航空供电系统第八章(1)-王莉2018.6.12 tos
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飞机交流供电系统1
式控制保护器 晶体管控制保
护器
七十年代
八十年代后
60
40
43
33
0.71~0.85
0.83
900~1500
2000
发电机与恒装 发电机与恒装组
组合化，集成 合化，微处理器
电路控制保护 晶体控制保护
器
器，数字化集成
化智能化
29
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
37
液压机械式恒速传动 装置的简要工作原理
38
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
39
二、差动游星齿轮系的 工作原理
40
传动关系
41
液压马达不 转动
零 差 动 工 作 方 式
42
液压马达输 出齿轮顺时 针方向旋转
正 差 动 工 作 方 式
43
液压马达输 出齿轮逆时 针方向旋转
➢ 电子变换器 ➢ 115/200V400Hz三相交流电
69
VSCF电源的构成方框
Vn 变频交流发电机 fv 电子变换器
fc
控制器
70
VSCF优点（与CSCF比较）
电能质量高，无频率瞬变现象； 能量转换效率高，比CSCF高了近 10%； 旋转部件少，可靠性高； 电源系统结构灵活，除发电机必须 安装在发电机附件机匣内，其它部 件安装位置可以按需放置； 能够实现无刷起动发电； 生产和使用维护方便，有利于减少 飞机全寿命期费用
C
B
三相
单相
单相
C
负载 负载 负载
19
不接中线的三相三线制 供电系统
优点： ①电网轻 ②电压波形失真小。
航空供电系统复习（全）
航空供电系统复习（全）第一章概述1.用电设备分类:按重要性分类?按负载类型分类按重要性质分：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。
按用电种类分：直流用电设备和交流用电设备。
2.航空器的一次能源?二次能源;航天器的一次能源?二次能源航空器一次能源：发动机；二次能源：液压能，气压能。
航天器一次能源：运载火箭；二次能源：电源。
3.航空航天器供电系统的概念包括哪些部分?飞机电气系统的概念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。
飞机电气系统：供电系统和用电设备一起的总称。
4.飞机电源系统?输配电系统的组成电源系统：主电源、辅助电源、应急电源、二次电源、地面电源；输配电系统：电网、配电装置5.飞机配电系统的种类：常规式、遥控式、固态式6.低压直流?CSCF?VSCF电源系统的优缺点（现代飞机主电源）低压直流——优点：技术成熟、启动/发电、不中断供电。
缺点：低压，功率大时电流大，电缆重；电刷和换向器，发电机容量难以提高（<18KW）。
电源调节点电压为28.5V。
CSCF——优点：耐高温工作环境、过载能力强；电压高，电流小（与低压直流比）；三相/单相。
缺点：CSD生产制造维护困难；电能变换效率低，主电源效率70%；电能质量难于进一步提高；难于实现起动/发电一体化。
VSCF——优点：电能质量高，转换率高；旋转部件少，工作可靠；结构设计的灵活性大；能实现无刷起动发电；生产使用维修方便。
缺点：允许工作温度低；承受过载和短路能力较差。
7.400Hz交流电用于三相四线制的原因1．三相发电机和电动机结构效率高，体积重量相同时三相电机的功率大；2.三相电动机易于起动且启动力矩大；3.三相四线制输配电，可得到两种电压—线电压和相电压，以飞机金属机体为中线，输电线重量轻；4.中线接地的三相电动机一相断开时仍能旋转。
《飞机电源系统》课件
早期飞机电源系统
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
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
飞机电气系统PPT全套课件
30%
75～85 6个月，容
1.35 1.2 1.1 碱性 15～40
量降25%～
40%
1.6～ 1.8
1.4
1.3
碱性
60～ 160
6个月，容
>95 量降15%～
25%
56
§2-2飞机直流发 电机
57
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。
58
一、直流发电机的主要组成 (DC generator)
t(h)
45
铅蓄电池充电曲线
2.6
2.4 b
2.2 a
2.0
1.8
de U
c
E
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
t(h)
46
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
空载特性曲线 74
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
64
直流发电机的电动势
75～85 6个月，容
1.35 1.2 1.1 碱性 15～40
量降25%～
40%
1.6～ 1.8
1.4
1.3
碱性
60～ 160
6个月，容
>95 量降15%～
25%
56
§2-2飞机直流发 电机
57
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。
58
一、直流发电机的主要组成 (DC generator)
t(h)
45
铅蓄电池充电曲线
2.6
2.4 b
2.2 a
2.0
1.8
de U
c
E
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
t(h)
46
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
空载特性曲线 74
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
64
直流发电机的电动势
第8章 飞机电气系统《航空器系统与动力装置》
电源系统具有如下 ：
（1）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。
（2）
，使得交流发电机的电网和设备质量减轻。
（3）交流电能
，即易于变压和整流。
旋转整流器式无刷交流发电机结构形式：
•由
组成发电机组。它的第一
级是永磁式副励磁机，由它给调压器供电，调压器调节励
磁机的励磁电流，励磁机电枢绕组经旋转整流器接到主发
电机的励磁绕组上，向主发电机提供励磁电流。
：励磁可靠，主发电机输出短路时，具有强励磁能力
1—主发电机电枢绕组； 9—主励磁机电枢绕组；
2—主发电机电枢铁心； 10—副励磁机电枢绕组；
3—主发电机磁极铁心； 11—副励磁机电枢铁心；
4—主发电机激磁绕组； 12—星形永磁转子；
• 混合配电方式：设有多个用电设备汇流条，分布于用电设备附近，称为二次 配电装置，所有电源的电能仍集中在中心配电装置。
：在飞机的飞行准备、起飞爬升、着陆和停机等各个 阶段，要对飞机进行操纵和完成执行飞行任务所需的工作，若此时供电 系统能连续地完成其全部功能性工作。
：一种意外的短时失控状态，它的发生是不可控制的， 发生的时刻也是不可精确预测的，但它恢复到正常工作状态是一个可控 制的动作。
5 能够实现无刷起动发电。 6 生产和使用维修方便，有利于减少飞机全寿命期费用。
✓ 新舟-60飞机采用
：
• 该机采用低压直流与变频交流电源混合供电的体制，电源系统
具有50%以上的供电裕度，蓄电池可以满足起动6次发动机的
要求。
• 直流电源系统由左右发动机驱动的直流起动发电机、发电机控
制器、汇流条保护器、电流互、输入桥式整流电路、直流滤波电路、 高频逆变器、降压变压器和输出整流滤波电路及控制保护电路等构成。
航标供电系统设计
Abstract：The method of calculating the parameters of power-supply system in the designing of navigation engineering is proposed in this paper. Several problems to be noticed is also put forward. This paper provides reference for the similar engineering.
列的安装方向和倾角有一定的要求。按照负载耗电情况、当 地气候状况和地理条件来确定最佳的安装角度。文献 [2] 对 这个问题进行了大量研究，通常采取全年固定安装角度，北 半球安装方向应朝向正南，角度与当地纬度相当，这样在一 年中可以获得比较均匀的热效率，尽量满足方阵平面上太阳 能辐射量连续性、均匀性和平衡性的要求，降低系统成本。
3 确定蓄电池组件容量
在航标供电系统中，蓄电池组是不可缺少的重要部件。 太阳能电池阵列发电系统的输出能量极不稳定，必须配置蓄 电池才能工作。蓄电池的作用是接受太阳能电池的充电，以 存储电能，在夜间和阴雨天时给负载（主要是航标灯）供电。 蓄电池容量如果超过既定标准，那么电力供应效果达不到预 期要求，还会影响蓄电池的应用性能，导致蓄电池的应用时 间缩短。一旦容量超出既定标准，那么亏电状态下的蓄电池 会出现电力资源浪费现象；一旦容量小于既定标准，那么蓄 电池所提供的照明亮度不足以满足夜间航行需要，极易发生 航行危险。
收稿日期：2018-04-16
日射量和月平均水平面散射日射量。 上述观测数据可以从有关气象部门获得，尤其水平面的
总日射量已在世界上多个地点进行了观测，按各月的日平均 值汇集成册发表。有些资料直接发表了太阳能电池具有一定 倾斜角时的月平均倾斜面总日射量，可直接使用。当航标所 处地理位置不在有关资料的典型地区时，可参考相邻典型地 区的有关观测数据插值获得。
列的安装方向和倾角有一定的要求。按照负载耗电情况、当 地气候状况和地理条件来确定最佳的安装角度。文献 [2] 对 这个问题进行了大量研究，通常采取全年固定安装角度，北 半球安装方向应朝向正南，角度与当地纬度相当，这样在一 年中可以获得比较均匀的热效率，尽量满足方阵平面上太阳 能辐射量连续性、均匀性和平衡性的要求，降低系统成本。
3 确定蓄电池组件容量
在航标供电系统中，蓄电池组是不可缺少的重要部件。 太阳能电池阵列发电系统的输出能量极不稳定，必须配置蓄 电池才能工作。蓄电池的作用是接受太阳能电池的充电，以 存储电能，在夜间和阴雨天时给负载（主要是航标灯）供电。 蓄电池容量如果超过既定标准，那么电力供应效果达不到预 期要求，还会影响蓄电池的应用性能，导致蓄电池的应用时 间缩短。一旦容量超出既定标准，那么亏电状态下的蓄电池 会出现电力资源浪费现象；一旦容量小于既定标准，那么蓄 电池所提供的照明亮度不足以满足夜间航行需要，极易发生 航行危险。
收稿日期：2018-04-16
日射量和月平均水平面散射日射量。 上述观测数据可以从有关气象部门获得，尤其水平面的
总日射量已在世界上多个地点进行了观测，按各月的日平均 值汇集成册发表。有些资料直接发表了太阳能电池具有一定 倾斜角时的月平均倾斜面总日射量，可直接使用。当航标所 处地理位置不在有关资料的典型地区时，可参考相邻典型地 区的有关观测数据插值获得。
飞机直流配电系统课件
1. 集中配电— — 小型飞机 · 中央配电盘：电能全部接到该配电盘。 · 优点：简单、电压稳定、易于检查排故。 · 缺点：短路故障面积大，影响大。
电网重量大。 中央配电盘复杂。
2．混合配电— — 中、大型飞机
·结构：
（1）单电源汇流条，多设备汇流条。
↓
↓
设在大功率设备附近 用电设备集中处
（2）多电源汇流条，多设备汇流条。
GB用于过载保护，短路保护 ZKC：介于TB和GB之间。 ·保护器的特性稍低于保护对象的特性（损伤特性）： 最大限度的利用保护对象的热特性。 ·热保护器/ 电流保护器的缺陷：环境条件影响。
时间 (s)
12
I1
I2
0
IK
电流I
（a）
选择性：
要动作求电F3动流作相，同F，1 、时F间2 不不动同作。。t1 t2 动作电流不同。 i1 i2
输配电系统（配电系统/ 电网） 电能输送、分配、控制、保护 电源汇流条 用电设备输入端
导线（电缆）：线芯，绝缘层、线束 配电装置：按纽，继电器、接触器，
终点式、凸轮式开关 保护装置：保险丝、自动开关 检测仪表 滤波、屏蔽、搭接电路
二．对飞机配电系统的要求：
1. 高可靠性，强生命力：排除故障，限制故障范围 2. 保证用电设备端电能质量。 3. 重量轻 4. 易于安装、检查、维修和改装。 5. EMI：接地、滤波、屏蔽，抗干扰能力强。
周边负载管理。
小结
1 飞机直流配电系统的构成与分类 飞机供电系统：电能产生、变换、输送、分配 电源系统、输配电系统 2 单线制和双线制电网优缺点
2集中、混合、分散配电方式
2 直流供电网 ： 开式、闭式、混合式 2 配电系统的控制方式：常规、遥控、固态
电网重量大。 中央配电盘复杂。
2．混合配电— — 中、大型飞机
·结构：
（1）单电源汇流条，多设备汇流条。
↓
↓
设在大功率设备附近 用电设备集中处
（2）多电源汇流条，多设备汇流条。
GB用于过载保护，短路保护 ZKC：介于TB和GB之间。 ·保护器的特性稍低于保护对象的特性（损伤特性）： 最大限度的利用保护对象的热特性。 ·热保护器/ 电流保护器的缺陷：环境条件影响。
时间 (s)
12
I1
I2
0
IK
电流I
（a）
选择性：
要动作求电F3动流作相，同F，1 、时F间2 不不动同作。。t1 t2 动作电流不同。 i1 i2
输配电系统（配电系统/ 电网） 电能输送、分配、控制、保护 电源汇流条 用电设备输入端
导线（电缆）：线芯，绝缘层、线束 配电装置：按纽，继电器、接触器，
终点式、凸轮式开关 保护装置：保险丝、自动开关 检测仪表 滤波、屏蔽、搭接电路
二．对飞机配电系统的要求：
1. 高可靠性，强生命力：排除故障，限制故障范围 2. 保证用电设备端电能质量。 3. 重量轻 4. 易于安装、检查、维修和改装。 5. EMI：接地、滤波、屏蔽，抗干扰能力强。
周边负载管理。
小结
1 飞机直流配电系统的构成与分类 飞机供电系统：电能产生、变换、输送、分配 电源系统、输配电系统 2 单线制和双线制电网优缺点
2集中、混合、分散配电方式
2 直流供电网 ： 开式、闭式、混合式 2 配电系统的控制方式：常规、遥控、固态
飞机供电系统
电源的备份：主电源、辅助 电源、应急电源等
电源的种类：交流电源、直 流电源、混合电源等
电源的监控：监控电源的工 作状态、电压、电流等参数
电源的维护：定期检查、保 养、维修等措施
负载分类：根据重要性和优先级对负载进行分类管理 负载控制：根据飞行阶段和系统状态对负载进行控制和调节 负载均衡：确保飞机供电系统在不同飞行阶段均能稳定运行 负载保护：防止过载和短路等异常情况对供电系统造成损害
定义：一种采用 变速发电机和电 力电子变频器构 成的供电系统能 够实现恒频输出。
工作原理：通过 控制发电机转速 和电力电子变频 器的工作状态实 现输出电压和频 率的调节。
特点：具有较高 的供电质量和效 率能够满足各种 用电设备的不同 需求。
应用范围：广泛 应用于现代飞机、 无人机等航空器 中。
飞机供电系统
汇报人：
目录
添加目录标题
飞机供电系统的组 成
飞机供电系统的类 型
飞机供电系统的特 性
飞机供电系统的管 理
飞机供电系统的应 用和发展趋势
添加章节标题
飞机供电系统的组 成
电源装置：提供 电能包括发电机、 蓄电池等
电源控制装置： 控制电源的输出 和保护电源系统 包括电源控制面 板、控制电路等
飞机供电系统的维护性是指其可靠性和可维护性以确保飞机的安全运行。
飞机供电系统的维护性要求较低因为其设计通常采用高可靠性的组件和冗余设计。
飞机供电系统的维护性可以通过定期检查和测试来确保从而延长其使用寿命。
飞机供电系统的维护性可以通过采用先进的维护技术和工具来提高高效性的实现得益于先进的供电技术和设备如高效率的发电机和变压器等能够降 低能源损耗提高能源利用效率。
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航空航天器供电系统@2017
21
开关磁阻电机发电运行电流控制方式
角度控制（APC） 斩波控制（CCC） 脉宽调制（PWM）
航空航天器供电系统@2017
22
开关磁阻发电机系统的特点
可控功率 变换器
优点： n转子结构简单，可靠性高 n适合高温、高速运行 缺点： n发电时需要可控功率变换 器和位置传感器，控制系 统复杂
航空航天器供电系统@2017
2
高压直流电源系统
组成：
Ø主电源：发动机直接传动的无刷直流发电机，能 够实现起动发电双功能 Ø辅助电源：辅助动力装置传动的无刷直流发电机 （APU或IPU） Ø应急电源：应急发电机或蓄电池 Ø二次电源：直-直、直-交
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3
高压直流电源系统结构特点：
35
p开关磁阻起动发电机样例
性能 转速达到22000r/min（采用磁轴承 1995~20 肯塔基大学 双通道 达42000r/min ）电机功率密度 00 Sundstrand 250kW 5.3kW/kg，电机的效率高达91.4%， GE 美国 系统的功率密度为2.56kW/kg 时间 研发机构 功率等级
外置式
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34
p开关磁阻起动发电机样例
时间 1993 研发机构 Wright Lab Honeywell 功率等级 125kW 性能 额定转速输出140kW峰值功率， 最大输出功率达到250kW 转速达到55000r/min 功率密度 400hp/ft3
内置式
航空航天器供电系统@2017
航空航天器供电系统@2017
8
F-22 高压直流供电系统
主发电机：2X65kW，270V； IPUG：22KW，270V； DC-DC变换器：4X2.1kW DC-AC逆变器：2X6kVA，115V/200V，400Hz
航空航天器供电系统@2017
9
8.1 概述 8.2 高压直流电源系统的结构组成 8.3 高压直流发电机 8.4 开关磁阻电机起动发电系统 8.5 双凸极电机起动发电系统
航空航天器供电系统@2017
开关磁阻电机工作原理
气隙磁通走最小磁阻路径的趋势，产生转矩！
13
航空航天器供电系统@2017
开关磁阻电机工作原理
相绕组中有电流流过时，产 生磁场，磁场总是趋向于 “磁阻最小” p任一时刻单相绕组工作 p绕组电流的方向对转子 的转向是没有影响的 p需要根据转子位置改变 导通相 p电机绕组非正弦波供电
异同点 电机 本体 结构 变换器 拓扑 结构 同 异 同 开关磁阻电机 双凸极电机 定子上除具有电枢绕组外，还 含有励磁绕组 定转子均为双凸极结构，转子无绕组 定子上只有电枢绕组
具有能量双向流的功能 采用三相不对称半桥结构 ，主功率电路分时工作， 完成励磁功能 励磁与主功率电路分开，主功 率电路采用三相桥式，励磁回 路采用单相不对称半桥结构
航空航天器供电系统@2017
38
p开关磁阻起动发电机样例
70kW开关磁阻起动发电系统
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8.1 概述 8.2 高压直流电源系统的结构组成 8.3 高压直流发电机 8.4 开关磁阻电机起动发电系统 8.5 双凸极电机起动发电系统
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40
系统组成
航空航天器供电系统@2017
14
开关磁阻电机工作原理
1 2 L 转矩表达式： T i 2 磁阻性电磁转矩
开关磁阻电机产生的转矩将使转子转向“定转子极对极”的 位置，到达θm位置，此时输出转矩为零，为使电机继续旋转 需要换到另一相出力，即SRM在电感的半周期出力。
航空航天器供电系统@2017
主电源：
无刷直流发电机和发电机控制器构成； 无刷直流发电机：无刷交流发电机+整流滤波器 无刷交流发电机+不可控整流滤波 无刷交流发电机+可控整流滤波 易于起动发电
三级式电励磁同步电机（F-22） 开关磁阻电机 （F-35） 双凸极电机 (南航)
航空航天器供电系统@2017
4
高压与低压直流电源的区别
感应电势方向与电流方向相反——发电运行
航空航天器供电系统@2017
28
双凸极电机发电系统的特点
整流器
n电励磁双凸极无刷直流发电 机系统由电机本体、整流桥 和调压器构成。
调 压 器
电枢绕组
励磁绕组
n负载或转速变化时，和三级 式同步电机一样可通过调节励 磁电流大小以保持输出电压恒 定。
优点：发电时无需可控功率变换器与位置传感器、调压 控制简单、可靠
内置式
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37
p开关磁阻起动发电机样例
6kW开关磁阻起动发电系统 技术指标：
• • • • • • • • 额定发电功率： 6kW 发电转速：7000～12000r/m 电压精度：270±1% 电压脉动：<6V 电压瞬变特性：符合MIL-STD-704E 起动电压：270V 起动转速：0～6000 r/m 静起动转矩：25.4 N.m
起动/ 发电切 换过程 位置传 感器
电机运行状态从起动转换至发电 切换前后均要控制主功率 电路 切换后，主功率电路不控，作 为全桥整流电路工作，控制励 磁回路调节输出电压
起动过程均需要位置传感器判断转子位置 发电状态仍需位置传感器
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发电时无需位置传感器
46
外置式
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p开关磁阻起动发电机样例
时间 研发机构 功率等级 30kW 100kW 研究内容 针对转子结构及耐高温高压材料 展开研究 24/18结构，15000~20000r/min， 环境温度300~400°C Lucas Industry 2002 Limited 英国 谢菲尔德大 学
8.1 概述 8.2 高压直流电源系统的结构组成 8.3 高压直流发电机 8.4 开关磁阻电机起动发电系统 8.5 双凸极电机起动发电系统
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1
高压直流电源系统
典型特征：
（1）汇流条额定电压为270 V，与115/200V三相交 流电经桥式整流后的输出电压值相同，即高压直流 电源可和115/200 V三相交流电源相兼容。 （2）采用无刷结构的电机 （3）无触点的配电开关
异
起动 转矩
同 异
电机输出转矩中均存在磁阻转矩 磁阻转矩为起动转矩 起动输出转矩主要为励磁转矩 ，磁阻转矩不出力
45
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开关磁阻、双凸极起动发电系统对比
异同点 同 调压 控制 异 同 异 同 异 开关磁阻电机 双凸极电机 均通过调节励磁控制输出直流电压 通过控制开通、关断角度 实现励磁调节，等效于自 励 励磁控制为他励方式，控制简 单，可靠性高
斩波控制（CCC）
固定θ1、θ2 调节d电流斩波门限ich
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18
开关磁阻电机电流控制方式
脉宽调制（PWM）
调节占空比控制
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19
开关磁阻电机发电运行
原动机拖动转子旋转过程中，定子绕组在转子转离“极 对极”位置时通电，转子上产生的电磁转矩，阻碍转子 的运行——产生电能。
双凸极电机工作原理
励磁绕组绕组在电机内部产生励磁磁 场，转子旋转过程中，由于各相绕组 匝链的磁链发生变化，会感应出电势， 通入电流之后，则会产生电磁转矩。
若绕组电流与感应电势方向相同，则电机输出转矩 ——电动运行
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25
双凸极电机发电工作
Ø由于励磁磁场的存在，转子旋转过程 中将在电枢绕组中感应出电势，直接 通过整流输出即可获得直流电 Ø双凸极电机为电励磁方式，励磁电流 可控，可以简单实现发电调压控制。
包括：原动机（发动机）、双凸极电机、功率变换器、控制 器、调压器、起动电源、电气负载
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41
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42
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43
系统特点
n具有开关磁阻电机结构简单的优点 n发电时无需可控功率变换器与位置传感器
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44
开关磁阻、双凸极起动发电系统对比
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20
开关磁阻电机发电运行
开关磁阻发电机转子无磁性材料， 为在定子绕组中产生感应电动势， 需要在开关磁阻电机发电运行前外 接电源为定子绕组励磁，使其内部 产生磁场——励磁过程。 发电工作特点:需要通过外部电源给定子绕组励磁，待发电机 起励建压后，就可以依靠定子绕组的输出电压维持励磁电流的 供给，并将机械能转化为电能给负载供电。
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1
1、电磁式无刷直流发电机
结构：三级式：(1)永磁副励磁机； （2）励磁机； （3）主发电机+整流滤波器。
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11
2、开关磁阻电机
（Switched Reluctance Machine）
典型6/4结构开关磁阻电机
电机自感随转子位置变化曲线
12
Ø高压供电体制下的直流发电机和电动机必须无刷 化——无刷结构电机 Ø额定电压270V——必须采用没有触点的固态功率 控制器（SSPC）或混合式功率控制器—解决拉弧问 题 Ø具备无刷直流起动发电系统功能，无须再为主发 动机配置专用起动机，可以有效减轻机载设备的重 量——起动发电。
7
航空航天器供电系统@2017
航空航天器供电系统@2017
29
8.1 概述 8.2 高压直流电源系统的结构组成 8.3 高压直流发电机 8.4 开关磁阻电机起动发电系统 8.5 双凸极电机起动发电系统
21
开关磁阻电机发电运行电流控制方式
角度控制（APC） 斩波控制（CCC） 脉宽调制（PWM）
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22
开关磁阻发电机系统的特点
可控功率 变换器
优点： n转子结构简单，可靠性高 n适合高温、高速运行 缺点： n发电时需要可控功率变换 器和位置传感器，控制系 统复杂
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2
高压直流电源系统
组成：
Ø主电源：发动机直接传动的无刷直流发电机，能 够实现起动发电双功能 Ø辅助电源：辅助动力装置传动的无刷直流发电机 （APU或IPU） Ø应急电源：应急发电机或蓄电池 Ø二次电源：直-直、直-交
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3
高压直流电源系统结构特点：
35
p开关磁阻起动发电机样例
性能 转速达到22000r/min（采用磁轴承 1995~20 肯塔基大学 双通道 达42000r/min ）电机功率密度 00 Sundstrand 250kW 5.3kW/kg，电机的效率高达91.4%， GE 美国 系统的功率密度为2.56kW/kg 时间 研发机构 功率等级
外置式
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34
p开关磁阻起动发电机样例
时间 1993 研发机构 Wright Lab Honeywell 功率等级 125kW 性能 额定转速输出140kW峰值功率， 最大输出功率达到250kW 转速达到55000r/min 功率密度 400hp/ft3
内置式
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8
F-22 高压直流供电系统
主发电机：2X65kW，270V； IPUG：22KW，270V； DC-DC变换器：4X2.1kW DC-AC逆变器：2X6kVA，115V/200V，400Hz
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9
8.1 概述 8.2 高压直流电源系统的结构组成 8.3 高压直流发电机 8.4 开关磁阻电机起动发电系统 8.5 双凸极电机起动发电系统
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开关磁阻电机工作原理
气隙磁通走最小磁阻路径的趋势，产生转矩！
13
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开关磁阻电机工作原理
相绕组中有电流流过时，产 生磁场，磁场总是趋向于 “磁阻最小” p任一时刻单相绕组工作 p绕组电流的方向对转子 的转向是没有影响的 p需要根据转子位置改变 导通相 p电机绕组非正弦波供电
异同点 电机 本体 结构 变换器 拓扑 结构 同 异 同 开关磁阻电机 双凸极电机 定子上除具有电枢绕组外，还 含有励磁绕组 定转子均为双凸极结构，转子无绕组 定子上只有电枢绕组
具有能量双向流的功能 采用三相不对称半桥结构 ，主功率电路分时工作， 完成励磁功能 励磁与主功率电路分开，主功 率电路采用三相桥式，励磁回 路采用单相不对称半桥结构
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p开关磁阻起动发电机样例
70kW开关磁阻起动发电系统
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8.1 概述 8.2 高压直流电源系统的结构组成 8.3 高压直流发电机 8.4 开关磁阻电机起动发电系统 8.5 双凸极电机起动发电系统
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系统组成
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14
开关磁阻电机工作原理
1 2 L 转矩表达式： T i 2 磁阻性电磁转矩
开关磁阻电机产生的转矩将使转子转向“定转子极对极”的 位置，到达θm位置，此时输出转矩为零，为使电机继续旋转 需要换到另一相出力，即SRM在电感的半周期出力。
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主电源：
无刷直流发电机和发电机控制器构成； 无刷直流发电机：无刷交流发电机+整流滤波器 无刷交流发电机+不可控整流滤波 无刷交流发电机+可控整流滤波 易于起动发电
三级式电励磁同步电机（F-22） 开关磁阻电机 （F-35） 双凸极电机 (南航)
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4
高压与低压直流电源的区别
感应电势方向与电流方向相反——发电运行
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双凸极电机发电系统的特点
整流器
n电励磁双凸极无刷直流发电 机系统由电机本体、整流桥 和调压器构成。
调 压 器
电枢绕组
励磁绕组
n负载或转速变化时，和三级 式同步电机一样可通过调节励 磁电流大小以保持输出电压恒 定。
优点：发电时无需可控功率变换器与位置传感器、调压 控制简单、可靠
内置式
航空航天器供电系统@2017
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p开关磁阻起动发电机样例
6kW开关磁阻起动发电系统 技术指标：
• • • • • • • • 额定发电功率： 6kW 发电转速：7000～12000r/m 电压精度：270±1% 电压脉动：<6V 电压瞬变特性：符合MIL-STD-704E 起动电压：270V 起动转速：0～6000 r/m 静起动转矩：25.4 N.m
起动/ 发电切 换过程 位置传 感器
电机运行状态从起动转换至发电 切换前后均要控制主功率 电路 切换后，主功率电路不控，作 为全桥整流电路工作，控制励 磁回路调节输出电压
起动过程均需要位置传感器判断转子位置 发电状态仍需位置传感器
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发电时无需位置传感器
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外置式
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36
p开关磁阻起动发电机样例
时间 研发机构 功率等级 30kW 100kW 研究内容 针对转子结构及耐高温高压材料 展开研究 24/18结构，15000~20000r/min， 环境温度300~400°C Lucas Industry 2002 Limited 英国 谢菲尔德大 学
8.1 概述 8.2 高压直流电源系统的结构组成 8.3 高压直流发电机 8.4 开关磁阻电机起动发电系统 8.5 双凸极电机起动发电系统
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1
高压直流电源系统
典型特征：
（1）汇流条额定电压为270 V，与115/200V三相交 流电经桥式整流后的输出电压值相同，即高压直流 电源可和115/200 V三相交流电源相兼容。 （2）采用无刷结构的电机 （3）无触点的配电开关
异
起动 转矩
同 异
电机输出转矩中均存在磁阻转矩 磁阻转矩为起动转矩 起动输出转矩主要为励磁转矩 ，磁阻转矩不出力
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开关磁阻、双凸极起动发电系统对比
异同点 同 调压 控制 异 同 异 同 异 开关磁阻电机 双凸极电机 均通过调节励磁控制输出直流电压 通过控制开通、关断角度 实现励磁调节，等效于自 励 励磁控制为他励方式，控制简 单，可靠性高
斩波控制（CCC）
固定θ1、θ2 调节d电流斩波门限ich
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开关磁阻电机电流控制方式
脉宽调制（PWM）
调节占空比控制
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开关磁阻电机发电运行
原动机拖动转子旋转过程中，定子绕组在转子转离“极 对极”位置时通电，转子上产生的电磁转矩，阻碍转子 的运行——产生电能。
双凸极电机工作原理
励磁绕组绕组在电机内部产生励磁磁 场，转子旋转过程中，由于各相绕组 匝链的磁链发生变化，会感应出电势， 通入电流之后，则会产生电磁转矩。
若绕组电流与感应电势方向相同，则电机输出转矩 ——电动运行
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双凸极电机发电工作
Ø由于励磁磁场的存在，转子旋转过程 中将在电枢绕组中感应出电势，直接 通过整流输出即可获得直流电 Ø双凸极电机为电励磁方式，励磁电流 可控，可以简单实现发电调压控制。
包括：原动机（发动机）、双凸极电机、功率变换器、控制 器、调压器、起动电源、电气负载
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系统特点
n具有开关磁阻电机结构简单的优点 n发电时无需可控功率变换器与位置传感器
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44
开关磁阻、双凸极起动发电系统对比
航空航天器供电系统@2017
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开关磁阻电机发电运行
开关磁阻发电机转子无磁性材料， 为在定子绕组中产生感应电动势， 需要在开关磁阻电机发电运行前外 接电源为定子绕组励磁，使其内部 产生磁场——励磁过程。 发电工作特点:需要通过外部电源给定子绕组励磁，待发电机 起励建压后，就可以依靠定子绕组的输出电压维持励磁电流的 供给，并将机械能转化为电能给负载供电。
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1
1、电磁式无刷直流发电机
结构：三级式：(1)永磁副励磁机； （2）励磁机； （3）主发电机+整流滤波器。
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11
2、开关磁阻电机
（Switched Reluctance Machine）
典型6/4结构开关磁阻电机
电机自感随转子位置变化曲线
12
Ø高压供电体制下的直流发电机和电动机必须无刷 化——无刷结构电机 Ø额定电压270V——必须采用没有触点的固态功率 控制器（SSPC）或混合式功率控制器—解决拉弧问 题 Ø具备无刷直流起动发电系统功能，无须再为主发 动机配置专用起动机，可以有效减轻机载设备的重 量——起动发电。
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航空航天器供电系统@2017
航空航天器供电系统@2017
29
8.1 概述 8.2 高压直流电源系统的结构组成 8.3 高压直流发电机 8.4 开关磁阻电机起动发电系统 8.5 双凸极电机起动发电系统