民用飞机变频交流和高压直流电源系统研究
270V直流电在多电飞机上应用论文
270V直流电在多电飞机上应用论文摘要：270VHVDC的应用是多电飞机一个重要的研究方向，其相较于传统的28VDC和115VAC拥有无可比拟的优势。
但目前，270VHVDC 的应用还存在一些问题需要解决，比如配套设备少、元器件型谱不全，尤其是0-20A范围的高压保护器件，国内尚无货架产品可选。
但随着科学技术的发展与进步，电力电子器件的不断发展与完善，飞机设计师的多电/全电飞机梦在不久的将来即将实现。
1 多电飞机全电飞机使用电气系统取代液压、气动和机械系统，以电的方式传输分配所有次级功率。
全电飞机在提高能源利用率、可靠性和维修性方面具有显著的优势，但由于超级蓄电池、电推进等技术难题仍未解决，目前在民用运输飞机领域并不能实现真正的全电飞机。
多电飞机正是传统飞机向全电飞机过度的产物，它不断增加电气系统在飞机功率转换中的比重。
目前先进民用运输飞机正在不断向多电化发展，现代先进的技术也可以支持多电飞机的实现。
美国从上世纪80年代就开始研究多电飞机，在建模仿真、电力作动、远程固态配电、电刹车等方面的研究拥有丰富的经验。
多电飞机即意味着飞机上的电气负载相较于传统飞机有极大的增加。
传统飞机从28V低压直流供电发展至115V宽变频交流电系统后，基本能满足现代飞机的需求。
但交流供电不容易实现不中断供电，并且重量较大、效率较低，不能满足多电飞机上大量机电作动器的需求。
为了优化电源系统重量和效率，可以改变供电体制或者提高供电电压。
270V高压直流电（HVDC）以其高效率、高可靠性和易于实现不中断供电等优势成为多电飞机优先考虑的电能类型。
2 270V高压直流电源的获得目前获得270V高压直流电的方式基本可以划分为两种，一种是将直流发电机直接作为直流电源提供270V直流电，第二种是将交流发电机提供的交流电整流为270V直流电。
2.1 高压直流发电机美国的军用飞机采用了270V高压直流发电系统。
无刷直流发电机由三级式无刷交流发电机与二极管整流桥构成，三级式无刷交流发电机由主发电机、励磁机、副励磁机和旋转整流器组成，三个电机转子与旋转整流器共轴。
浅述现代飞机电源的发展
源、电源保护、调节、稳定、检测电路等部分组成。现代飞机的电源系统包含四种类型。现代飞机电源的发展趋势
将是我们主要探 讨的问题 。
关键 词 ：现代飞机 ；电源 ；发展趋势 ．
中图分类号：Ｖ ２ ４ ２ ． ２
一
文献标识码：Ａ 文章编号：１ ６ ７ ４ — ７ ７ １ ２（ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ０ ２ ９ — ０ １
Байду номын сангаас
引言 飞机 上的 电源系 统主要是 向飞机上 所有的用 电设备提 供 电能服务 的，如 ：飞行控制系统、武器控制 系统 、照明及防冰 设置、各种 电子设备、生活设施等 。飞机 电源 系统 的供 电质量 及其 可靠性程度影 响着飞机 的正常工作， 是保证。 飞机完成安全 飞行和作战任 务的基础 。随着科学技术的不断进步 飞 机 电源 系统逐渐 发生了变化 。 现代飞机 有很 多各种电子设备组成，这些电子设备加大 了
二 、 飞机 电源 系统 的发 展 过 程 随着 国际航 空科 学技术的迅猛发展 ， 飞机在飞行速度 、 飞
行高度、飞行航程 、作 战性 能等方面均有 了较大提高。因此 ， 飞机上的各种电子设备在不断增加 ， 用 电量的增加也对飞机 电 源系统 的系统结构和控制程度提出了较 高的要求 。 现代 飞机 电 源系统 的发展主要经历了 ２ ８ Ｖ低压直流 电源 、２ ７ ０ Ｖ高压直流 电源 、 ４ ０ ０ Ｈ ｚ 恒 频交流电源、 ３ ６ ０ — ８ ０ ０ Ｈ ｚ １ １ ５ ／ ２ ０ ０ Ｖ变频交流电 飞机发 展的趋势 。 其大容量的供 电系统、 广泛 的采用 电力动作 源。 技术 ， 不仅可 以减低飞机的重量 ， 还能提 高飞机 的可靠性和维 （ 一 ）低压直流 电源系统 修性 ，更能降低飞机的运营 成本 。例 如：Ｂ ｏ ｅ ｉ ｎ ｇ ７ ８ ７ 飞机就是 这 是飞机最 早采用 的电源系统 ，５ Ｏ年代 以前 的飞机电源 款典型的 “ 多 电”商用飞机，它的设计 更接近于 “ 全 电”飞 系统都 是这汇 总电源 系统 。 目前仍在很多小型飞机和直升飞机 机 ，它 的总发电功率是 １ ４ ５ ０ Ｋ Ｖ Ａ 。这款飞机的 电源 系统不同于 上使用 。 这是飞机 电源 系统 发展 的重要里程碑 。 飞机 的这种直 过 去的波音飞机 ，飞机上 的 电源来 自于安装在 发动机上 的 ４ 流 电源 系统的发 展经 历了将近一百年的 时间 ， 它的额定 电压也 个 ２ ３ ０ Ｖ交流 ２ ５ ０ ｋ Ｗ的变频发 电机和安装在辅助动力装置上的 由最初 的 ６ Ｖ 、１ ２ Ｖ转变为如今 的 ２ ８ Ｖ ０该 电源系统主要 由直流 两个 ２ ３ ０ Ｖ交流 ２ ２ ５ ｋ ￣的变频发电机共 同构成 的。Ｂ ｏ ｅ ｉ ｎ ｇ ７ ８ ７ 发 电机 、调压器 、保 护器 、滤波器组成 。 飞机取 消了原有 的气源系统。 这种设计不仅又花 了飞机能源的 （ 二 ）高压直流 电源系统 使用 ，更提 高了飞机发动机的使用效率 。再例如 ：Ｆ ＿ ３ ５战斗 ２ ７ ０ Ｖ的直流高压 电源系统 曾经被美国的 Ｆ 一 １ ４ Ａ战斗机使 机就是一款 典型 的 “ 多电”战斗机，它的技术更先进 ，它是完 用 ，在局部配置了高压直流供电技术 。该系统有发 电机 、控制 全按照 “ 多电”飞机来 设计 的，这样的设计使得该款战斗机能 器组成 。美 国的 Ｆ 一 ２ ２ 、Ｆ － ３ ５两款 战斗机分别采用 了 ６ ５ ｋ Ｗ ＼ ２ ５ ０ 携带更多的高能武器 。 ｋ Ｗ的 ２ ７ ０ Ｖ高压直流发 电系统。这也将是今后 飞机 电源发展的 总之 ，飞机 的电源系统 的优劣将 直接 决定 飞机 的使用性 主要 方 向之 一 。 能， 随着科技的进步、 社会的发展 ， 飞机 的性能将被不断提升 ， （ 三）恒频 交流 电源 系统 从 飞机 电源系统的发展规 律， 我们可 以猜测到未来飞机 电源 系 随着科 学技 术的不断进步 ，飞机上 的电子设备不断增加 ， 统 的发展方 向： 未来 飞机 电源将朝着大功率、小型化 、可靠性 也就增加了飞机 上的用电量 。 同时还对飞机电源的供 电质量提 高的方 向发展 ， 这也是各国战斗机 、民用飞机 电源系统发展的 出 了较高的要求， 原来 的低压直流 电源 已经不能继续满足飞机 必然趋势 。 用 电发展的需要 ， 面对 这样 的挑 战， 飞机交流 电源系统得到 了 参考文献 ： 发展 。 恒频交流 电源系统主要是指恒速恒频交流 电系统、 变速 Ｉ １ 】 戴卫 力等． 航 空起 动／ 发 电 系统 的发展趋 势与研 究现状 恒频交流 电系统 。 恒频交流 电源 系统主要是通过恒速的传动装 Ⅱ 】 ． 航 空科 学技 术， ２ ０ １ ０ ， ０ ５ ． 置来使发 电机进行恒速运转 ， 最终产 生恒 频的交流 电。 这也是 ［ ２ 】 王舰 ． 浅析 民用飞机 电源系统发展趋 势【 『 】 ． 内江科技， ２ ０ ０ 目前全球各 国飞机使用较为普遍的一种 飞机 电源系统 。 而变速 ９ ， ０５ ． 恒频 交流 电源系统 则是通过 电子功 率变换器将变频 发电机输 【 ３刘铭 ３ ］ ， 黄纯洲 ， 李 勤． 飞机机载机 电 系统 多电技 术的发展 出的变频交流 电转变为恒频交流电 。 该电源系统主要是 由飞机 现 状 ｍ． 航 空科 学技 术 ， ２ ０ ０ ５ ， ０ ６ ．
飞机电源系统的现状与发展分析
飞机电源系统的现状与发展分析作者：王宗辉来源：《科学与财富》2017年第23期摘要：随着技术进步与经济发展，高压直流的飞机电源系统逐步取代了恒频变速与低压直流的系统，上述转变在本质上代表着电源系统的整体改进。
早在1914年，飞机系统就运用了直流式的发电机；截至目前，上述系统已获得了全方位的改进。
为此针对新时期的飞机电源系统而言，有必要探明电源系统的真实现状；结合电源系统运用于航空领域的状况，探求电源系统的发展趋势。
关键词：飞机电源系统；现状；发展引言：从基本类型角度来讲，飞机电源系统通常可以分成低压直流、恒频交流以及变频交流的几类典型系统。
近些年来，与飞机电源有关的各项技术措施正在获得全方位的改进，这种现状在客观上有助于保证系统性能并且提升了电源运行的实效性[1]。
面对信息化的新形势，飞机电源系统整体上表现为更高层次的发展水准，因此也在本质上推动着与之相应的技术进步。
一、电源系统的应用现状（一）频率恒定的交流电源飞机具体在航行时，通常都会受到多样化要素带来的影响。
较长时期以来，很多型号的航班都配置了400Hz、115V以及三相的交流电源。
在此基础上，发电机受到恒定的电流驱动，进而产生了恒定的发电频率。
与此同时，传动装置可以带动CSD，确保主齿轮箱与发动机的其他位置都能维持平稳的转速。
因此经过分析可知，从目前的现状来看，针对恒频交流的飞机电源仍然适合推广组合式的驱动电机。
这是由于，组合式的驱动电机运用了恒速传动的模式，因此有助于缩小整个发电机的体系，针对发电系统的可靠性也进行了全面提高[2]。
（二）高压的直流电源早在上世纪初，飞机就开始运用直流的航空发电机。
因此从额定电压来看，6V以及12V 的额定电压都构成了早期的飞机供电系统。
截至目前，上述的飞机供电系统已经获得了较大幅度的改进，在此基础上诞生了高压直流的飞机供电系统。
在飞机电源的整个系统中，高压直流电源通常可达80%的供电实效。
在某些情况下，上述电源甚至超出了85%的电源频率。
第四章飞机交流电源系统课件
二、飞机交流电源系统供电方式的分类
（一）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。优点是发电机利用率高，系统工作可靠。 （二）单独供电 在正常状态时，每台发电机单独向各自的汇流条供电，只在故障 时实行转换，这种方式称为单独供电。
6
三、交流电网供电馈线的连接方式
2
二、交流电源系统的主要优缺点
（一）为什么要用交流电源作为主电源 1、电源容量的增加，要求提高电压以减轻重量 2、飞机电源工作环境条件的变化，迫使采用交流电源。 3、电压和功率变换的要求
3
（二）交流电源系统的主要优缺点
1、主要优点： 1 交流发电机工作可靠性大大提高。 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、故障多，维护困难。 2 交流电源系统的控制保护设备比较复杂，特别是并联运行 时的控制保护更为复杂。
波形如图4-43的曲线1所示，经电容C1滤波后，电压波形将平滑一 些，接近于三角形波，如图中曲线2所示。
正好保持发电机转速为额定值所需要的输入轴转速 称为制动点
转速。可由（4-6）令
而求得：
输入转速等于制动点转速下的工作方式称为零差动工作方式。 2、恒装输入轴转速低于制动点转速时 在这种情况下，单靠机械传动，发电机的转速低于额定转速，为了 保持发电机恒速，必须由液压马达的转动补偿。 正差动工作方式 3、恒装输入轴转速高于制动点转速时 此时，单靠机械传动，发电机转速将高于额定转速，液压马达输出 齿轮反时针方向转动。
15
第四节飞机交流发电机的结构形式和励磁方式
一、励磁的形式： 1、有刷励磁——他励式、自励式 2、无刷励磁——他励式、自励式
飞机电气系统 第三章飞机交流供电系统
恒装的安装位置
34
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/k VA)
2.5~3.6
1.22
0.71~0.85
0.83
可靠性 MTBF·h
30
§3-3恒速恒频交流电源
31
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)
32
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
第三章 飞机交流供电系统
§3-1 飞机交流供电系统概述
1
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
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）
19
§3-2飞机无刷交流 发电机
20
有刷 无刷
异步 同步
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飞机无刷交流发电机 同步发电机
转子转速n与定子绕组中电流所产 生的旋转磁场的转速n1相等，且转向相 同，这样的发电机称为同步发电机。
c919飞机起落架控制中电机应用的调研报告
c919飞机起落架控制中电机应用的调研报告1. 引言C919是我国自主研发的大型支线客机。
作为民用飞机的重要组成部分，起落架的可靠性和性能对飞机的安全性具有重要影响。
在起落架系统中，电机是起落架控制的关键部件之一。
本报告将对C919飞机起落架控制中电机应用的现状进行调研，重点关注电机的种类、工作原理、性能要求及应用场景等方面的内容。
2. C919起落架电机的种类及工作原理起落架电机主要分为直线电机和旋转电机两种。
2.1 直线电机直线电机是一种可将电能直接转换为直线运动的电动机。
它由固定部分（定子）和可移动部分（活动子）组成。
在C919的起落架控制系统中，直线电机通常用于起落架的伸缩控制。
其工作原理是通过在定子和活动子之间产生磁场，使活动子受到电磁力的作用而运动。
直线电机具有结构简单、体积小、功率密度高等优点，适用于需要大功率输出和精确控制的场景。
2.2 旋转电机旋转电机是一种将电能转换为旋转运动的电动机。
在C919的起落架控制系统中，旋转电机主要用于起落架的转动和舵机控制。
旋转电机根据其动力来源和转子结构可以分为直流电机、交流电机和步进电机等。
2.2.1 直流电机直流电机通过直流电源提供电流，通过电流在磁场中产生作用力来实现转动。
C919起落架控制系统中的直流电机一般采用无刷直流电机（BLDC），其具有反应迅速、转速可调节、效率高等特点。
BLDC电机还具备良好的低速性能，可以实现较高的精度和控制能力。
2.2.2 交流电机交流电机是利用交流电源提供电流，通过电流在磁场中的作用力来实现转动。
C919起落架控制系统中的交流电机主要使用感应电动机，其具有结构简单、运转平稳、维护方便等特点。
感应电动机的控制相对简单，但其精度和控制性能有限，主要适用于起落架控制中低精度、低速度的应用场景。
2.2.3 步进电机步进电机适用于需要较高精度位置控制的应用场景。
它可以按照设定的步进角度控制转子的位置，并且不需要反馈装置进行位置检测。
民航概论——民用航空器之六
三 座舱环境控制系统
定义---随着飞行高度的增加，大气压的含氧量下降，在4000米高度上 人体中的气体已经不能维持正常的活动，出现缺氧症状。在6000米的 高度上人能维持正常知觉的时间下降到不足15分钟，到8000米高空时 这个时间只有3分钟，因而在飞行高度民主超过6000米以上的飞机必 须采用环境保护措施来保障乘客和机组人员的生命安全。这种保障系 统我们称为座舱环境控制系统。
油流入回流油路。 5. 调压阀 ---把液压泵输出的液压保持在一个稳定范围。 6. 减压阀---把系统的压力减到某一数值供给一些机构使用。
3）蓄压器---保证液压系统中压力稳定。 4）作动器---把液体压力变为机械运动、直线运动或旋转运动。 直线运动叫作动筒：就是液压缸和活塞系统。 旋转运动叫液压马达：是把液体压力变为轴的旋转从而输出功 率。
2）阀
分类： 流量控制阀
1. 换流阀 2. 截流阀 3. 过流阀
压力控制阀 1. 安全阀 2. 调压阀 3. 减压阀
各个阀的作用
1. 换流阀---用于改变方向。 2. 截流阀---也叫单向阀，只允许液体向单一方向流动，不能回流。 3. 过流阀---防止液压系统破损漏油。 4. 安全阀—把弹簧调在一定压力，当液压大于这个压力，球阀被压开，
客舱的布局是指座椅子、厨房、厕所、舱门的安排。 座椅可按照头等舱、公务舱、经济舱三个等级来安排。
2货舱
1）直流电源系统的组成
1. 直流发电机 2. 调节器---调节电压变化幅度，使之能为用电设备提供稳定电压。 3. 反流断路器---保证发电机向外供电，当发电机电压小于并联网路
或蓄电池电压时 ，断路器断开。 4. 稳定变压器 5. 蓄电池---是一种将化学能变为电能，又能将电能变为化学能的储
飞机电力系统技术研究
飞机电力系统技术研究摘要：飞机动力系统技术是新一代飞机需要立即研究的关键技术之一，变得越来越重要，尤其是随着飞机集成、多电源、互联、智能、效率等新的性能要求。
系统是满足这些新要求的重要支撑。
本文结合国外电力系统技术的技术发展，介绍了从多代到多技术、混合技术和电气技术的具体解决方案的分步实施。
该系统还分析了关键技术和市场趋势，解决了飞机动力系统的四个关键问题，为飞机动力系统技术是下一代飞机研究设计和未来发展的参考。
关键词：电力系统架构；电机技术；电力电子技术；独立电网技术随着电力电子技术、电机技术、电池技术和技术的飞速发展。
因此，飞机动力系统的重要性越来越突出。
新一代能源飞机的核心技术这是消除飞机运动和提高飞机的能源效率的重要途径。
将航天动力系统分析研究与国外航天动力系统技术的发展相结合，提出在航空领域发展新一代飞机动力系统技术，开发飞机动力系统研究新技术，正在研发新一代飞机技术，强调市场领域电气化技术的发展，希望能为航空业的发展提供借鉴。
1飞机电力系统地位和作用飞机电力系统是一个独立的电力网络，包括电力的产生、传输、分配、储存和使用。
这个独立的电网包括发电机、输电线路、配电系统和电源转换器电池电量以及各种飞机动力元件以及控制这些组件操作的控件。
飞机电气系统的电气部件主要由飞机系统等基本功能部件组成。
飞行控制系统环境控制系统防冰系统起飞和着陆系统、通信系统（内部和外部）和飞机照明。
飞机动力所有这些系统和组件都非常可靠、紧凑且重量轻，从而实现了飞机的高效率，随着越来越多的飞机系统使用电力生产。
飞机整体生产力将提高，排放量将减少，飞机动力系统的地位和作用将变得越来越重要。
未来，飞机的动力系统也将成为飞机主动力发动机的核心，将极大地支持飞机技术的发展。
2飞机电力系统构成飞机的电气系统飞机电气系统设备和电气系统设备将从发电机的能量分配系统。
电力转换设备和功率转换设备。
飞机的电力系统是独立的。
独立的收入来源和飞机电气设备的主要来源。
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民用飞机变频交流和高压直流电源系统研究
随着民用飞机对安全、便利、舒适的要求不断提高，飞机系统也在不断升级和改进。
其中，电力系统是飞机最基础、最重要的设备之一，承担着为整个机舱提供电源、驱动机械装置、保障通信导航等多种任务。
随着电子、通信、自动化等技术的发展，飞机电力系统也不断进行新技术的引入和应用，其中变频交流和高压直流电源系统是近年来的热门研究方向之一，下面就来详细介绍一下这两种电力系统。
变频交流电源系统
何为变频交流电源系统？
在传统的飞机电力系统中，用发动机驱动的发电机将直流电转换为交流电，然后由变压器调整电压，再通过分配器将电能分配到各个系统中。
在这样的电力系统中，一旦某个系统损坏，将会影响其他系统的功能。
而变频交流电源系统则是指使用变频器将直流电转换为交流电，并且通过各自独立的电源控制系统进行供电的电力系统。
变频交流电源系统的优点
变频交流电源系统具有自我调节的能力，能够独立地控制输出电压和频率。
同时，对于不同的负载变化，系统能够自动调整输出频率和功率，以满足不同的负载需求，降低电力消耗，提高能源使用效率。
变频交流电源系统的应用
目前，变频交流电源系统主要应用在飞机舱内的电子设备和保障系统中，如通讯电子设备、制导和导航设备、机载计算机、灭火设备等。
同时，由于变频交流电源系统具有开放性、易于维护及管理的优点，所以在现代民用飞机中被广泛采用。
高压直流电源系统
何为高压直流电源系统？
高压直流电源系统是指使用高压和直流电而不是使用传统的低压交流电进行飞机的电力供应。
高压直流电源系统将直流电通过升压变压器升压至较高的电压，这样能够实现更长的电力传输距离，并且通过高压直流变流器控制输出功率，从而保证了飞机电力系统的稳定性。
高压直流电源系统的优点
相较于传统的低压交流电源系统，高压直流电源系统具有更高的能源转化效率，能够实现较长的能源传输距离，同时系统的能量损失也更小，从而提升了飞机的能源使用效率。
高压直流电源系统的应用
高压直流电源系统主要应用于一些高功率负载、大电流设备上，比如起飞和降
落系统、襟翼执行机构、电动飞行控制系统等。
同时，在便携式电功率系统和船舶电力系统中，也有广泛应用。
结论
变频交流电源系统和高压直流电源系统是现代民用飞机电力系统中广泛采用的
技术，两者各自具有优点和应用范围。
随着电子技术和飞机设计技术的发展，相信这两种电力系统将会不断地进行创新和优化，为飞机系统的升级提供更为可靠和高效的保障。