航空飞机电源系统教案(经典87页)

1第一章概述第一节飞机电源系统的发展概况飞机电源系统的作用:----产生和传输电能以提供机上各系统的各种用电设备用电（如飞行控制，飞行管理，雷达，通信导航，防冰加温，生活服务和照明等）。分类：1、机载电源主要以直流为主的早期的中小型活塞式发动机飞机，如安-2、运-5、立-2、伊尔-12和C-46飞机等，其28伏的低压直流电源由（活塞式）发动机经过减速器直接驱动直流发电机，28V低压直流电源系统，又配备有交流电源系统安-12、安-24、运-七、肖特-360和SAAB-340\ERJ-145等机型另外，应急电源由蓄电瓶提供，少量负载用的交流电源则由旋转变流机（直流直流电动机交流发电机交流）提供。2、以交流电作为主电源，直流电源从交流电网中经变压整流，稳压而获得涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机飞机的电源系统。在这些飞机上，交流电源系统采用了无刷交流发电机；每台交流发电机由相应的发动机通过恒速传动装置（CSD）来驱动，飞机上，恒速传动装置与交流发电机合为一体，成为所谓的整体传动发电机（IDG）。飞机上采用的晶体管调压，从而既降低了飞机设备的重量，又提高了系统的工作可靠性。控制电路在保留了某些继电器、接触器的基础上，增加了晶体管元件，集成电路和电子计算机，使系统自动化程度大大提高。数字、文字信息显示代替了过去的某些指示仪表；EICAS/ECAM一些主要部件都具有自检测功能。2波音777飞机的交流发电机最大120KVA；在757飞机上，应急系统还增设了RAT（冲压空气涡轮）驱动的交流发电机，其容量为7.5KVA，（HMG：A-340---2.5KVA）它与原有的电瓶、静变流机系统一同向飞机重要交、直流负载提供应急电源，大大提高了系统的工作可靠性。现代飞机电源系统组成：1、主电源：主电源系统是飞机上全部电器负载的能源；2、二次电源：二次电源是用来变换主电源的电压、电流和频率的电源设备，如变压整流器、变流机等；3、应急电源：应急电源作为一个独立的电源系统，当主电源失效时，由应急电源向机上重要用电设备供电；4、辅助电源：辅助电源系统只存在于大型飞机和某些中型飞机上，功用是在航空发动机不运转时，由辅助动力装置（APU）驱动发电机而发电，常用于地面检查，在空中也可用于给机上用电设备供电。此外，现代大多数运输机上都装备有地面交、直流电源插座，以供地面通电检查和发动机的起动。3第二节电源系统主要设备在机上的分布一、设备舱电气设备飞机上电源系统主要电气设备在设备舱的分布及安装，不同机型是有差别的。三叉-2E：主要的电源系统电气设备安装在前设备舱（如图1-2-1）这些设备有：主发电机控制组件（GCU）、APU发电机控制组件（APUGCU）、交流地面电源控制组件、变压整流器、电瓶、静变流机等。波音757：E/E主要的电源系统电气设备安装在主设备中心和后设备中心。主设备中心：IDG和APU发电机的控制组件（GCU），=（电源控制盒）汇流条电源控制组件（BPCU），电源配电板和两台主变压整流器；主设备中心前区：主电瓶及其充电机，静变流机；后设备中心：APU电瓶及其充电机，APU变压整流器。（如图1-2-2）（主要的电源系统电气设备功用）1、主发电机（IDG）、APU发电机电源控制组件具有控制、调压和保护功用；2、交流地面电源控制组件或汇流条电源控制组件（BPCU）具有供电控制、过压保护和逆相序保护。3、变压整流器是把作为主电源的交流电变换为低压直流电的装置。4、机上电瓶：可用于起动APU（波音757飞机的APU起动电源由独立的APU电瓶提供），5、主电瓶主要是作为应急电源，当主电源失效时，向机上重要用电设备供电。46、静变流机是应急电源的重要设备，当主电源失效时，由主电瓶通过静变流机提供单相交流电（115V）。图1-2-1三叉-2E飞机电源系统主要电气设备图1-2-2波音757飞机电源系统主要电气设备二、飞机上的电源控制、配电和指示装置（一）三叉-2E飞机1.电气控制面板（BE/C）----（如图1-2-3）（1）位置：驾驶舱右侧的随机控制板BE上，有一块分板C，这块面板称电气控制面板（BE/C），它是电源系统的主控面板。（2）布局：控制电门、安培表、伏特表、频率表，磁指示器和汇流条失效警告灯。（其特点是：面板上的指示和操纵装置仿照系统的实际布局，给人产生形象、直观的印象。）2.配电板--------图1-2-4三叉-2E飞机主配电板（BA）（1）位置：在驾驶舱和随机控制面板（BE）垂直相接处（2）布局：A、安装有由13块辅助面板组成的面板，称主配电板（BA）左侧6块辅助面板装配有交流电保险丝和跳开关；右侧7块辅助面板装配有直流电保险丝和跳开关。（面板旁标有字母，为便于查找，保险丝和跳开关尽可能按系统分布，并标有色标。面板内垂直安装有铜棒形的汇流条。）B、驾驶舱右壁下部，装配有飞行和灭火配电板，上面分布有飞5行系统的跳开关。C、前设备舱中，还有主交流配电板，直流配电板，电瓶配电板。这些板上装有保险丝、跳开关和接触器。（二）波音757飞机----图1-2-5波音757飞机电源系统面板1.驾驶舱顶板上的电气系统控制面板（P5）P5是电源系统的主控面板。面板上装有电源系统的控制装置和警告、指示装置（如图1-2-5），包括各控制电门和信号指示灯。特点：面板上的指示和操纵装置仿照系统的组成和实际布局，给人产生形象、直观的印象；控制电门是按压式开关，控制电门和信号指示灯组合在一起，形成灯组合开关。2、随机上的辅助电气系统控制面板（P61）P61-------------电源系统的辅助控制面板。主要安装有主发电机和APU发电机的励磁人工复位开关，三个开关也是按压式的灯组合开关。3、.EICAS指示装置图1-2-6波音757飞机电源系统面板EICAS电气/液压维护页EICAS电气/液压维护页中，显示当前电源系统中：（1）、主要参数：供电的交、直流电源的功率、电压、频率、电流和负载状况等；（2）、信息：以数字、文字形式显示电源系统的故障、状态和维护内容。4、配电板------图1-2-7波音757飞机配电板6主电源配电板（P6），左发电机电源配电板（P31），右发电机电源配电板（P32），APU发电机电源外部电源配电板（P34）。（如图1-2-7）第二章飞机交流电源系统第一节概述一、交流电源系统的主要优缺点（一）交流电源作为主电源的原因1.电源容量的增加，要求提高电压以减轻飞机重量1）容量增大，低压直流电系统的发电机，受换向条件的限制2）适当提高电源电压：减轻重量的最有效方法A、提高了电源电压，传输电流必然下降，就可以选择较细的传输线来减少导线的重量（P=U2/R）。B、交流电源系统中普遍采用无刷交流发电机，不存在换向问题2.飞机电源工作环境条件的变化，迫使采用交流电源（1）随着飞行高度的增加直流电机炭刷和整流子的磨损会越来越厉害。7（2）发电机冷却条件的要求。直流发电机一般都采用冲压空气冷却。随着飞行速度的提高，冲压空气温度也在提高，使得采用冲压空气对发电机冷却变得不可能；对发电机采用油冷，需要把冷却油通到转子上，因电刷和换向器不允许接触油液，使得技术上解决密封等问题变得十分困难。交流发电机的发热损耗主要发生在转子，冷却问题比较容易解决。无刷交流发电机发电机采用油冷效率高3.电压和功率变换的要求飞机上使用交流电的用电设备约占90%，所以，只需把10%的交流功率变换为直流电，使得变换能量的设备减少，功率损耗也减小。（二）交流电源系统的主要优缺点1.主要优点（1）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。最新的喷油冷却整体传动发电机（组合电源装置），把恒速传动装置和交流发电机组合为一个整体，使发电系统更先进更完善。（2）电源电压的提高，使交流发电机和电网设备重量大大减轻。(3）交流电能易于变换，即易于变压和整流。2.主要缺点（1）恒速传动装置结构复杂，造价高，维护困难。（2）交流电源系统的控制和保护设备比较复杂，特别是并联运行时的控制更为复杂。二、飞机交流电源系统的基本形式和主要参数飞机交流电源系统四个环节：发电供电系统输电8配电电网用电（一）飞机交流电源系统发电的基本形式取决于发动机到发电机的传动方式，分变频和恒频交流电源系统两大类。A、交、直流并存的螺旋桨飞机上，一般采用变速变频交流电源系统；B、现代大型涡扇发动机飞机上则广泛采用恒速恒频交流电源系统IDG；C、最新的变速恒频交流电源系统只在少数的波音737-300/500型飞机上试用，波音777后备发电机。1.变速变频交流电源系统在变速变频交流电源系统中，交流发电机是由发动机通过减速器直接驱动的；其输出交流电的频率是随发动机转速的变化而变化的。以这种发电机发电作为主电源即构成变速变频交流电源系统。图2-1-1a发动机转速减速器转速交流发电机变频交流电变速变频交流电源系统不需要恒速传动装置，因而系统结构简单，重量轻，可靠性高，维护方便，效率高。这种电源系统的主要缺点是发电机之间不能并联供电。变速变频交流电源系统适用于装有涡轮螺旋桨发动机的飞机或直升机，因为涡轮螺旋桨发动机的转速变化范围很小，所以发电机输出电压的频率变化范围也很小。2.恒速恒频交流电源系统----广泛的应用在恒速恒频交流电源系统中，交流发电机是由发动机通过恒速传动装置（CSD）驱动的,其转速是恒定的，它向汇流条输出恒频交流电。如图2-1-1b9发动机转速CSD恒速交流发电机恒频交流电恒速恒频交流电源系统主要优点是：（1）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，使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。（2）恒频交流发电机可单台运行，也可以并联运行，其电气性能好，供电质量高。由于恒频交流电所具有以上的优点，及恒速传动装置在设计制造上取得了较大的进展，整体传动发电机（IDG）的出现，使得恒速恒频交流电源系统在现代飞机上得到了广泛的应用。恒速恒频交流电源系统适用于涡喷、涡扇发动机飞机。因为涡喷、涡扇发动机最低转速与最高转速之比高达13，如果不采用恒速传动装置来稳定转速，发电机输出的交流电压是不能满足要求的。3.变速恒频交流电源系统随着电子电气技术的高度发展，不采用恒速传动装置的变速恒频系统已由试验研究进入了装机投入航线的使用。现在采用的变速恒频系统是交1-直-交CF系统，即由发动机带动交流发电机产生变频交流电，经过整流为直流，再逆变为所需频率和电压的交流电，作为飞机的主电源。（二）飞机交流电源系统的供电方式交流电源系统的供电方式一般可分为两类：单独供电并联供电。1.并联供电将多台频率相同的交流发电机并联起来，同时向机上所有汇流条供电，称为并联供电。其优点是发电机的利用率高，系统可10靠性好；但是，并联系统的控制和保护设备复杂。2.单独供电在正常状态下，每台发电机单独向各自的汇流条供电，只在故障时才实行转换，这种供电方式称为单独供电。其优点是控制和保护设备比较简单；但是，它在一台发电机故障需要转换为另一台发电机供电时，汇流条会瞬间中断电源。（三）交流电网供电馈线的连接方式电网供电馈线是指把电能从发电机输送到汇流条的供电线路。发电机和供电馈线连接方式：1）、可构成单相交流电源系统2）、三相交流电源系统。1、单相交流电源系统它以一根馈线将电源连接到汇流条，另一根则利用飞机壳体形成回路。2、三相交流电源系统主要有以下几种连接形式。1）、中线接机体的三相三线制---如图2-1-2中线接机体的三相三线制交流供电系统。它实际上相当于三相四线制，只是利用机体作中线而省去一根导线。这种供电系统重量比较轻，单相负载的通、断及保护装置也比较简单，对飞机壳体的最大电压只是相电压，所以对机上人员比较安全。这种形式是现代飞机上普遍采用的供电形式。图2-1-2以机体为中线的三相三线制供电系统示意图112.没有中线，中点不接地的三相三线制中点不接地的三相三线制交流供电系统如图2-1-3。在这种系统中，单相负载的电压只有单一的线电压，没有相电压，这是该系统的缺点。图2-1-3中点不接地的三相三线