航空供电系统初步理解.docx

一、航空供电系统：供电系统是电能的产生、变换、输送、安排部分的总称，通常分为电源系统和输配电系统L用电设施分类：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掌握设施。2.机上人员生活和工作所需设施。3.完成飞行任务所需的设施。二、飞机供电系统的组成：1）飞机电源系统：主电源、帮助电源、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；是机上全部用电设施的能量来源b）帮助电源： 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 类型：航空蓄电池、APU.G 作用：航前I后预备、起动主发动机等c）应急电源 工作条件：飞行中主电源和帮助电源全部失效 供电对象：关键负载 类型：航空蓄电池BAT、静变流器INV、d）二次电源：类型：DCAC:旋转变流机、静止变流器AC-DC：变压整流器DC-DC：直流升压机、直流变换器2）掌握及爱护装置：电源的掌握包括对发电机进行调压、发电机的励磁掌握、发电机的输出掌握、发电机的并联掌握和汇流掌握等。电源的爱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、电源安排系统、短路爱护器三、飞机供电系统的主要类型及进展历程1 .类型：现有的沟通供电系统，依据所应用沟通电能产生气理与参数特点分为恒速恒频交流供电系统、变速恒频沟通供电系统和变频沟通供电系统。其中，恒速恒频系统输出沟通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，发电机产生变频沟通电能，系统输出的恒频沟通由电子变换器实现；变频系统则输出变频沟通电能，发电机不恒速，供电系统向用电负载直接供应的是发电机产生的变频交流电能。在某些飞机上，依据其用电设施对电能类型及其用电量的详细需求，同时存在直流和沟通电能形式的两种主电源，供电系统同时供应直流和沟通两种形式的电能，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施供电的状态。依据系统电能传输安排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施供应电能，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施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全部主电源装置共同的汇流条，全部主电源装置产生的电能都输送至此，全部机载用电设施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纳分组并联的形式，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施分别供电，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施的质量、体积、大小和性能有亲密关系。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、人员平安性、高空工作牢靠性等，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0.2mm9;除这些技术因素之外，经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28V。而已有少数飞机采纳了高压直流供电系统，其额定电压值为270Vo飞机直流供电系统的供电线路连接方式，大多数都采纳负线接地，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 .沟通供电系统重要参数：沟通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始终随航空技术的进展和机载设施与用电量的增加而不断提高。早期飞机采纳直流供电系统，借用汽车电源技术，电压为12V。随后，由于飞机设施与用电量增多而采纳了28V电压。可飞机设施与用电量依旧增长，迫使供电系统额定电压值必需提高。然而z100V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115/200V、400HZ恒频沟通供电系统诞生。其中z115/200V就是目前飞机恒速恒频三相沟通供电系统的额定相电压/线电压值。随着飞机设施与用电量的连续增加，供电系统的额定电压值仍需不断提高，230/4OoV、400Hz三相沟通供电系统是一个进展趋势，然而考虑到人员平安性、高空工作牢靠性、短路电流与航空技术进展对供电系统的要求等因素，高压交流不肯定是优选方案。得益于无触点固态功率掌握器和无刷直流发电/电动机的消失，在飞机供电系统领域研制胜利了高压直流体制，即高压直流供电系统，其额定电压值为270Vz正好是115V三相沟通电三相全波整流后的直流电压值。沟通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。沟通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23对极为宜，如转速为1000020000rmin,则频率以400HZ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400600Hz,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IOOoO20000rmin,飞机广泛应用恒速恒频沟通供电系统，其频率的额定数值为400Hzo沟通供电系统一般都采纳三相结构，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120°,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，其沟通系统也可采纳单相结构。飞机三相沟通供电系统供电线路的连接方式一般都采纳三相四线制，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施所需的电能，以保证机上各种用电设施工作时电能的供应。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施组成。飞机主电源是飞机正常工作状态时，为各种机载用电设施供应电能的系统，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，其工作牢靠性较高。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施则由帮助电源或外部（机场地面）电源通过外部电源插座来供应电能。帮助电源有航空蓄电池和帮助动力装置两种类型。小型飞机大多采用航空蓄电池，大型飞机采用帮助动力装置的居多。帮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施组成。工作时，启动小型机载发动机，使发电机发电或使液压泵供应增压油，给用电设施、液压气压设施供电、供油。小型机载发动机通常由电动机启动。帮助动力装置一般在地面工作，但也有在空中工作的状况。飞机航空发动机起动阶段，机载用电设施所需的电能由外部（机场地面）电源供应。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，仅能保证供应飞机紧急返回基地或紧急着陆时重要机载用电设施工作所需的电能。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，以满意机载用电设施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施供电，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，则是每个用电设施自己配备所需二次电源，有时，此二次电源设置于设施内部，称为设施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，机载用电设施能连续、牢靠地获得电能； 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力量，在不依靠地面设施的支持下，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安排至机载用电设施；同时，还具有保证配电系统消失故障时，防止故障集中集中的掌握与爱护功能。飞机配电系统由输电线路、供配电管理装置、爱护设施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，电网中电能的汇合处称为汇流条，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施汇流条。电源汇流条是飞机电源系统中电源输出电能的汇合之处；用电设施汇流条是用电设施所需电能的汇合之处，用电设施的所需电能直接来自于用电设施汇流条。电源汇流条与用电设施汇流条之间的输电线路称为供电电网，而用电设施汇流条到用电设施之间的输电线路称为配电电网。输电线路中还设有掌握电源和用电设施供电或断电以及掌握供电线路切换的功率开关设施，如常规的断路器、接触器或现代的固态功率掌握器等。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施正确闭合或断开的掌握管理中心。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、外部电源与帮助电源间转换、主电源间的相互转换等功能；当主电源消失故障时，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施的供电。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，还分区设置多个安排电装置，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，每个安排电装置的电能由就近的中心配电装置供应。此种配电方式下，用电设施的电能可由多个通路猎取。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，往往由多个集中配电子系统或混合配电子系统组成0正常情况下，各配电子系统互不相通，而当系统中某个配电子系统故障时，其用电设备的供电路径将被切换，改由其他子系统或几个其他子系统提供电能。按配电的掌握管理方式，飞机配电系统又可分为常规、遥控和固态三种类型。常规配电，配电盘置于飞机座舱内，需将功率输配电线路引入座舱，仅小型飞机采纳。遥控配电，其配电盘置于飞机座舱外，配电系统中的功率开关设施，其通断控制由遥控方式实现，仅掌握信号线路引入座舱，对现代大、中型飞机适用。固态配电是应用计算机多路传输技术来实现对配电系统中功率开关设施的通断掌握，与遥控配电相比，它不需要众多掌握线，提高了配电系统的自动化程度和牢靠性。固态配电自20世纪80年月以来得到较大进展，现已逐步应用到先进飞机供电系统中。依据不同场合和技术要求，飞机供电电网有开式（辐射式）、闭式和混合式种供电形式。开式供电形式，用电设施汇流条仅能从一个方向获得电能；闭式供电形式，用电设施汇流条能从两个或两个以上方向获得电能；混合式供电形式，则有仅能从一个方向获得电能的用电设施汇流条，也有能从多个方向获得电能的用电设施汇流条。