第4章 交流电源系统
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第4章 有源逆变电路
图4-2 全波电路的整流和逆变
（a）α=45°；β=45°
因Ra阻值很小，其电压也很小，因此Ud≈E。电流Id从Ud 的正端流出，从电动机反电动势E的正端流人，故由交流电源经 变流器输出电功率，直流电动机吸收电功率并将其转换为轴上的 机械功率以提升重物。如在提升运行中突然使晶闸管的控制角α 减小，则Ud增大，瞬时引起电流Id增大，电动机产生的电磁转矩 也增大，因电动机轴上重物产生的阻转矩不变，所以电动机转速 升高，提升加快。随着转速的升高，电动机的反电动势E=Ceφn 也增大，使Id恢复到原来的数值，此时电动机稳定运行在较高转 速。反之α增大，电动机转速减小所以改变晶闸管的控制角.可 以很方便地对电动机进行无级调速，从而改变提升的速度。 • 当α增大到某值如α3值，如图4一3所示，如此时电动机转矩 M1恰好与负载转矩相等，则电动机稳定在n=0处a点。如图4一3中 曲线①，这相当干整流器供电给电阻和电感，仍运行在整流状态。 如α再增大到90°，如图4-3中曲线②，则电动机转矩小于负载 转矩，于是在重物作用下电动机反转，E改变方向，E使Id增加， 最后稳定在b点，此时电动机运行在能耗制动状态，向整流器输 出的平均功率为零。
图4-6 有源逆变环流失败波形
• 二、最小逆变角的确定及限制 • 根据上述各种逆变失败原因的分析，可以总结出这样一条规 律:为了保证逆变能正常工作，除了选用可靠的触发器不丢失脉 冲外，同时对触发脉冲的最小逆变角β min，必须要有严格的限 制。 • 〔一)最小逆变角β min的确定 • 要保证在电压换相点之前完成换相，触发脉冲必须有超前的 电角度，即最小逆变角β min 应根据下面的因素来考虑。
•
公式与整流时一样。由于逆变运行时α>90°，cosα计算不 太方便，于是引入逆变角β，令α=π-β，用电度表表示时为 α=180°-β，所以
电力电子技术课后答案4
第4章 交流电力控制电路和交交变频电路1．一调光台灯由单相交流调压电路供电,设该台灯可看作电阻负载,在α=O 时输出 功率为最大值,试求功率为最大输出功率的80%,50%时的开通角α。
解: α=O 时的输出电压最大,为Uomax=1)sin 2(101U t U =∏⎰∏ω 此时负载电流最大,为Iomax=RU R u o 1max = 因此最大输出功率为输出功率为最大输出功率的80%时,有:Pmax=Uomax Iomax=RU 21 此时,Uo=18.0U又由Uo=U1∏-∏+∏αα22sin 解得︒=54.60α同理,输出功率为最大输出功率的50%时,有:Uo=15.0U又由Uo=U1∏-∏+∏αα22sin︒=90α3．交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负载？为什么？ 答：交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同，二者的区别在于控制方式不同。
交流调压电路是在交流电源的每个周期对输出电压波形进行控制。
而交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。
交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。
在供用电系统中，还常用于对无功功率的连续调节。
此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。
如采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。
这都是十分不合理的。
采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。
这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。
交流调功电路常用于电炉温度这样时间常数很大的控制对象。
由于控制对象的时间常数大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁控制。
4．什么是TCR？什么是TSC？它们的基本原理是什么？各有何特点？答:TCR是晶闸管控制电抗器.TSC是晶闸管投切电容器.二者的基本原理如下;TCR是利用电抗器来吸收电网中的无功功率(或提供感性的无功功率),通过对晶闸管开通角角的控制,可以连续调节流过电抗器的电流,从而调节TCR从电网中吸收的无功功率的大小. TSC则是利用晶闸管来控制用于补偿无功功率的电容器的投入和切除来向电网提供无功功率(提供容性的无功功率).二者的特点是:TCR只能提供感性的无功功率,但无功功率的大小是连续的.实际应用中往往配以固定电容器(FC),就可以在从容性到感性的范围内连续调节无功功率.TSC提供容性的无功功率,符合大多数无功功率补偿的需要.其提供的无功功率不能连续调节但在实用中只要分组合理,就可以达到比较理想的动态补偿效果.5．单相交交变频电路和直派电动机传动用的反并联可控整流电路有什么不同？答:单相交交变频电路和直流电动机传动用的反并联可控整流电路的电路组成是相同的,均由两组反并联的可控整流电路组成.但两者的功能和工作方式不同.单相交交变频电路是将交流电变成不同频率的交流电,通常用于交流电动机传动,两组可控整流电路在输出交流电压一个周期里,交替工作各半个周期,从而输出交流电.而直流电动机传动用的反并联可控整流电路是将交流电变为直流电,两组可控整流路中哪丁组工作并没有像交交变频电路那样的固定交替关系,而是由电动机工作状态的需要决定.6．交交变频电路的最高输出频率是多少？制约输出频率提高的因素是什么？答：一般来讲，构成交交变频电路的两组变流电路的脉波数越多，最高输出频率就越高。
电工与电子技术基础第4章三相供电电路及安全用电电子
4.2.2 Δ-Δ联接的三相电路
电源与负载都联接成三角形，用三条线路将其 相联，即构成—联接的三相三线制电路，如 图示。
每相负载的相电压等于线电压；流过负载的电流为相 电流，分别用IAB、IBC、ICA表示。由基尔霍夫电流定 律可知各相的线电流为对应的相电流之差，在三相电 路对称的情况下，由图示相量图的分析可得线电流与 相电流有效值关系
如果三相电路对称，则三相电路的视在功率为 S = 3UPIP =√3ULIL 在计算不对称三相电路的视在功率时，应注意由
于视在功率不满足能量守恒，所以 S SA的等效电阻R = 29， 等效感抗XL = 21.8，三相对称电源的线电压 UL=380V。求（1）电动机接成星形时的平均功率和 无功功率，（2）电动机接成三角形时的平均功率和 无功功率。
IL =√3IP=√3×10.47=18.13 A 电动机的平均功率
P=ULILcos
=380×18.13×cos36.9=9542.5 W =9.543 kW 电动机的无功功率
P=ULILsin = 380×18.13×sin36.9
=7164.7Var=7.165 kVar
由上例的计算结果可见，电动机接成 三角形比接成星形时，线电流、平均 功率与无功功率都大了三倍。实际中 较大功率的三角形联接电动机，为了 减小启动电流，启动时常把三角形变 为星形联接，启动以后再变回三角形。
如果三相电路对称，不论电路是星形联接还是三 角形联接，其三相电路的无功功率为
Q =3UPIPsin =√3ULILsin 其中 角仍为相电压与相电流的相位差。
4.4.3 视在功率
在三相电路中不论三相电路对称与否，其三相的 视在功率仍为
S P2 Q2
其中P为三相电路的平均功率，Q为三相电路的无 功功率。
第4章 三相交流电路
第4章 三相交流电路
4.3 三相功率的计算
4.3.2 无功功率
三相电路的无功功率为
由于每相负载可能是感性，也可能是容性，即每相的无功功率 可正可负，所以无功功率为各项无功功率的代数和。在对称三 相电路中，无论是星形联结还是三角形联结，总无功功率为
第4章 三相交流电路
4.3 三相功率的计算
3.3 视在功率
每相电流间的相位差仍为120°，由KCL可知，中线电流为零。
第4章 三相交流电路
4.2 三相负载的联结
三相四线制接线方式的特点如下。 （1）相电流等于线电流，即
（2）加在负载上的相电压和线电压之间的关系为
（3）流过中性线N的电流IN为
第4章 三相交流电路
4.2 三相负载的联结
当三相电路中的负载完全对称时，在任意一个瞬间，三个 相电流中，总有一相电流与其余两相电流之和大小相等， 方向相反，正好互相抵消。所以，流过中性线的电流等于 零。在三相对称电路中，当负载采用星形联结时，因为流 过中性线的电流为零，所以三相四线制就可以变成三相三 线制供电。如三相异步电动机及三相电炉等负载，当采用 星形联结时，电源对该类负载就不需接中性线。通常在高 压输电时，由于三相负载都是对称的三相变压器，所以都 采用三相三线制供电。
第4章 三相交流电路
4.2 三相负载的联结
如图4-8所示是只有三根相线而 没有中性线的电路，即三相三 线制；而接线方式除了三根相 线外，在中性点还接有中性线， 这样的接法即为三相四线制， 如图4-9所示，三相四线制除可 供电给三相负载外，还可供电 给单相负载，故凡有照明、单 相电动机、电扇、各种家用电 器的场合，也就是说一般低压 用电场所，大多采用三相四线 制。
总之，当三相电流对称时，线电流的有效值是相电流 有效值的√3倍，线电流滞后对应的相电流30°，即
电力电子应用技术最新版精品课件-第四章交流-交流变换电路
t
不通io过零后， VT2开通， VT2导通角小于π； iG1
➢ 原有的io表达式仍适用，只是α ≤ωt <∞；
O iG2
➢
过渡过程和带R-L负载的单相交流电路在ωt = α (α
O io
iT1
t t
< φ)时合闸的过渡过程相同；
O iT2
t
➢ io由两个分量组成：正弦稳态分量、指数衰减分量； <时阻感负载图交4-流5 调压电路工作波形
交流调功电路：以交流电周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断态 周期数的比，调节输出功率平均值的电路。
交流斩波调压电路：改变占空比，调节输出电压有效值。 交流电力电子开关：串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸管。
■ 应用 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）
异步电动机软起动
异步电动机调速
VD1 V1
i1
斩波控制
u1
V2 VD2
斩波控制
V3
VD4
R
uo
VD3 V4 L
续流通道 续流通道
图4-9 交图流4斩-波7 调压电路图
■ 特性
4.3 交流斩波电压电路
➢ 电源电流的基波分量和电源电压同相位， 即位移因数为1；
➢ 电源电流不含低次谐波，只含和开关周期 T有关的高次谐波；
➢ 功率因数接近1。
图4-7 三相交流调压电路基本形式及输出波形
4.2 交流调功电路
■ 交流调功电路——以交流电源周波数为控制单位 ■ 交流调功电路 VS 交流调压电路
➢ 相同点：电路形式完全相同
➢ 不同点：控制方式不同——将负载与电源接通几个周波，再断开几个周波， 改变通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均
第四章 有源逆变电路
逆变状态和整流状态的区别：控制角 a 不同 0<a < /2 时，电路工作在整流状态
/2< a < 时，电路工作在逆变状态
第二节
三相有源逆变电路
2.逆变角的概念：
为实现逆变，需一反向的EM ，而Ud因a﹥π/2已自动变为负值，满足逆 变条件。因而可沿用整流的办法来处理逆变时有关波形与参数计算等 各项问题。 把 a >π /2时的控制角用π - a =β 表示，β称为逆变角。 整流状态：α＜π/2， 相应的β＞π/2；
第三节
结论：
逆变失败与最小逆变角的限制
1.β不能等于零。
2.β不能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。
第三节
逆变失败与最小逆变角的限制
二、 确定最小逆变角βmin的依据
有源逆变时允许采用的最小逆变角 应等于
min=d +g+q′
d ——晶闸管的关断时间tq折合的电角度
tq大的可达200~300ms，折算到电角度约4~5。
极流入，该电源吸收电能。电源输出或吸收功率的大小由电势与电流
的乘积来决定。 （ EG ﹥ EM,整流； EG ﹤ EM ：逆变 ） (3) 两个电源反极性相连，如果电路的总电阻很小，将形成电源间 的短路， 应当避免发生这种情况。
第一节 逆变的概念
三、 有源逆变产生的条件
改变EM的极性； Ud极性也必须相反。 怎样使Ud方向相反？
有源逆变电路的控制电路在设计时，应充分考虑变压器漏电 感对晶闸管换流的影响以及晶闸管由导通到关断存在着关断
时间的影响，否则会由于逆变角β 太小造成换流失败，导致
逆变颠覆的发生。 以共阴极三相半波电路为例， 分析由于β 太小而对逆变电 路产生的影响。
第四章飞机交流电源系统
n 92Z Z 9 8Z Z 1 2n 1Z Z 9 8Z Z 1 32n 12
（二）恒速传动的三种情况
1、恒装输入轴转速为制动点转速时
液压马达不转动时，（ n12 0）发动机通过差动齿轮系驱动发电机， 正好保持发电机转速为额定值所需要的输入轴转速 称n为1 制动点 转速。可由（4-6）令 n12 0 而求得：
（一）以机体为中线的三相三线制 实际上相当于三相四线制，只是以机体作中线而省去一根导线。这 种供电系统重量轻，单相负载的通、断及保护装置都比较简单，对 机上人员来说比较安全。 （二）中点不接地的三相三线制 单相负载的电压为线电压，缺点是单相负载的电压只有单一的一种 线电压。 （三）以单相为主而兼有三相的供电系统 它的交流电源是借助一台三角形联接的三相有刷交流同步发电机发 电的，但它只主用其中的 C2 C3 相以提供单相交流电源。
2、传动比
假定游星齿轮架 Z 2 的转速 n 2 输入环形齿轮 Z 3 （或 Z 4 ）的转速 n 3（或 n 4 ） 输出环形齿轮 Z 8 （或 Z 7 ）的转速 ，规定顺时针转动为正方向。 输入环形齿轮与输出环形齿轮之间的传动比为：
由式4-1可以求得 输出转速
i47
i38
Z7 Z4
n7Z Z7 4n4Z4Z7Z7n2
第三节恒速传动装置
一、概述 （一）恒速传动装置的位置 （二）轴向齿轮差动液压机械式恒速传动装置的基本组成 液压机械式恒速传动装置的主要组成包括传动系统、滑油系统、 调速系统和保护系统。 恒速传动装置输出轴的转速是由两部分合成的，一是发动机输入 轴的转速经过差动游星齿轮系直接传输的转速，它随发动机转速 的变化而变化。两者合成使恒速传动装置输出轴转速保持恒定。
四、正差动状态和负差动状态时的工作情况
（二）恒速传动的三种情况
1、恒装输入轴转速为制动点转速时
液压马达不转动时，（ n12 0）发动机通过差动齿轮系驱动发电机， 正好保持发电机转速为额定值所需要的输入轴转速 称n为1 制动点 转速。可由（4-6）令 n12 0 而求得：
（一）以机体为中线的三相三线制 实际上相当于三相四线制，只是以机体作中线而省去一根导线。这 种供电系统重量轻，单相负载的通、断及保护装置都比较简单，对 机上人员来说比较安全。 （二）中点不接地的三相三线制 单相负载的电压为线电压，缺点是单相负载的电压只有单一的一种 线电压。 （三）以单相为主而兼有三相的供电系统 它的交流电源是借助一台三角形联接的三相有刷交流同步发电机发 电的，但它只主用其中的 C2 C3 相以提供单相交流电源。
2、传动比
假定游星齿轮架 Z 2 的转速 n 2 输入环形齿轮 Z 3 （或 Z 4 ）的转速 n 3（或 n 4 ） 输出环形齿轮 Z 8 （或 Z 7 ）的转速 ，规定顺时针转动为正方向。 输入环形齿轮与输出环形齿轮之间的传动比为：
由式4-1可以求得 输出转速
i47
i38
Z7 Z4
n7Z Z7 4n4Z4Z7Z7n2
第三节恒速传动装置
一、概述 （一）恒速传动装置的位置 （二）轴向齿轮差动液压机械式恒速传动装置的基本组成 液压机械式恒速传动装置的主要组成包括传动系统、滑油系统、 调速系统和保护系统。 恒速传动装置输出轴的转速是由两部分合成的，一是发动机输入 轴的转速经过差动游星齿轮系直接传输的转速，它随发动机转速 的变化而变化。两者合成使恒速传动装置输出轴转速保持恒定。
四、正差动状态和负差动状态时的工作情况
第四章：有源逆变
（2）保护措施：装快速熔断器或快速开关；
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4-25
有源逆变
4、确定最小逆变角 min 的依据
（1）最小逆变角 min = + +
: SCR的关断时间 tq 折合的电角度， 叫恢复阻断角， = tq
: 换相重叠角（约为15~20 ）
: 安全裕量角（一般取10 ）
有源逆变
cos ()cos2xBId
6U2
• 其它的电量，如负载电流平均值、晶闸管电流平均值和 有效值，变压器的容量计算等，均可按照整流电路的计 算原则进行 。
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有源逆变
二、三相桥式全控有源逆变电路
1、变流器工作于逆变状态（ 2 ）
Ud 0 , E 0 Ud E
❖ 有源逆变电路——交流侧和电网连结。（本章介绍）
－ 应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级 调速以及高压直流输电等。
❖ 无源逆变电路——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载。 （将在第6章介绍）
➢ 对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其 电路形式未变，只是电路工作条件转变。既可工作在整流状 态又可工作在逆变状态的电路又称为变流电路。
u20
u10
O
id
id = iV T1+ iV T2
iV T2
iV T1
iV T2
O
t Ud<EM
Id t
电 动 机 输
a)单相全波电路的整流和逆变b)
出
图2-45
电
间图图只值，a能，b逆UMd改且U为电变Md变|可E回正动时ME通馈M|值运>极制过|U，性行在动改d。|并，，，变为π由才且全/了于能2U来波防晶d把～止>进电闸电Eπ两管能行M路之，电的从调工间动才单直节势作。向能流顺，导侧在输向电送逆整出串性到变流联I，交d状，。状I流dU方态侧态d极向,时实，性不现U也变d逆为必，变在负须欲。0反改值～过变，来电π，能/2即的之U输d功率送应方为向负，
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有源逆变
4、确定最小逆变角 min 的依据
（1）最小逆变角 min = + +
: SCR的关断时间 tq 折合的电角度， 叫恢复阻断角， = tq
: 换相重叠角（约为15~20 ）
: 安全裕量角（一般取10 ）
有源逆变
cos ()cos2xBId
6U2
• 其它的电量，如负载电流平均值、晶闸管电流平均值和 有效值，变压器的容量计算等，均可按照整流电路的计 算原则进行 。
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有源逆变
二、三相桥式全控有源逆变电路
1、变流器工作于逆变状态（ 2 ）
Ud 0 , E 0 Ud E
❖ 有源逆变电路——交流侧和电网连结。（本章介绍）
－ 应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级 调速以及高压直流输电等。
❖ 无源逆变电路——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载。 （将在第6章介绍）
➢ 对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其 电路形式未变，只是电路工作条件转变。既可工作在整流状 态又可工作在逆变状态的电路又称为变流电路。
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O
id
id = iV T1+ iV T2
iV T2
iV T1
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O
t Ud<EM
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电 动 机 输
a)单相全波电路的整流和逆变b)
出
图2-45
电
间图图只值，a能，b逆UMd改且U为电变Md变|可E回正动时ME通馈M|值运>极制过|U，性行在动改d。|并，，，变为π由才且全/了于能2U来波防晶d把～止>进电闸电Eπ两管能行M路之，电的从调工间动才单直节势作。向能流顺，导侧在输向电送逆整出串性到变流联I，交d状，。状I流dU方态侧态d极向,时实，性不现U也变d逆为必，变在负须欲。0反改值～过变，来电π，能/2即的之U输d功率送应方为向负，
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• 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）
§4.2 恒速恒频交流电源
一、概述
➢ 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)
功用和分类
• 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
恒装的安装位置
恒速传动装置的四个发展阶段
使用年代
四、五十年代 六十年代
七十年代
八十年代后
项目
系统功率(kVA)
40
60
60
40
系统重量(kg)
99~145
63
43
33
系统重功比(kg/kVA)
1975Year
1965
1985
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
发动机
输入 脱开装置
至转速调节系统
摇臂
液压泵
液压马达
游星齿轮架 中心齿轮
发电机
滑油系统
差动齿轮系
传动系统组成
➢液压泵-液压马达 ➢差动齿轮
滑油系统作用
器，数字化集成
护器
化智能化
恒速传动装置发展
Hydraulic Differential
Today's 60 kVA System IDG--71Lbs.
Controls--9Lbs. Per Channel
2 0
1955 1945
Geared Differential
IDG
Total Sundstrand System
第四章 飞机交流供电系统
§4.1 飞机交流供电系统概述
大中型民航客机采用交流电源系统的主要因素:
➢ 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
液压机械式恒装三种工作状态
•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
•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
(CSCF)
变速恒频
(VSCF)
变速变频交流电源系统
发动机
减速器
变速
交流发电机
变速
变频交流电
适用于采用涡轮螺旋桨发动机的中 短程支线飞机。
变频交流电优点:
• 变频交流发电系统简单 • 体积重量小 • 电能转换效率高
恒速恒频交流电源系统
发动机
恒速传动装置
交流发电机
变速
恒速
恒频交流电
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
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。
B B
三相 单相 单相
C
负载
负载
负载
②可提供两种电压；
③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
A
A
0
B
C
B
三相
单相
单相
C
负载 负载 负载
A
A
0
B
C
B
优点： ①电网轻
三相 单相 单相
Байду номын сангаас
C
负载 负载 负载
②电压波形失真小。
缺点：①只能提供一种电压；
②某一相断路时，会发生“串联” 故障。
交流电源系统具有如下优点:
• 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
飞机交流电源系统的主要形式
飞机交流电源系统
变频交流电源
恒频交流电源
恒速恒频
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
调速系统组成
➢离心调速器 ➢伺服油缸
保护系统作用
➢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。
三、液压机械式恒速传动装置的简要工作原理
制动点转速
➢ 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）
2.5~3.6
1.22
0.71~0.85
0.83
可靠性 MTBF·h
几百
1000
900~1500
2000
有刷气冷发电 无刷油冷发电 发电机与恒装 发电机与恒装组
机，液压差动 机，轴向齿轮 组合化，集成 合化，微处理器
系统特点
式恒装，电磁 差动式恒装， 电路控制保护 晶体控制保护
式控制保护器 晶体管控制保 器
以单相为主而兼有三相的供电系统
A B
单相负载
C
汇流条 自动驾驶仪
优点：节省导线 缺点：较多
交流供电质量的指标：
• 电压 • 频率
主要技术性能
• 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：cosψ=0.75（感性）
负差动状态
• 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
正差动状态
• 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。
➢ 系统损耗小而效率高 ➢ 使用维护性好 ➢ 可靠性高、使用寿命长
电网连接形式:
• 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
以机体为中线的三相四线制
A
A
单相 负载
0
B
C
B
三相
单相
单相
C
负载
负载
负载
A
A
单相 负载
0
C
优点：①电网轻；
分（r/min）
§4.2 恒速恒频交流电源
一、概述
➢ 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)
功用和分类
• 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
恒装的安装位置
恒速传动装置的四个发展阶段
使用年代
四、五十年代 六十年代
七十年代
八十年代后
项目
系统功率(kVA)
40
60
60
40
系统重量(kg)
99~145
63
43
33
系统重功比(kg/kVA)
1975Year
1965
1985
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
发动机
输入 脱开装置
至转速调节系统
摇臂
液压泵
液压马达
游星齿轮架 中心齿轮
发电机
滑油系统
差动齿轮系
传动系统组成
➢液压泵-液压马达 ➢差动齿轮
滑油系统作用
器，数字化集成
护器
化智能化
恒速传动装置发展
Hydraulic Differential
Today's 60 kVA System IDG--71Lbs.
Controls--9Lbs. Per Channel
2 0
1955 1945
Geared Differential
IDG
Total Sundstrand System
第四章 飞机交流供电系统
§4.1 飞机交流供电系统概述
大中型民航客机采用交流电源系统的主要因素:
➢ 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
液压机械式恒装三种工作状态
•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
•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
(CSCF)
变速恒频
(VSCF)
变速变频交流电源系统
发动机
减速器
变速
交流发电机
变速
变频交流电
适用于采用涡轮螺旋桨发动机的中 短程支线飞机。
变频交流电优点:
• 变频交流发电系统简单 • 体积重量小 • 电能转换效率高
恒速恒频交流电源系统
发动机
恒速传动装置
交流发电机
变速
恒速
恒频交流电
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
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。
B B
三相 单相 单相
C
负载
负载
负载
②可提供两种电压；
③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
A
A
0
B
C
B
三相
单相
单相
C
负载 负载 负载
A
A
0
B
C
B
优点： ①电网轻
三相 单相 单相
Байду номын сангаас
C
负载 负载 负载
②电压波形失真小。
缺点：①只能提供一种电压；
②某一相断路时，会发生“串联” 故障。
交流电源系统具有如下优点:
• 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
飞机交流电源系统的主要形式
飞机交流电源系统
变频交流电源
恒频交流电源
恒速恒频
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
调速系统组成
➢离心调速器 ➢伺服油缸
保护系统作用
➢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。
三、液压机械式恒速传动装置的简要工作原理
制动点转速
➢ 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）
2.5~3.6
1.22
0.71~0.85
0.83
可靠性 MTBF·h
几百
1000
900~1500
2000
有刷气冷发电 无刷油冷发电 发电机与恒装 发电机与恒装组
机，液压差动 机，轴向齿轮 组合化，集成 合化，微处理器
系统特点
式恒装，电磁 差动式恒装， 电路控制保护 晶体控制保护
式控制保护器 晶体管控制保 器
以单相为主而兼有三相的供电系统
A B
单相负载
C
汇流条 自动驾驶仪
优点：节省导线 缺点：较多
交流供电质量的指标：
• 电压 • 频率
主要技术性能
• 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：cosψ=0.75（感性）
负差动状态
• 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
正差动状态
• 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。
➢ 系统损耗小而效率高 ➢ 使用维护性好 ➢ 可靠性高、使用寿命长
电网连接形式:
• 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
以机体为中线的三相四线制
A
A
单相 负载
0
B
C
B
三相
单相
单相
C
负载
负载
负载
A
A
单相 负载
0
C
优点：①电网轻；