接通或断开发电机输出电路接通条件：发电机开关接通，接地电源开关断开，发电机电压大于电网电压0.30.7V，发电机极性正确相和断开条件：发电机开关断开，接地电源开关接通，发电机反向电流(1535A)，发电机反向相或，反向电流隔离开关：CJ400和CJ600芯：DR，差动极化继电器，是接通电压差和断开反向电流值的检测元件。如果电网上没有其他电源，则电网需要连接超过1W的负载。3.5.2飞机DC发电机过电压保护过电压：励磁电路或调压器故障。发电机被消磁，发电机与电网断开。并联系统：过压导致电机承载更多负载，导致其电压不一定超过极限范围。发电机的过电压故障不能通过检测调压点的电压来判断。通常是通过检测发电机励磁绕组的电压来判断的。过压保护根据持续过压的抗延迟特性动作，但不应针对瞬态电压动作。过电压保护器：BJD-1A，3.5.3飞机DC发电机的短路保护由于电线绝缘损坏、接线不当、战斗损坏等原因，飞机DC网络可能导致短路。短路有两种类型：金属易熔短路，具有短路电阻小、电流大、短路时间长等特点。间歇性短路、金属飞溅引起的短路点或振动引起的金属导体的间歇性碰撞。短路使电源无法正常供电，甚至导致火灾。目前，低压DC电源的短路保护主要是通过反向电流保护器和熔断器来实现的。所用的保险丝通常很难熔断，当通过发电机的额定工作电流时，可以长时间工作。当通过电流超过额定电流时，它会熔断，电流越大，熔断越快。3.6起动发电系统3.6.1航空发动机的起动特性及其起动要求活塞型和燃气轮机型都不能自行起动工作。他们只有在外力作用下达到一定速度后才能独立工作。将发动机从零转速移动到自动运行转速的过程称为发动机起动。活塞式航空发动机达到50 60r/min，喷油点火后可自行工作。这个转速并不高，但是因为活塞在气缸中运动时具有很大的摩擦力，所以压缩气缸中的空气也需要相当大的力来运动，所以需要很大的外部扭矩来旋转发动机。燃气涡轮发动机通常被称为喷气发动机，它由压缩机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成。它没有滑动摩擦，所以静阻力矩不大，但发动机可以在更高的速度下独立工作。通常，发动机转速应该达到最大工作转速的13%左右。只有当发动机驱动的油泵的速度达到足以雾化喷射到燃烧室的燃料时，发动机才能点火并使油气混合物燃烧。点火后，涡轮从吸收功率变为输出功率，其输出功率随着转速的增加而增加，进而驱动压缩机旋转。为了防止发动机过热，发动机转子必须尽快加速，以便压缩机能够进入更多的冷空气来冷却发动机。因此，起动机需要继续驱动发动机转动，只有当转速达到发动机最大工作转速的35%时，发动机才能自行工作。这种转速称为自持转速。只有在这之后，启动器才能停止工作。喷气发动机的最高工作速度为10，000-20，000转/分钟，自持速度约为3，500-7，000转/分钟，远远高于活塞式发动机。3.8、高压DC供电系统高压DC供电系统的电源主要由无刷DC发电机和发电机控制器组成。无刷DC发电机实际上是无刷交流发电机和整流滤波电路的组合。有两种组合：一种是无刷交流发电机和不可控整流滤波电路的组合。例如，F-22采用了这种方案。其次，无刷交流发电机和可控整流滤波电路的结合是一种新开发的方案。后者的优点是它具有双重功能开关磁阻电机结构简单，性能优越，可靠性高，具有以下特点：(1)转子极其简单，无永磁钢，无绕组，电机制造成本低；(2)调速范围广，效率高；(3)高容错性；(4)对高温环境适应性强。高压DC供电系统的供电系统由270伏DC供电系统和固态配电系统组成。供电系统由主电源、辅助电源、二次电源和应急电源组成。由于高空灭弧困难，普通接触开关电器不能使用。在飞机高压DC电源系统中，只能使用固态功率控制器或没有触点的混合功率控制器。同样，DC发电机和带换向器的电动机不