飞机电气系统 第二章 飞机直流供电系统
航空供电系统初步理解
一、航空供电系统：供电系统是电能的产生、变换、输送、分配部分的总称，通常分为电源系统和输配电系统1.用电设备分类: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控制设备。
2.机上人员生活和工作所需设备。
3.完成飞行任务所需的设备。
二、飞机供电系统的组成：1）飞机电源系统：主电源、辅助电源、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；是机上全部用电设备的能量来源b)辅助电源：●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|后准备、起动主发动机等c)应急电源●工作条件：飞行中主电源和辅助电源全部失效●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：DC→AC：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）控制及保护装置：电源的控制包括对发电机进行调压、发电机的励磁控制、发电机的输出控制、发电机的并联控制和汇流控制等。
电源的保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、电源分配系统、短路保护器三、飞机供电系统的主要类型及发展历程1.类型：现有的交流供电系统, 按照所应用交流电能产生机理与参数特点分为恒速恒频交流供电系统、变速恒频交流供电系统和变频交流供电系统。
其中, 恒速恒频系统输出交流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, 发电机产生变频交流电能, 系统输出的恒频交流由电子变换器实现; 变频系统则输出变频交流电能, 发电机不恒速, 供电系统向用电负载直接提供的是发电机产生的变频交流电能。
在某些飞机上, 根据其用电设备对电能类型及其用电量的具体需求, 同时存在直流和交流电能形式的两种主电源, 供电系统同时提供直流和交流两种形式的电能, 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。
飞机电子电气系统
飞机电子电气系统-2019复习提纲一．电气系统二．通信三．仪表四．练习题电气系统（electrical system）1.飞机电气系统概述飞机供电系统：飞机上电能的产生、调节、控制、变换和传输分配系统总称为飞供电状态：正常供电，非正常供电（一种意外的短时失控状态，它的发生是不可控制的，发生时刻也是无法精确预测的，但它恢复到正常工作状态是一个可控制的状态），应急供电电源容量选取：飞机电源系统的容量是指主电源的容量。
其=主发电系统的台数*单台发电系统额定容量。
单位：直流-KW，交流-KV.A 额定容量：在电源质量指标符合技术要求的长期连续工作时的最大容量用电设备：飞行关键设备，任务关键设备，一般用电设备（按照设备对保证飞行安全的重要性）飞行关键设备：最重要仪表、飞控系统、仪表着陆系统和通信电台等主电源供电任务关键设备：座舱增压和空调设备等一般用电设备:座舱照明和厨房炊具等六余度供电：飞行关键负载可由主发电机、应急发电机、主蓄电池、飞控蓄电池和主发电机及应急发电机的永磁机供电应急发电机可由发动机引气或液压马达二余度驱动在三相系统中，三相负载配置的不对称，会导致三相电压的不平衡和三相电机损耗加大。
脉冲工作负载，发射期间消耗功率很大，不发射时消耗功率则较小，从而使供电电源长期处于瞬变状态，使供电质量较低。
电子设备工作时，其内部电源首先将输入的400Hz交流电通过二极管整流电路整流成直流电，然后经电容滤波后送至稳定电压。
低压直流电源：28V电源系统；主电源-航空发电机直接驱动直流发电机（最大功率：18KW），应急电源-铅酸蓄电池，二次电源-旋转变流机或静变流器，为需要交流电能的设备供电。
为了提高电源系统的可靠性和可维修性，现代的小型飞机和直升机多采用直流起动机加交-直流发电机（由发电机输出交流电，然后通过二极管整流为直流电）的组合方式恒频交流电源：低压直流供电存在问题（电刷的存在）-①电源容量增加，需要提高电源电压以减轻系统质量（换向条件限制，增加电压，质量增大）；②工作环境限制（H增加，电刷和整流子磨损越严重；用电量增加，点机发热增加，需要效率更高的冷却方式；电压和功率变换的要求）大中型民航飞机上普遍采用交流供电系统两种：恒频交流电源系统（CF）[恒速恒频（CSCF）和变速恒频（VSCF）]和变频交流系统(VF)飞机交流电源调节点额定电压为115/120V，恒频交流的额定功率为400Hz 恒速恒频交流系统：飞机发动机恒速传动装置（CSD）交流发电机※优点：(1)恒频交流电对飞机上的各类负载都适用，电源频率恒定，用电设备和配电系统的质量比变频轻，配电也比较简单。
1-1飞机供电系统的功用和构成§1-1飞机供电系统的功用和构成_GAOQS
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28
^_^
§1-3 未来先进飞机的 电源系统（了解）
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29
飞机主电源
^_^
低压直流电源 变频交流电源 恒频交流电源 混合电源（低压直流+变频交流） 高压直流
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30
飞机上的二次能源
^_^
液压能 气压能 电能
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31
全电飞机（AEA）
All Electric Aircraft
^_^
要求实现所有机载设备和操纵系 统的电气化
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32
多电飞机（MEA）
More Electric Aircraft ^_^
用电能部分地取代液压能和气压 能
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33
^_^
本章内容结束
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34
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18
固态式配电系统控制
^_^
应用微型计算机和分时多路传输总 线来控制电源和用电设备的通或断
减轻了飞行人员的负担，降低了飞 机电网的重量，提高了电网的可靠 性和维修性
特点：既有遥控式的特点，又简化了控制
线。
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19
正常和非正常供电
^_^
正常供电 :
在各个飞行 阶段均可完 成对用电设 备的供电任 务
^_^
常规式 遥控式 固态式
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16
^_^
常规式配电系统控制
电源线和用电设备输电线都集中于 座舱内
由飞行员控制电源和用电设备电路 的接通或断开
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17
遥控^_^ 式配电系统控制
配电汇流条设于用电设备附近 飞行员在座舱内通过继电器或接触
器接通或断开电路
特点：座舱内只有控制线，没有供电线。
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飞机供电系统标准
飞机供电系统标准是飞机电气系统设计的一项重要标准，也是飞机供电系统与用电设备的接口标准。
它规定了飞机供电系统的各种参数，如电压、电流、频率等，以确保飞机上各种设备的正常运行。
具体来说，飞机供电系统标准包括以下内容：电源类型：飞机供电系统必须使用直流（DC）和交流（AC）两种电源。
供电系统必须与读取仪表、通信设备、导航系统等各种飞机设备兼容。
供电能力：供电系统必须能够提供足够的功率满足飞机上各种设备的运行需求。
飞机供电系统标准规定了各种设备的最小和最大功率要求。
供电质量：供电系统必须提供稳定和可靠的电能，以避免对设备的损坏或干扰。
飞机供电系统标准规定了电压、电流和频率的允许范围，以及对电压波动、谐波和其他电能质量问题的限制。
飞机电源系统课件
效率原则
电源系统应尽可能减少能源浪 费，确保能源高效利。
适应性原则
电源系统应能适应各种环境飞 行条件，包括高海拔、高温、
极寒等极端环境。
模块化设计
便维护升级，电源系统应采模 块化设计。
电源系统实现方案与流程
01
02
03
方案一
直流电源系统：采直流发 电机飞机提供电力，该方 案结构简单、成本低，但 维护较困难。
整流器由硅整流二极管组成，利二极 管单向导电性将交流电转换直流电。
变压整流器变压原理
当交流电通过变压器时，由电磁感应 原理，变压器次级线圈电压发生变化 。根据需可选择升压或降压。
电源系统控制与保护技术
电源系统控制技术
确保电源系统稳定运行，需采各种控制技术，如自动励磁调 节、自动电压调节、自动频率调节等。些控制技术可自动调 整发电机输出电压、频率相位，满足负载需求。
正常运行。
05
飞机电源系统发展趋势与展 望
飞机电源系统技术发展趋势
高压直流电源系统
布式电源系统
随着技术进步，高压直流电源系统飞机得 广泛应具更高效率可靠性。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ布式电源系统将多小型发电机散布置飞机 提高电源系统可靠性冗余性。
电力电子与电力变换技术
能源多元化
电力电子与电力变换技术应使得飞机电源 系统能够实现更高效、灵活能源管理。
飞机电源系统维护与保养
日常维护
定期飞机电源系统进行检查，包括发电机、变压整流器、电缆等部件外观检查、性能测 试清洁保养。还需电源系统运行参数进行监控，确保其正常范围内。
定期保养
根据飞机使情况制造商推荐，制定定期保养计划。保养内容可能包括更换磨损部件、清 洗积炭、检查电气连接等。保养完成后，需进行全面功能测试性能评估，确保电源系统
民航飞机电气系统(附图)
民航飞机电气系统（附图）1. 炭片调压器的工作原理（P134，图5-3）当发电机转速上升或负载减小时，发电机电压会升高而超过其额定值。
此时电磁铁线圈中的电流会立即增大，作用在衔铁上的电磁力会随之增大，衔铁向电磁铁方向移动，炭片之间的压力便减小，炭柱电阻逐渐增大，发电机励磁电流逐渐减小，发电机电压逐渐下降。
当炭柱电阻的改变所引起的电压变化量，恰好抵消了由于转速和负载改变所引起的电压变化量时，发电机电压就恢复至额定值。
经过这一变化后，作用在衔铁上的三个力又重新平衡，衔铁停在新的平衡位置，调压器又处于新的平衡状态。
当发电机转速下降或负载增加时，电压调节器的工作过程与上述相反。
即：当发电机转速下降或负载增加时，发电机电压会下降而低于其额定值。
此时电磁铁线圈中的电流会立即减小，作用在衔铁上的电磁力会随之减小，衔铁向炭柱方向移动，炭片之间的压力便增大，炭柱电阻逐渐减小，发电机励磁电流逐渐增大，发电机电压逐渐上升。
当炭柱电阻的改变所引起的电压变化量，恰好抵消了由于转速和负载改变所引起的电压变化量时，发电机电压就恢复至额定值。
经过这一变化后，作用在衔铁上的三个力又重新平衡，衔铁停在新的平衡位置，调压器又处于新的平衡状态。
2. 负载均衡电路的工作原理（P139，图5-6）如果负载分配不均衡，设I1>I2, 则A、B 两点电位不相等，ΦA<ΦB，于是有电流自B 点经过W eq2和W eq1流向A点，产生相应的磁势。
在输出电流大的发电机调压器中，均衡线圈磁势页工作线圈磁势方向相同，使调压器铁芯合成磁势增强，调节点电压U1降低；输出电流小的发电机调压器，均衡线圈磁势与工作线圈磁势方向相反，使铁芯合成磁势减弱，调节点电压U2升高。
结果原来输出电流大的发电机电流I1减小，输出电流小的发电机电流I2增大，使负载趋于均衡。
如果I1<I2, 则调节过程相反。
即：如果负载分配不均衡，设I1<I2, 则A、B 两点电位不相等，ΦA>ΦB，于是有电流自A 点经过W eq2和W eq1流向B点，产生相应的磁势。
《飞机电源系统》课件
采用简单的直流发电机作为电源，功率小、可靠性差 。
现代飞机电源系统
采用大功率的交流发电机和先进的控制技术，具有更 高的可靠性和效率。
未来飞机电源系统
将采用更加先进的电源技术和能源，如燃料电池、太 阳能等，以实现更加环保和高效的电能供应。
02 飞机电源系统的 组成
电源装置
总结词
电源装置是飞机电源系统的核心组成部分，负责产生和提供 电能。
可靠性试验
进行各种环境下的可靠性试验，验证电源系 统的可靠性。
预防性维护策略
制定有效的预防性维护策略，降低电源系统 故障率，提高其可靠性。
04 飞机电源系统的 维护与保养
日常维护与保养
每日检查
检查电源系统各部件是否正常工作，如发现异常 应及时处理。
清洁保养
定期清洁电源系统表面，保持其清洁干燥，防止 灰尘和污垢影响正常工作。
1 2
可再生能源利用
利用太阳能、风能等可再生能源为飞机供电，减 少对化石燃料的依赖，降低碳排放。
高效储能技术
研发高性能的储能电池和超级电容器，提高能源 储存和释放效率，满足飞机短时高功率需求。
3
能源回收与再利用
利用先进的能量回收技术，将飞机滑行、制动等 过程中的能量回收并再利用于电源系统，提高能 源利用效率。
电源的特性
高电压特性
飞机电源系统通常需要提供高 电压以驱动各种电子设备。
大电流特性
由于飞机上设备众多，需要大 电流来满足设备的用电需求。
稳定性
电源必须稳定，以确保飞机上 电子设备的正常运行。
高效性
为了减少能源消耗和减轻重量 ，飞机电源系统需要高效工作
。
对电源系统的要求
安全性
飞机供电系统
供电系统供电系统设计为飞机提供200伏AC和28伏DC两种电压。
虽然自动稳定系统需要电力，但是航班和空乘控制是不需要绝对非电力的。
因而，飞机并不会严重依赖供电系统的可靠性。
如起落架降低装置等需要在全部生成失败发生后展开的负载，是需要由飞机主电池提供DC电压的。
作为防范，基本的空乘和交流工具都可以由备用电池提供电源，而备用电池在飞行中不能充电，因而同其他正常机上服务是相独立的。
为了提供最好的可靠性，以及最大的效用，（备用电池的使用？）是通过双渠道系统实现的，系统主要包括AC生成器，控制与保护单位，TRU与电池。
这两个渠道通常是彼此独立的，这样当其中一个失灵时另一渠道导线就可以通过相反的生成器或TRU交叉供电。
因此，更重要一些的AC或DC的负载，如导航服务，在生成器运行良好的情况下，就被限制到第二个通常会保持供电的导线。
而比较不重要的负载就被连接到第一个渠道，在单一失灵发生的时候，就会被丢失。
人工控制被降低到最低点，以便在飞机气动或紧急情况中，飞行员不用为供电管理担心。
系统自动建构至普通模式，而在紧急情况下会自动转入另外一个渠道。
而转换条件被设定为不会出现超过一个的电力供应同时转换到一套导线。
两个普莱西AC生成器分别提供的4千VA，200伏，400Hz3的电力，是由主引擎辅助变速箱通过自动双速变速箱和常速驱动装置提供的。
这使得生成器的速度被保持在8000rpm，在引擎的常速范围的上下浮动2.5%。
生成器的冷却是由引擎低压压缩机提供的冷空气实现的。
双速变速箱延伸了由定速器和生成器实现的从最大功率到空置状况的速度范围。
每个定速单元是由一系列的由一个涡疗动器控制的。
制动是由一个四极DC激发器和一个涡流被用以产生制动转矩，通过生成器驱动杆的软铁笼式转子。
获得的制动转矩取决于由频率控制器取得的激发线圈中的激发电流。
在双速变速箱中嵌入了一个离合器和输入速度信号生成器。
信号生成器的输出内容被用在一个让离合器在引擎达到适当速度时选择正确的齿轮率的速度传感单元。
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1.35
1.2
75～85 6个月，容
1.1 碱性 15～40
量降25%～
40%
锌银 1.6～ 电池 1.8
1.4
1.3
碱性
60～ 160
6个月，容
>95 量降15%～
25%
22
§2-2飞机直流发 电机
23
飞机直流发电机的功用
➢将机械能转换为直流电能。 ➢是中、小型飞机的主电源。
24
一、直流发电机的主要组成 (DC generator)
发电机励磁磁场减弱
发电机输出电压降低
恢复到额定值
52
注意事项
➢ 1、炭片调压器只能相对地使发电机 电压恒定，而不能绝对地将电压保 持在某一数值。
➢ 2、上述调节过程只有当发电机转速 在正常工作范围内和发电机的负载 不超过额定值时才能发生。
53
晶体管电压调节器
54
晶体管电压调节器
55
晶体管电压调节器
➢ 额定容量为3、6、9、12和 18kW
➢ 6kW及其以上者有直流发电机 和直流起动发电机两种
28
二、直流发电机工作原理
➢ 线圈切割磁力线产生交变电动势 ➢ 利用整流子把交变电动势变为脉动电动势 ➢ 增加线圈匝数和整流片片数，可得较大、较平
稳的直流电动势 E = KEΦn
29
直流发电机的基本工作原理
3 起动 3 次后间歇 30min
2.84
2062
2.02
14.4
-55 ～+121
43
§2-3 直流发电机的电 压调节
44
引言
U = KEΦn - I R
发电机 端电压
负载 发电机 电流 电枢电阻
➢ 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？
45
电压调节器
➢ 功用：在一定条件下自动保持 发电机端电压基本恒定。
G WE
基准电压
检测比较电路
波形变换电路
整形放大电路
控制执行电路
56
功率管与发电机励磁绕组 的连接图
Ue
ton toff
ie
We D
Re
uG
T
t
~
Ie it2
T
itav
it1
ton T
t
(a)
(b)
57
晶体管调压器
调压原理：晶体管调压器的末级晶体管工作 于开关状态，通过改变末级晶体管的导通比 来调节发电机励磁电流，从而保持发电机电 压基本恒定。
空载特性曲线
调节特性曲线 41
外特性曲线
80 60 40 20 0
200 400 600 800 1000
电流I ( A)
不带调压器
UN
0
电流I(A)
带调压器
42
12kW起动发电机性能参数
序号
项目
发1
额定电压 V
电2
机3 工4 作5 状
额定电流 A 额定功率 kW 转速范围 rpm 过载能力
态6
17
镉镍蓄电池
18
镉镍蓄电池
镉粉(Cd)
氢氧化镍 Ni(OH)3
19
镉镍蓄电池
→ 放电
2Ni(OH)3 + 2KOH +Cd = = = 2Ni(OH)2 + 2KOH +Cd(OH)2 +电能
正极
电解液 负极 ←充电 正极
电解液 负极
更正：第12页第1行：“KHO”改为“KOH”。
镉镍蓄电池在充放电过程 中，电解液中的氢氧化钾 并无增减，故电解液的密 度和液面高度几乎不变
0 2 4 6 8 10
放电时间(h)
14
温度对放电 电流的影响
2.0
1.8
1.6
-50℃ -25℃
0℃ +25℃
0 2 4 6 8 10
放电时间(h)
15
容量与放电电流间的 关系曲线
30 20 10 0
100 200 300 400 放电电流(A)
16
铅蓄电池注使用意事项
地面通电不允许使用飞机蓄电池； 每次飞行前，应对飞机蓄电池进行电压检 查，用双倍额定电流放电时，蓄电池的电 压不应低于其额定值； （1、确信飞机上 有蓄电池；2、容量在75%以上） 禁止用蓄电池进行长时间大电流放电或过 量放电。
空载特性曲线 40
空载特性和调节特性曲线
电压E(V)
100 80 60 40 20
9000rpm 6000rpm 4000rpm
励磁电流f(IA)
14
4000rpm
12
10
6000rpm
8
6
9000rpm
4
2
0 4 8 励12磁1电6 流20f(IA) 0 100 200300400500 电流I(A)
+
换向器 A
B_
Φ N
a n
d
S Φ
b
ec
磁极 e
O
ωt
30
直流发电机的电动势
E=KEΦn
发电机 电动势
结构 常数
每磁极 下磁通
发电机 转速
31
并励式直流发电机自激 发电条件
➢ 发电机的磁极要有剩磁 ➢ 励磁电流产生的磁场方向与剩
磁场的方向相同 ➢ 励磁电路的电阻不能过大 ➢ 最低转速不得低于某临界值
正极 电解液 负极 ←充电 正极 电解液 负极
铅酸蓄电池在放电过程中，电 解液的浓度降低。在充电过程 中，电解液的浓度升高。
9
(二)铅蓄电池的主要电气特性
1．电动势 E=0.84+d (V) 2．内电阻
电阻较小，一般为百分之几 到千分之几欧姆。 3.端电压 充电 U=E+IR 放电 U=E-IR
10
最大值
调节设定值
转/ 分
+
直流发电机 -
衔铁
铁芯
碳堆压力
碳堆
板式控制弹簧
线圈
R调
负载
51
最大值
调节设定值
转/ 分
+
直流发电机 -
衔铁
铁芯
碳堆压力
碳堆
板式控制弹簧
线圈
R调
负载
发电机转速增加或负载减小
发电机输出电压升高
电磁铁线圈磁场增强 电磁铁吸力增大
碳柱上的压力减小
碳柱的电阻值增加
发电机励磁电流减小
➢ 定子 ➢ 转子 ➢ 电刷装置
25
直流发电机
26
直流发电机
电容器
引线组件
接线柱 火花抑制盒 接线盖
夹子
带窗孔 的带 与驱动端相 对的端架
夹板
密封滚珠轴承
转轴和 板组件 转轴花键 轴承支承架
端盖 挡盖
滚珠轴承
电刷
电枢
磁轭和 激磁线圈
27
直流发电机
➢ 标称电压为30V（对应的电网 电压一般为28V）
整流电路 双Y电枢绕组
发电机 永磁转子
输出整流 滤波电路
+
39
空载特性和调节特性曲线
电压E(V)
100 80 60 40 20
9000rpm 6000rpm 4000rpm
励磁电流f(IA)
14
4000rpm
12
10
6000rpm
8
6
9000rpm
4
2
0 4 8 励12磁1电6 流20f(IA) 0 100 200300400500 电流I(A)
58
晶体管调压器的优点
➢ 体积小 ➢ 重量轻 ➢ 性能稳定 ➢ 稳态误差小 ➢ 动态品质高 ➢ 电压调节范围大
59
最大值
转/ 分
+
直流发电机 -
衔铁
铁芯
碳堆压力
碳堆
板式控制弹簧
线圈
R调
调节设定值
负载
➢ 思考：发电机转速降低或负载增大， 调压过程是怎样的？
60
最大值
调节设定值
转/ 分
+
直流发电机 -
20
过热损坏的镍镉蓄电池
21
几种蓄电池性能比较
电池 种类
铅酸 电池
电动 势 (V)
平均
工作 电压 (V)
终止 电压 (V)
电 液 质
解 性
比能量 ( W·h/k
g)
容量输 出效率 (%)
荷电湿搁 置性能
2.1～ 2.2
2.0
1个月， 1.7 酸性 10～50 80～90 容 量 降
30%
镍镉 电池
de U
c
E
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
t(h)
12
蓄电池的额定容量
是指充足电的蓄电池在15℃时以 10小时放电电流放电，放电到终 了电压时电池放出的总电量。
额定容量单位：
安培小时(A·h) ，简称安时
13
不同放电电流的放电特性
2.0
3A(10h)
1.8
1.6 1.4 1.2
至用电设备
交流发电机
滑环
N N S SN
SS NS SN
N
转子和
励磁绕组
电压调节器
励磁继电器
控制 开关
蓄电池36或 外接电源
无刷直流发电机的种类
➢ 电磁式无刷直流发电机 ➢ 永磁式无刷直流发电机
37
电磁式无刷直流发电机
主发电机
+ 输出整流 滤波电路
-
N
S
副励磁机
励磁机
旋转整流器