第4章-交流电源系统.ppt

1、第四章 飞机交流供电系统,4.1 飞机交流供电系统概述,电源容量增加，需要提高电源电压以减轻系统重量工作环境限制随着飞机飞行高度的增加，直流电机炭刷和整流子的磨损变得越来越严重用电量增加，电机发热增加，需要效率更高的冷却方式电压和功率变换的要求,大中型民航客机采用交流电源系统的主要因素:,交流发电机没有换向器，特别是无刷交流发电机没有电刷和滑环，同时采用喷油冷却，工作可靠性大大提高；电源电压高，使得交流发电机的电网和设备重量减轻；交流电能易于变换，即易于变压和整流,交流电源系统具有如下优点:,飞机交流电源系统的主要形式,适用于采用涡轮螺旋桨发动机的中短程支线飞机。,变速变频交流电源系统,变频交

2、流发电系统简单体积重量小电能转换效率高,变频交流电优点:,恒速恒频交流电源系统,恒频交流电对飞机上的各类负载都适用，而且由于电源频率恒定，用电设备和配电系统的重量比变频系统轻，配电也比较简单；恒频交流发电机可单台运行，也可以并联运行，而且电气性能好，供电质量高,恒速恒频交流电源系统:,变速恒频交流电源系统,交-直-交交-交,电气性能好。VSCF电源输出频率恒定，精度高，无频率瞬变现象。系统损耗小而效率高使用维护性好可靠性高、使用寿命长,以机体为中线的三相四线制（现代飞机普遍采用）不接中线的三相三线制以单相为主而兼有三相的供电系统,电网连接形式:,以机体为中线的三相四线制,优点：电网轻；可提供两

3、种电压；控制、保护设备较简单。,缺点：单相用电设备的电压波形失真较大。,不接中线的三相三线制供电系统,优点：电网轻 电压波形失真小。,缺点：只能提供一种电压；某一相断路时，会发生“串联”故障。,优点：节省导线缺点：较多,以单相为主而兼有三相的供电系统,电压频率,交流供电质量的指标：,额定电压：交流电网：115/200V 发电机：120/208V 额定容量：交流发电机三相总视在功率 单位：千伏安（KVA）功率因数：额定负载时的功率因数 一般为：cos=0.75（感性）频率：一般为400HZ 转速：恒速恒频常见转速为6000、8000、12000、24000转/分（r/min）,主要技术性能,4.

4、2 恒速恒频交流电源,恒速恒频简称CSCF(Constant Speed Constant Frequency)核心装置：恒速传动装置 CSD(Constant Speed Drive),一、概述,功用：用来保持交流发电机转速基本恒定。分类：液压式、机械式、液压机械式、电磁 式、电磁机械式,功用和分类,恒装的安装位置,恒速传动装置的四个发展阶段,恒速传动装置发展,二、液压机械式恒速传动装置的主要组成,传动系统滑油系统调速系统保护系统,液压机械式恒速传动装置,液压泵-液压马达差动齿轮,传动系统组成,对齿轮系统起润滑作用对齿轮系统起散热作用作为液压泵与液压马达组件传递功率的介质,滑油系统作用,离心

5、调速器伺服油缸,调速系统组成,在恒速传动装置出现故障时，可以将发电机与恒速传动装置脱开，以保护整套机构不被损坏。,保护系统作用,三、液压机械式恒速传动装置的简要工作原理,定义：为保持发电机转速在额定值所需要的恒装输入轴转速(液压马达不转动）,制动点转速,2.正差动工作状态；恒装输入轴转速低于制动点转速时的工作状态 要点：液压马达起加速作用,3.负差动工作状态：恒装输入轴转速高于制动点转速时的工作状态 要点：液压马达（泵）起减速作用,1.零差动工作状态；恒装输入轴转速等于制动点转速时的工作状态 要点：液压马达不转动,液压机械式恒装三种工作状态,恒装输入轴转速低于制动点转速时，工作在正差动状态，液

6、压马达必须顺时针方向转动，使输入环形齿轮反时针方向转动，那么游星齿轮转速就加快，恒装输出转速增大。为了使液压马达顺时针方向转动，液压泵的可动斜盘应有正倾角，向左倾斜。这时，泵向马达打油，泵与马达组件中靠近读者的一边为高压腔，高压油从泵向马达流动，低压油则反方向流动，油这样流动时驱使马达顺时针方向转动，使恒装输出转速升高到发电机的额定转速。,正差动状态,恒装输入轴转速高于制动点转速时，工作在负差动状态，液压马达必须逆时针方向转动，使输入环形齿轮顺时针方向转动，那么游星齿轮转速就降低，恒装输出转速减小。为了使液压马达顺时针方向转动，液压泵的可动斜盘应有负倾角，向右倾斜。这时，定量马达向变量泵打油，

7、泵与马达组件中靠近读者的一边仍为高压腔，高压油从马达向泵流动，低压油则反方向流动，油这样流动时驱使马达逆时针方向转动，为马达工作状态，使恒装输出转速降低到发电机的额定转速。,负差动状态,离心配重式转速调节器伺服油缸,转速调节系统,调速系统,离心配重式调速器的传动齿轮是由发电机同轴传动的，即离心配重离心力的大小反映发电机转速的高低。分配活门控制油路，当发电机转速为额定值时，分配活门正好将三条油路堵住。离心调速器弹簧力的大小与调整螺钉的位置有关，改变调整螺钉的位置，就可以调整恒装输出轴的额定转速。,42,齿轮差动液压恒注方块图,四、液压机械式恒速传动装置的故障及保护,恒装监控装置,44,手动脱开机

8、构,3.2 直流发电机的电压调节,U=Cen-I R,发电机端电压,发电机转速,每磁极下磁通,结构常数,发电机电枢电阻,负载电流,问：如果不采取措施，在飞行中发电机的端电压能否保持恒定？为什么？,直流发电机的端电压,功用：在一定条件下自动保持发 电机端电压基本恒定。,电压调节器简称调压器,电压调节器,47,齿轮差动液压恒注方块图,48,五、组合传动发电机,49,4.3 变速恒频交流电源,简称VSCF(Variable Speed Constant Frequency)电子变换器 115/200V400Hz三相交流电,变速恒频电源系统,VSCF电源的构成方框,交交型交直交型,VSCF电源变换器有

9、两种类型,电能质量高，无频率瞬变现象；能量转换效率高，比CSCF高了近10%；旋转部件少，可靠性高；电源系统结构灵活，除发电机必须安装在发电机附件机匣内，其它部件安装位置可以按需放置；能够实现无刷起动发电；生产和使用维护方便，有利于减少飞机全寿命期费用,VSCF优点（与CSCF比较）,变速恒频交流电源系统,55,4.4 交流发电机电压调节,调节发电机励磁电流，使发电机调节点电压保持在规定范围内；电网短路时实现发电机的强励，使发电机能输出足够大的短路电流，保证电路保护器快速跳闸；实现发电机最大输出电流的限制,电压调节器应具备的功能,炭片式磁放大器式晶体管式 集成电路式,交流发电机电压调节器的种类

10、,工作可靠性能稳定稳态误差小动态品质高电压调节范围大体积小重量轻,晶体管调压器的优点,功率管与发电机励磁绕组的连接图,励磁电流的开关控制,励磁电流的开关控制,励磁线圈平均电压,定义：功率管在一个周期里的相对导通时间（导通时间与周期的比值）,晶体管的导通比(占空比),励磁线圈平均电压,励磁线圈平均电流,励磁线圈平均电压和平均电流,调压原理：在功率管的控制下，励磁电流的 平均值和功率管的导通比成正 比。改变功率管的导通比，即 可改变励磁电流，从而调节发 电机电压。,脉冲电压调节励磁电流方法,脉冲调频式,脉冲调宽式,保持脉冲宽度不变，仅调节脉冲的频率,脉冲频率保持不变，仅调节脉冲的宽度,晶体管的导通

11、比(占空比),晶体管调压器脉冲调节形式,当发电机输出电压相对于基准电压的变化时，调压器改变功率晶体管的导通比就可以调节励磁机的励磁电流，以补偿发电机电压的变化量。,4.5 交流发电机的并联运行,恒速传动装置之间不需要设置功率自动均衡装置，降低了系统的复杂性；电气系统中某一部分的扰动仅影响到与该台发电机有关的那一部分系统；由于不需要考虑发电机负载均衡的问题，可以充分利用单台发电机的全部容量调节、控制与保护设备简单，有利于提高系统的可靠性,交流发电机不并联运行的优点,交流发电机并联运行的优点,电压负载在供电的各发电机之间均匀分配多发电机系统中，一台发电机发生故障不会导致主系统停止供电；在某些使用条

12、件下，安装容量在给定的时间-电压干扰特性下，能满足更大的起动电流和尖峰负载的要求，同时能更有效地利用发电机的安装容量；并联系统可以使反延时的过流保护装置动作更迅速,交流发电机并联运行的条件,发电机的电压波形应与电网电压波形一致，为正弦波；发电机的相序应与电网电压的相序一致；发电机的频率应与电网频率相近（频差越大同步时间会越长）；发电机电压应与电网电压相近；发电机电压与电网电压间的相位差应小，以减小投入时的冲击,自动并联装置原理方框图,自动并联装置原理电路,交流发电机的并联运行,电网电压检测电路,检测电网上有无电压当电网上无电压时，即没有其它发电机连接在电网上，发电机可以立即投入电网；当电网上有

13、电压时它不会输出合闸信号,自动并联检测电路,通过敏感发电机与电网之间的差值电压来判断是否满足并联条件当并联条件满足时，就会发出令发电机并网的合闸信号,交流负载的自动均衡,保证并联运行的各发电机间负载相等 即：各台发电机输出的有功功率和无功功率相等,无功负载均衡(reactive load sharing),保持并联交流电源系统中各发电机的无功负载电流彼此平衡,1、正确取出信号；2、正确调整励磁；3、正确动作。,基本方法：调节发电机的励磁电流,基本要求：,无功电流均衡装置原理,有功负载均衡(real load sharing),保持并联交流电源系统中各发电机的有功负载电流彼此平衡,1、正确取出信

14、号；2、正确调节转速/频率；3、正确动作。,基本方法：调节恒速传动装置的输出转速/电源频率,基本要求：,有功电流均衡装置原理,4.6 飞机交流电源的控制关系,发电机励磁控制继电器(GCR)GCR：Generator Control Relay发电机断路器(GB)(又称为发电机接触器GC或发电机控制断路器GCB)GB：Generator Breaker GC：Generator Contactor GCB：Generator Control Breaker汇流条连接断路器(又称并联断电器)(BTB)BTB：Bus Tie Breaker外电源接触器(EPC)EPC：External Power

15、Contactor,控制与保护装置主要控制对象：,一、概述,1.发电机励磁控制继电器(GCR)：Generator Control Relay 控制发电机励磁电路的接通与断开，即决定发电机是否能够励磁发电；2.发电机断路器(GB)(又称为发电机接触器GC或发电机控制断路器GCB)：Generator Breaker/Generator Control Breaker 控制发电机能否投入电网并向各自的发电机汇流条供电，即决定发电机是否输出；,3.汇流条连接断路器(又称并联断电器)(BTB)：Bus Tie Breaker 它可将各发电机汇流条与同步汇流条或连接汇流条接通与断开，即决定发电机是否并

16、联供电或发电机汇流条之间是否交互供电；4.外电源接触器(EPC)：External Power Contactor 飞机停在地面，接上外电源时，它决定外电源是否向机上电网供电。,控制保护装置的作用:人工或自动地接通、断开或转换上述开关装置。控制:主要是根据供电方式的需要及一定的逻辑关系，控制上述那些发电机和电网的开关元件，以完成发电机和电网主要汇流条的接通、断开或转换工作。保护:一般是在发电机或电网局部出现故障时，有选择性地自动断开某些开关装置，使故障部分与正常供电系统隔离，防止故障扩大，保证系统正常供电。,飞机电源系统的控制保护器,继电器型磁放大器型晶体管型,二、单独供电的控制关系,1.地面外电源供电,2.APU发电机供电,3.主发电机供电,4.故障状态(正常),单独供电的控制特点,对每一汇流条而言，任一时刻只能有一种电源供电，后者供电时前者自动断开 不是连续供电，其供电可靠性较差（与并联供电相比）控制保护比较简单,三、关联供电的控制关系,关联供电的控制关系-并联,故障状态 1,故障状态 2,单独供电与并联供电的混合状态,并联供电的控制特点,通过同步汇流条实现并联供电 连续供电，供电