飞机电源

航空器电源工程系郭炜目录1.1概述1.2航空蓄电池1.3飞机发电机传动与发电1.4飞机电源系统的并联运行1.5飞机发电机调压、控制与保护1.6飞机二次电源与应急电源1.7飞机地面电源1.1概述一、飞机电源系统的组成1、主电源—指由发动机传动的发电系统供电对象：机上全部电气负载2、辅助电源和地面电源工作场合：辅助电源—地面或空中（备用电源）地面电源—地面辅助电源的种类：航空蓄电池和辅助动力装置传动的发电机（即APU．G）。3、应急电源—飞行中主电源全部失效，给关键设备供电应急电源种类：应急直流电源—航空蓄电池应急交流电源—冲压空气涡轮发电机、静变流器4、二次电源—主电源经过变换形式后得到的电源种类：AC→DC：变压整流器（TRU）DC→AC：旋转变流机、静止变流器二、飞机（主）电源系统的主要类型1、低压直流电源系统主电源：发动机直接传动的直流发电机，调定电压为28V。低压直流电源系统的特点：①电压低，电流大，因此发电机及馈线重量大；②高空性能差（速度、高度—散热、磨损）；③功率变换设备（DC—AC）复杂，效率低；④可以兼作起动发电机，减轻机载设备的重量。2、变速变频交流电源（VSVF）结构示意图：发动机—变速器—发电机特点：由同步发电机的公式f=pn/60可知，此时交流电的频率是变化的适用场合：涡浆飞机3、恒速恒频交流电源（CSCF）结构示意图：发动机—恒装—发电机特点：有恒装，成本高；恒频。适用场合：喷气式飞机4、变速恒频交流电源（VSCF）结构示意图：发动机—发电机—变频器特点：无恒装，维护方便；过载能力差。适用场合：各式飞机三、飞机电网的连接方式1、低压直流电源系统单线制。直流发电机的负线接到机体上特点：减轻电网重量。2、交流电源系统—有两种连接方式：①以机体为中线的三相四线制（图1-2）优点：有两个电压可供选择；发生故障时，对机上人员较安全。②无中线的三相三线制（图1-3）特点：只有一个电压；故障时对机上人员更危险四、供电方式：1、低压直流电源系统—都是并联供电：发电机-发电机或发电机-蓄电池并联图1-2以机体为中线的三相四线制图1-3无中线的三相三线制四、飞机电源系统的参数1、直流电源—电压：28．5V2、交流电源：①电压：115/200V或120/208V考虑因素：a、功率及发电和配电系统的重量：U↑→重量↓b、馈线允许压降及强度：U↑→I↓→导线细→线路压降↑；同时导线强度↓c、人员安全性：U↑→安全性↓②频率：400Hz依据：a、电磁设备的重量：对变压器：f↑→重量↓对旋转电机：在400Hz左右重量最小。b、对开关设备，400Hz时交流电弧易熄弧。③相数：3相优点：a、发电机：功率相同时，三相发电机更小；b、电动机：三相电动机性能优于单相电动机；c、可以提供两个电压：相电压和线电压；五、飞机交流电源的优点：①电压高，电流小，发电及输电系统重量减小；②无电刷，无磨损，可采用油冷，高空性能好；③功率变换容易，效率高。1.2航空蓄电池1.2.1航空蓄电池的种类、构造和功能1、种类：①酸性蓄电池—电解液为硫酸水溶液，如铅酸蓄电池②碱性蓄电池—电解液为氢氧化钾或氢氧化钠水溶液，如镍镉蓄电池和银锌蓄电池2、构造：单体蓄电池（如图1-4示）①正、负极板—金属栅架，上涂参加化学反应的活性物质，疏松多孔状。图1-4蓄电池的构造②隔板—绝缘材料，有孔，防止正、负极板短路③电解液—硫酸或氢氧化钾水溶液④容器—耐腐蚀材料制成参数：①电动势—Eb，取决于材料、电解液浓度等，单体蓄电池的Eb较小；②电压—Ub，与放电程度有关③内阻—Rb，与材料、极板间距离有关三者关系：Ub=Eb－IbRb④容量—电瓶充足电后所能放出的最大电量，Q=Iet，Ie—额定电流，t—放电时间，单位：安培·小时（Ah）因素：极板大小及数量，即活性物质的多少；3、功能：①用作辅助电源，起动发动机；②用作应急电源，向关键设备供电1.2.2蓄电池的工作特性一、蓄电池的放电特性1、铅蓄电池材料：正极板—二氧化铅（PbO2）负极板—铅（Pb）电解液—硫酸+水（H2SO4+H2O）放电条件：接通负载化学反应方程式：PbO2+Pb+2H2SO4→2PbSO4+2H2O放电结果：①正负极板生成硫酸铅，内阻增大，电压下降；②消耗硫酸，生成水，电解液浓度减小；2、镍镉蓄电池材料：正极板—氢氧化镍（Ni（OH）3）负极板—镉（Cd）电解液—氢氧化钾+水（KOH+H2O）化学反应方程式：2Ni（OH）3+Cd+2KOH→Cd（OH）2+2Ni（OH）2+2KOH放电结果：①消耗的氢氧化钾=生成的氢氧化钾，电解液浓度不变；②水未参加化学反应，高度不变；3、放电曲线及放电特性放电曲线如图1-5示：特性：铅蓄电池—电压下降快，且与放电电流有关镍镉蓄电池—电压变化平稳，性能好；二、蓄电池的充电特性充电条件：外接直流电源，极性相同充电方程式：①铅蓄电池：2PbSO4+2H2O→Pb+2H2SO4+PbO2图1-5放电特性②镍镉蓄电池：Cd（OH）2+2KOH+2Ni（OH）2→Cd+2KOH+2Ni（OH）3结论：充电和放电是逆反应充电方式：两种①恒流充电—电瓶充电器充电，调整电压使电流保持恒定，充电时间长，机上或车间②恒压充电—直流发电机充电，充电时间短，适合起动发电机，但不能充满电。1.2.3航空蓄电池的故障及其维护1、铅蓄电池的故障①自放电严重。原因：有杂质，形成微电池；温度高，使正常自放电加速；极柱间有灰尘、水汽，形成放电通路。②极板硬化。原因：充电不足，未彻底还原；液面低，在空气中被氧化③活性物质脱落。原因：大电流充、放电；温度高；震动。存放方法：充足电后存放性能特点：成本低，体积大，重量重，寿命短2、镍镉蓄电池的故障内部短路—只出现在寿命后期。存放方法：充足电后存放性能特点：放电电压平稳，故障少，寿命长，成本高3、蓄电池使用注意事项①酸性和碱性蓄电池应互相隔离；②以上两种蓄电池应充足电后存放，电解液面高于极板；③清洁、通风、防火；1．3航空发电机传动与发电1.3.1航空发电机传动传动方式有两种：直接传动和通过恒装传动一、直接传动：与发动机的种类和电源的类型有关电源种类：直流电源、VSVF交流电源二、通过恒速传动装置（CSD）传动发动机种类：涡喷发动机电源种类：CSCF交流电源三、恒装的组成及工作原理恒装由五大部分组成：⑴差动游星齿轮系：直接传递发动机的转速，该转速随发动机转速的变化而变化；⑵液压泵-液压马达组件：补偿发动机转速的变化；⑶滑油系统：润滑、散热作用外，是液压泵-马达组件传递功率的介质。⑷调速系统：敏感恒装输出轴的转速，自动调整液压泵可变斜盘的倾角γp。⑸保护系统：当恒装故障时将其与发动机脱开，或使发电机与电网断开。1、差动游星齿轮系(图1-6)恒装输出转速n0与其输入转速ni、液压马达转速nm的关系为：n0=k1·ni—k2·nm结论：恒装的输出转速取决于恒装的输入转速和液压马达的输出转速。图1-6差动游星齿轮系的传动关系1-轴承；2-液压泵传动齿轮；3-可动斜盘；4-轴承；5-球形轴承；6-端部滑块；7-销片；8-柱塞；9-中心弹簧；10-缸体；11-轴承；12-分油盘；13-固定斜盘；14-销子；15-液压马达输出齿轮；16-弧形槽；17-进出油口2、恒速传动装置的三种工作状态①零差动（零补偿）工作方式制动点转速—指恒装的输入轴转速条件：a、液压马达不转动即nm=0；b、恒装的输出转速为额定值；这时恒装的输入轴转速niz称为制动点转速，恒装的这种工作状态称为零差动（零补偿）工作方式。②正差动（正补偿）工作方式工作情况：a、恒装输入轴转速低于制动点转速；b、液压马达输出齿轮顺时针方向转动；c、恒装输出轴转速加快；③负差动（负补偿）工作方式工作情况：a、恒装输入轴转速高于制动点转速；b、液压马达输出齿轮逆时针方向转动；c、恒装输出齿轮转速下降；3、液压泵-液压马达组件：简单构造：圆柱形缸体、柱塞孔、柱塞、可动斜盘、固定斜盘、分油盘工作原理：泵的打油量为Qp=Cp·np·tgγp结论：液压泵的构造一定时，泵的打油量与泵的转速和斜盘倾角有关；可调量：γp⑵液压马达：功能：液压能→机械能结论：液压马达的转速nm的大小和方向受液压泵可变斜盘倾角γp的控制4、转速调节器（图1-7）功能：敏感恒装输出轴的实际转速，自动调整液压泵可变斜盘的倾角γp。组成：两大部分：离心配重式调速器和伺服油缸⑴输出过速时的调节恒装状态：任意正差动工作方式负差动工作方式CSD转速调节器（a）输出过速（b）输出欠速图1-7恒装转速调节器分配活门：恒装的输出转速升高,离心力增大,离心配重开角增大,拨杆使分配活门下移。伺服活塞：伺服油缸大腔与回油路相通,大腔油压下降，活塞受定压油和弹簧力的作用向左移动。液压泵可变斜盘倾角γp—恒装的状态：①正差动时，斜盘左倾（γp0），活塞左移使斜盘倾角γp减小，液压泵的打油量减小，液压马达顺向转速下降，恒装输出转速降低；②负差动时，斜盘右倾（γp0），活塞左移使斜盘负倾角增大，液压马达打油量增加，液压马达的逆向转速升高，恒装输出转速下降。⑵输出欠速时的调节恒装状态：任意分配活门：恒装输出转速下降时，离心配重的离心力减小，开角减小，分配活门上移。伺服活塞：伺服油缸大腔与定压油路接通，大腔内的油压上升，则伺服活塞右移。恒装状态—液压泵可变斜盘倾角γp：①在正差动时，斜盘左倾（γp0），活塞右移使斜盘正倾角增大，液压马达顺向转速升高，恒装输出轴转速上升；②负差动时，斜盘右倾（γp0），活塞右移使斜盘负倾角减小，则液压马达逆向转速下降，同样使恒装输出转速上升。⑶电调线圈功能：①精调转速或频率；②发电机并联供电时均衡有功负载。作用原理：电磁铁与永磁铁相互作用，排斥时，活门下移，转速下降；吸引时，活门上移，转速上升。5、故障保护装置种类：输入脱开装置、欠速保护、输入轴剪切径、滑油压力与温度警告系统等。⑴输入脱开机构（图1-8）脱开原因：过速、滑油压力太低、滑油温度过高。装置构成：套齿离合器、蜗杆、蜗块、电磁铁和复位手柄图1-8输入脱开装置脱开方式：空中人工脱开—发动机旋转中脱开复位方式：地面人工复位—发动机停车时复位⑵欠速保护：欠速位置：恒装输入/输出轴动作对象：发电机电路断路器GCB跳开1.3.2交流发电机及其励磁方式一、无刷交流发电机对励磁系统的要求：⑴起激可靠；⑵发电机输出端短路时，有强激能力；⑶尽量补偿电枢反应，以提高发电机外特性硬度，减轻调压器负担。实现无刷的关键部件：旋转整流器励磁方式:他励式和自励式。同步发电机的结构(a)旋转磁极式—用于大功率发电机,如主发电机(b)旋转电枢式--用于小功率发电机,如交流励磁机1、他励式(图1-10)“无刷”同步发电机组成：旋转磁极式主发电机、旋转电枢式交流励磁机、旋转整流器。简称：三级式无刷交流发电机各级发电机的名称及结构：第一级：永磁发电机—副励磁机，旋转磁极式第二级：交流励磁机，旋转电枢式第三级：主发电机，旋转磁极式特点：起激可靠、外特性较硬、有强激能力.图1-10三级式无刷交流发电机2、自励式（图1-9）励磁机电源：主发电机自身发出的电能简称：二级式存在问题：①起激不可靠：可以通过在激磁机定子磁极中加装永磁铁的方法解决。②无强激能力：可以采用复激或相复激电路作为激磁机的激磁电路，既解决了强激问题，又使发电机有较硬的外特性,减轻了调压器负担。二级无刷交流发电机结构图图1-9二级式无刷交流发电机3、旋转整流器功能：将交流励磁机的三相电枢电压整流为直流电，给主发电机励磁。结构：三相半波整流器、三相全波整流器整流电压波形（图1-12、1-13）三相半波整流器：3f0脉动直流三相全波整流器：6f0脉动直流图1-11旋转整流器结构图1-12、1-13旋转整流器波形1．4