第六章 恒速恒频交流电源

z4 z6
z7 z5
图6-3 差动游星轮系传动示意图
n7 = 2n2 − n4
n7 n7：发电机； n2：发动机； n4：泵—马达组件
（n：顺时针为正）
2-游星架；Z5、Z6-游星轮；Z4-补偿齿轮； Z7-输出齿轮。
2 工作原理：
（1）补偿齿轮Z4不动，游星架顺转。
Z5反转→Z6顺转→Z7顺转。
全波整流（0～ π ）
u = −uBC 0 ≤ wt ≤ A uAB A ≤ wt ≤ c + A
− × A + c ≤ wt ≤ π
∫ ∫ U d
=
1
π
[
A 0
A+C
2U BC sin( wt + B )dwt + A
πБайду номын сангаас
∫+ A+C 2U CA sin( wt − A)dwt ]
2U AB sin wtdwt
三. 无刷交流发电机的励磁系统 交流励磁机和旋转整流器
IF IF UFo
e
0 π6
π
wt
1. 三相半波整流
eb
ec
ea
理想：
γp
0 wt
ia
0
π6
π
π
wt
图6-20 三相半波整流电路的电压和电流波形
1. 三相半波整流
理想：整流电压平均
E
U zpo = 1.17 Eφ 励磁机相电势有效
主发电机励磁电流平均 励磁机相电流有效 二极管电流平均
if
A
故障
0
t
if
正常
0
t
图6-25 旋转整流器有故障时的波形图
§ 6-4 无刷交流发电机电压调节系统
一. 系统的组成，功能及要求 1 组成： 调节对象：无刷交流发电机。 调节器：调压器。
5
6
4 32 1
1-主发电机；
2-旋转整流器；
3-励磁机；
4-永磁副励磁机；
UA
5-三相整流桥；
UB
6-电压调节器。
5. 输出转速精度 决定发电机频率精度。 稳态转速精度：转速和负载变化范围内，恒装 输出转速最大值或最小值与额定转速差相对于 额定转速的百分比 数。 ±1% nN ，400±4Hz。 动态：动态最大偏差，转速恢复时间。
6. 重量功率比 IDG：0.7Kg/Kw 其他：平均无故障间隔时间等。
§6-3 飞机无刷交流发电机
§ 6-2 齿轮差动式液压恒速传动装置
一、组成： 基本部件：差动游星齿轮、液压泵-液压马达转速补偿组件 （泵—马达组件） 其它：供油系统、调速系统、保护系统。
1 n1
2
n9
7
n3
3
4
5
6
图 6-2 齿 轮 差 动 液 压 恒 装 方 块 图
二、差动游星齿轮的工作原理 1 组成： 游星架、游星轮（Z5、Z6）、补偿齿轮 （ Z4）和输出齿轮（Z7）。 Z4与Z5，Z5与Z6，Z6与Z7啮合。 游星轮可绕架旋转。
当机件卡死、油路堵塞时熔化，自动切除， 返厂修理。
（3）调速机构过速保护：脱扣，CSD与发动机脱开。 （4）低速压力开关欠速保护：CSD输出欠速、发动
机停车而减速时，使发电机退网 （5）单向离合器：输出齿轮与输出轴间，防止发电
机反转恒装，发动机停车过程；并联系统，高 转速CSD使其它CSD传动的发电机转速升高。 （6）剪切颈： CSD输入轴上一部分直径最小；CSD 运动部件卡死，剪切颈扭断。
基本参数：Xd 、XdB(sat) 、X q 、Xσ 。
、 X
' d
X
'' d
、X
' q
、Z
z
、Z
o
，Td
、Td'
、Td'' 。
空载: nN下，IL=0， 励磁机励磁电流If与空载电势 U的关系曲线
空 载 电 势 (V)
180 160 140 120 100 80 60 40 20
0
0 .2 0 .4
Ij
=
U zpo rj
Iφ =
1 3 Ij
Ip
=
1 3
Ij
整流功率关系：
U zpo I j = 1 . 17
3 = 0 . 675
3E I
3×1
电机的功率因数较
实际：换向重叠，有换相重叠后 PF、I j ↑、Uzpo↓
励磁机电枢绕组电感
U eA + eB 2
e A − eC 2
eA
eB
0
eC
t
谐波电枢反应电势。（在励磁机励磁绕组中）
→励磁电流中有脉动分量。
2. 谐波电枢反应的利用
旋转整流器故障诊断 正常：正常谐波电枢反应，励磁机励磁电流脉动小。 故障：谐波电枢反应大，频率变化→励磁电流脉动大。
通过检测励磁电流中的交流分量大小。
A If
u
V
1s 400
0
t
if
1 s
2400
0
t
图6-24 旋转整流器无故障时的谐波电枢反应
（1）固定相（或线）调节：检测单相或线的电压。 交流经整流、滤波得到。
问题：该相短路或检测线断路→过压。 不能保证其他两相（线）电压稳定
（2）三相平均电压调节：三相电压整流得到 全波：三相线电
uAB = 2U AB sin wt
uBC = 2U BC sin[wt − (π − B)]
uCA = 2UCA sin[wt + (π − A)]
Ud恒定不代表每相恒
（3）最高相电压调节 三个单相分别检测，整流滤波后相与，输出高相值。
§ 6—1 概述
1. 构成与指标
构成：CSD+Gen+GCU
恒装+发电机+控制器
主电源
TRU
二次电源
APUG
辅助
BAT EPUG
应急
指标：三相四线、115/200V 、400Hz。
20、30、60、90、120、150KVA。
2．恒装概况 CSD 作用：将转速变化的发动机输出变成恒定转速的
输出，传动交流发电机。
40
20
0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
励 磁 电 流 (A )
图6-16 30KVA无刷交流发电机短路特性曲线 1-三相对称短路，2-线-线间短路；3-相-地间短路。
负载特性：nN 、IN 时， U与 I f 的关系。
发 电 机 电 压(A)
180 160 140 120 100 80 60 40 20
UC
图6-26 三级式无刷交流发电机电压调节系统方块
2 调压器的调节功能：
同DC系统，电压调整及并联时的负载均分。
（1）稳定电压。 0～100% IN， 115V±1.5V 100～200% IN，115V±2.5V
（2）短路强励，使电机能输出足够的短路电流
3 IN ，5s
（直发不需要？）
（3）输出电流限制：
输出转速：Pn=60f
p=4 3
2
1
6000 8000 12000 24000rpm
类型：液压式、气压式、电磁式、机械式、 机械液压式（最广泛使用）、空气涡轮（APU、 EPU）。70年代， IDG组合传动发电机 （integreted drive Generator）。
特点：结构复杂，能量转换效率低，使用维护困难。 成熟，最广泛使用，民机、军机如Su—27。
Ch6 恒速恒频交流电源
要求
§ 6-1 概述 § 6-2 齿轮差动式液压恒速传动装置 §6-3飞机无刷交流发电机 §6-4 无刷交流发电机电压调节系统
§6-5 飞机交流电源系统的并联运行 §6-6 飞机交流电源的控制 §6-7 飞机交流电源的故障及保护
小结
Ch6 恒速恒频交流电源
恒速传动装置 无刷交流发电机 晶体管电压调节器 并联运行 控制 保护 恒速恒频电源系统的构成，基本特性 恒速恒频电源系统的调节、控制与保护
齿轮的转速和方向，从而使输出齿轮的转速恒定。 n7 = 2n2 − n4 n7：发电机；n2：发动机；n4：泵—马达组件
三. 齿轮差动式CSD的故障及其保护 1. 故障现象
油路系统堵塞和漏油 机件摩擦过大或卡死 恒装输出过速和欠速
2. 保护装置 （1）手动脱扣机构：恒装输入轴与输入齿轮脱开,
飞行员控制、可人工复位。 （2）自动脱扣机构：低熔点合金，感受滑油温度。
四. CSD的基本技术数据
1. 额定功率 正常环境条件下，长期连续工作发出的功率。
PN > PG
∵发电机效率
40KVA Gen 47KW 恒装。
2. 过载能力 与发电机过载要求相配合
5min，150%。 5s，200%。
3. 额定输出转速 等于发电机额定转速 nN = nG
4. 输入转速范围 最小和最大工作转速，与发动机转速范围相适应。
=
2
π
[U
BC
(cos
B
+
cosC)
+
U
AB
(cos
B
+
cos
A)
+
U
CA
(cos
A
+
cos
C)]
=
2
π
[(UBC
cosB
+UCA
cosA)
+
(UAB
cosB
+UCA
cosC)
+
(UBC
cosC
+U
AB
cosA)]
=
2
π
(U AB
+ U BC
+ U CA )
半波
Ud
=
2
2π
[UAB
+UBC
+UCA]
（n：顺时针为正）
例： nN = 12000 rpm n7 = 2 n2 − n4 n7 = nN
若 n E = 6000 rpm
8000 > nE > 6000 4000 < nE < 6000
零差动 。 负差动。 正差动。
二. 恒转的基本原理 转速的调节即补偿齿轮的传动。
通过调速器控制泵—马达组件的工作，调节补偿
一. 飞机无刷交发的结构
¾ 三级式构成原理：
电磁式无刷交流同步发电机+整流滤
¾二级式构成原理：自励式发电
三级式与二级式的区别： PMG 独立的励磁与控制电源，与主发电机和飞 机电网无关，可靠性高。
二. 无刷交流发电机的特性与基本参数 作为一个整体。
特性：空载: nN下，IL=0， If 与U的关系曲线 负载：nN 、I N 时，U与 I L 的关系。 外特性：nN =const，U与 I f 间的关系。 短路特性，U=0，I f与 I L 的关系。 调节特性： I f ，保证 U = U n ，φ∞与 φ的关系
（4）并联时负载均分（无功负载的均分）。
其他：高相限制，软启动，保护（过压、过励磁）
要求：
稳态精度高（误差小） 动态品质好（超调小，过渡过程时间短） 足够的电压调节范围及强励能力（±5%范围内调节） 工作可靠、性能稳定
二. 调压器的基本电路和工作原理
1. 基本结构：检测、基准、比较、放大、执行。 其它：稳定环节（反馈校正、前馈校正）
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
励 磁 电 流 (A)
图6-17 30KVA无刷交流发电机负载特性
发 电 机 电 压 (V)
外特性：I f =const，
2 1
n=const， U与 I L
间的关系。
负 载 电 流 (A)
图6-18 30KVA无刷交流发电机外特性 1-电阻性负载外特性；2-电感性负载（cosϕ = 0.75）外特性
0 .6
0 .8 1 .0 1 .2
1 .4
1 .6
励 磁 电 流 (A )
图6-15 30KVA飞机无刷交流发电机空载特性
短路特性：nN U=0，励磁机励磁电流 I f 与短路电流
I
的关系。同一
L
I
f
下，三相对称、线—线、单相短
路电流之比 1: 3 : 3
短 路 电 流 (A)
100
80
3
2
1
60
（2）游星架不动，Z4反转→
→Z7顺转。
（3）Z4反转，游星架顺转→
→Z7顺转。
n7 = 2n2 − n4
n7：发电机； n2：发动机； n4：泵—马达组件
游星架接发动机传动轴，输出齿轮传动交发，
补偿齿轮由泵、马达组件传动。
当n4 = 0， n7 = nN ， n2 = nN /2 ： 零差动。 n4 < 0， n2 < nN /2： Z4反转，正差动。 n4 > 0， n2 > nN /2： Z4正转，负差动。
补偿环节（提高稳态精度） 无功均衡环节
345
1 UF
2
图6-27 电压调节器的方块图 1-无刷交流发电机；2-检测电路；3-比较电路；4-放大电路；5-执行电路。
2. 电压检测方式 调节点：检测电路输入端，一般接在发电机馈电线
靠主汇流条处。 调定电压：调节点的电压值，调节器保持。
四种调压检测方式。
励 磁 电 流 (A)
0.8 2
0.7
0.6
1
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
20 40 60 80 100
负 载 电 流 (A)
调节特性：nN ，保证 U = U n，φ∞与 I L 的关系
图6-19 30KVA无刷交流发电机的调节特性 1-电阻性负载；2-电感性负载 （cosϕ = 0.75 ）。
= 0 . 95
励磁机的利用率比三相半波整流高
实际：换向重叠
三. 交流励磁机的工作特点
1. 电枢电流非正弦波→谐波电枢反应。
¾ 三相半波：直流分量，直流磁化； 二次谐波电
流大，谐波电枢反应大；偶次，无3n次和奇次。
¾ 三相全波：5.7次谐波电流，奇次，无偶次和3n次。 ¾ 谐波电枢反应：谐波电枢磁场引起附加损耗。
iA iC
0
t
图6-21 有换相重叠的三相半波整流电路波形
i i （a）整流电压瞬时值波形；（c）C相（虚线）和A相（实线）电流 C、 A；
2. 三相桥式整
2. 三相桥式整流 理想：整流电压平均
U zpo = 2 .34 E φ
励磁机相电流有效
Iφ =
2 3Ij
整流功率关系：
Pf
= U zpo I j 3Iφ Eφ