多电飞机与电力电子

2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学121世纪初的三种新飞机A380欧洲空客公司B787美国波音公司F-35美国洛·马公司多电飞机2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学2A380欧洲空客公司A380欧洲空客公司

空机重量：280,000公斤最大载客量：853人四发，双通道，双层发动机：4台涡轮风扇喷气式发动机

-罗尔斯-罗伊斯公司Trent900-发动机联盟GP720021世纪初的三种新飞机2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学3

空机重量：154,000公斤载客量：210~330人双发，双通道发动机：

-通用电气GEnx-劳斯莱斯(Rolls-Royce)Trent100021世纪初的三种新飞机B787美国波音公司2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学4F-35美国洛·马公司F-35美国洛·马公司21世纪初的三种新飞机

空机重量：12,020公斤标准的武器配备：2枚空空导弹和2

枚JDAM

Pratt&WhitneyJSF119-611加力涡扇发动机2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学5A380910kVAB7871460kVAF35250kW多电飞机的特点多电飞机特点之一：电源容量大飞机电源总容量：2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学62×1204×1502007560A380790/115*4×75/90*1990275/365A3406903×100/120*1990273MD-11560kVA+12kW4×601983151伊尔-764903×901971259DC-1032×75/904×75/90*1980/1985362-394B747-300/4002主电源为IDG，辅助电源为APU**辅助电源为双输出多电飞机2×604×601970362-394B747-2001备注辅助电源功率/kVA主电源功率/kVA始用日期最大起飞重量/t飞机型号序号多发动机客机电源额定功率**辅助动力装置与发电机组合*恒速恒频电源115/200VAC400Hz组合传动发电机IDG,75/90中75为额定功率，50%过载和100%过载以75kVA计，为112.5kVA和150kVA，90kVA时可长期工作。电源额定功率2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学7多电飞机2×2254×2502010163B787420kVA为变速恒频电源1202×120kVA+20kVA1995229B7773902×75/901982159B7672主电源为IDG，辅助电源为APU902×75/901983150A310-3001备注辅助电源功率/kVA主电源功率/kVA始用日期最大起飞重量/t飞机型号序号双发动机客机电源额定功率电源额定功率2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学8序号飞机型号发动机数最大起飞重量/t始用日期主电源功率/kVA辅助电源功率/kVA备注1F-15C23019742×40/50主电源为IDG2F-161161978405应急电源为5kVA3幻-200011719832020kVA为变速恒频电源4苏-272342×305F-2222719972×65kW22kW主电源和辅助电源270VDC6F-3512007250kWIPU*270VDC多电飞机*IPU组合动力装置是APU和应急动力装置EPU的组合。战斗机电源额定功率电源额定功率2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学9机械能液压能气压能电能多电飞机的特点多电飞机特点之二：飞机上的二次能源用电能代替现有飞机的二次能源多电飞机的二次能源机械能液压能气压能电能电能2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学10多电飞机的优点飞机发动机附件机匣的简化或取消是一个复杂的齿轮传动装置；将发动机的机械能传到各设备；包括滑油泵、燃油泵、液压泵、发电机、起动机。附件机匣2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学11集中式飞机液压能源的替代飞机舵面和其它机构的操纵集中式液压系统机电作动机构或电液作动机构提高飞机的可靠性生命力和经济性附件机匣传动的液压泵和飞机的液压管路多电飞机的优点2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学12不提取发动机压缩后的空气

电气加温和防冰设备；电动飞机环境控制系统（增压，温度和湿度的调节）；提取轴马力比引气更省燃油。多电飞机的优点2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学13大大提高可靠性多电飞机的优点2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学14APUASGsInstalledOnAPURating:225kVAFrequency:360–440HzWeight–dry:122.7lbs.MTBF:40,000FHMTBUR:30,000FHLiftingLugAlignmentPinInputShaftScavengeCoreSupplyCoreASG多电飞机的优点2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学15PneumaticDuctingandAssociatedSystemsEliminated多电飞机的优点2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学16B787——简化附件机匣，附件机匣上仅有起动发电机F-35的IPU——取消附件机匣，起动发电机和发动机组合于一体。起动发电机的应用简化取消附件机匣，省去了空气或燃气起动机及相关设备。2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学17不提取压流后空气内浆式起动发电机磁浮轴承分传式数字发动机控制系统多电发动机—多电飞机技术的核心多电发动机2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学18IPU和内装起动发电机2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学19对飞机和发动机做减法，卸去包袱，简化结构，简化地面支援设备；多电飞机建立在电工科技发展的基础上。多电飞机的特点多电飞机特点之三2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学20序号部件名称作动面积/m2作动功率/kW总功率/kW1副翼6×46×6362升降舵6×126×10603方向舵2×202×10204配平20550505襟翼与阻力板1501506起落架1751757机轮刹车和转向控制998作动系统总功率550A380飞机的操纵部件和作动功率2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学21序号设备名称数量单台功率/kW总功率/kW1电动液压泵4753002电动压气机4753003电动风扇225504制氮电动机150505调速电动机总功率700B787大功率调速电动机2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学22序号使用电能设备名称1230V360－800HzAC燃料泵2230V360－

800HzAC环境控制系统循环风扇3230V360－

800HzAC冰箱电动压缩机4115V360－

800HzAC设备冷却风扇5115V360－

800HzAC冰箱电动压缩机628VDC燃料泵B787使用的变频交流和28V直流电动机2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学23电气加温与防冰除冰用电量增大调速电动机和伺服电动机大量增加多台大功率起动发电机同时工作数字控制与通信网络广泛应用电源和配电系统可靠性要求大幅度提高，余度、容错、不中断供电系统逐步完善电气设备工作环境更恶劣多电飞机电气设备的特点2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学24ControlsOutputFilterCommonMotorStartController(CMSC)大功率调速电机控制器2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学25InputShaftRating:250kVAFrequency:360–800HzWeight–dry:203lbsMTBF:30,000FHMTBUR:20,000FHB787的起动发电机(VFSG)2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学26序号技术指标单位数据1结构型式旋转整流器式同步电机2额定电压VAC230/4003额定电流AAC3614额定频率Hz360-8005额定功率kVA2506过载能力%125%5'175%5''7功率因数cosφ

0.75-0.958极对数39转速r/min7200-1600010起动转矩Nm≮18011冷却方式喷油12效率%>9013电机干重kg9214平均故障间隔时间h30000B787VFSG的技术指标2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学27B787VFACS/G发电机电路图2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学28B787VFACS/G起动工作系统图2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学29机电作动机构的组成2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学30电液作动机构的构成2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学31电动环境控制系统压气机2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学32VFAC电源给调速电动机的供电2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学33自耦变压整流器（ATRU）的电路

输入电流正弦输出电压脉动小效率高

体积重量小不隔离2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学34A380、B787多电飞机的发电系统、二次电源及用电设备和电力电子紧密结合，是电机、机械、电力电子、传感器、控制理论和计算机及通信网络构成的集成机电系统。2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学35交流电机受频率的约束，结构优化困难，体积重量较大；交流电有有功和无功，均有线路损耗；交流导线有电阻和电抗，线路压降大；交流电源并联困难，无法实现不中断供电，且受电端电能质量不高；现代飞机非线性用电设备越来越多，交流电源对非线性负载的适应性差。飞机交流供电的不足2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学36二次大战时某些大型飞机使用110V直流电，遇到三个难题：有刷直流电机高空换向；开关电器高空断弧；直流电能变换和电压电流隔离检测。高压直流电在飞机上的应用电力电子学的发展克服了三个难题，1997年装备270V直流电源的F-22飞机升空。2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学37主电源2台65kW无刷直流发电机270V241A；辅助电源1台22kWAPU270V82A；28VDC电源3台2.1kW270/28VDC/DC，可并联；400Hz电源2台6000VA270VDC/400Hz115/200VAC；专用电源永磁发电机和AC/DC变换器构成三余度专用电源；备份电源蓄电池，用于起动APU。F-22的高压直流电源2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学38F-35飞机的开关磁阻起动发电机2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学39序号技术要求单位数据1电机结构开关磁阻起动发电机2额定电压VDC2703额定电流ADC9284额定功率kW2505过载功率kW3306工作转速r/min13456~222247起动转矩Nm≮1808冷却方式空心导体油冷9效率%≮8910重量kg46.6（电机本体）11平均故障间隔时间h20000250kWSRS/G技术数据2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学40工作环境温度400C工作转速>10000r/min视发动机功率大小转子内径>200mm对中大型发动机电机功率≥250kW平均故障间隔时间≮20000h。可选电机：开关磁阻电机电励磁双凸极电机发动机内装起动发电机2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学41序号内容TRUDC/DC1功能115/200VAC/28VDC270VDC/28VDC2输出电压有变化稳定在28V3效率80%>90%4功率密度低高5过载能力强弱变压整流器和DC/DC变换器2010-11-26第四届电工技术前沿问题学术论坛2010.11.25—27华中科技大学42固态功率控制器（SSPC）是高压直流电源的配电元件（主功率器件MOSFET）。功能：接通/断开电路； 返回状态信号； 配电线过流保护（安秒特性）； 短路电流快速切除； 配电线电弧故障保护； 与控制信号间电隔离；优点：使用寿命长，控制功率小，易于与计算机接口。缺点：通态压降大，特别是双向开关的SSPC。直流供电系统的配电元