飞机电气系统 第二章 飞机直流供电系统

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
38
永磁式无刷直流发电机
第二章 飞机直流供电 系统
§2-1航空蓄电池
1
蓄电池
2
蓄电池
3
蓄电池
按用途分
按用电解液性质分
地面 飞机 碱性 酸性 蓄电池 蓄电池 蓄电池 蓄电池
4
酸性航空蓄电池
铅酸蓄电池
电解质：硫酸 电解液：稀硫酸（硫酸溶液）
5
碱性航空蓄电池
镉镍蓄电池 锌银蓄电池
电解质：KOH或NaOH
6
铅酸蓄电池
铅( Pb )
电源极性和电网极性相同 电源电压和电网电压相同
71
负载均衡的概念
两台发电机并联，如果两 台发电机的输出电流相等， 各为Байду номын сангаас载电流的一半，则称 负载分配是均衡的。
72
负载均衡的条件
两个调压器所保持的电压相等， 即U1=U2 两台发电机的正线电阻相等， 即R+1=R+2
73
炭片调压器的均衡电路
U
I1
衔铁
正常电流 反流
66
过电压与过励磁故障的 保护
➢ 持续过压：由故障引起，持续时 间较长，危害大。
➢ 瞬时过压：持续时间极短，危害 较小。
67
对过电压保护装置的要求
➢应具有反延时特性
68
§2-5 直流电源的并
联供电
69
并联供电优点
可实现不中断供电，可靠性高 系统容量大，供电质量高
70
直流电源投入电网的条件
制
➢ 发电机反流保护 ➢ 过电压与过励磁保
护 ➢ 发电机反极性保护 ➢ 过载保护 ➢ 短路保护
63
反流保护
➢ 反流：流入发电机的电流
64
反流的危害
白白地消耗蓄电池或发电机的 电能 过大的反流还会烧坏蓄电池或 发电机
65
反流切断继电器工作原理
至电压和电流 调节器电路
G
汇流条
并联 绕组
串联 绕组
至用电设备 蓄电池开关
衔铁
铁芯
碳堆压力
碳堆
板式控制弹簧
线圈
R调
负载
发电机转速降低或负载增大
发电机输出电压降低
电磁铁线圈磁场减弱 电磁铁吸力减小
碳柱上的压力增大
碳柱的电阻值减小
发电机励磁电流增大
发电机励磁磁场增强
发电机输出电压升高
恢复到额定值
61
§2-4 直流电源的控制
与保护
62
控制与保护
控制
保护
➢ 主电源的控制 ➢ 应急电源的控制 ➢ 地面电源的控制 ➢ 起动发电机的控
➢ 电压调节器简称调压器
46
电压调节器
47
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
48
炭片式调压器
49
炭片式调压器的主要组成
炭堆(炭柱)
电磁铁
固定在电磁铁上的六角弹
簧(或板式控制弹簧)
50
炭片式电压调节器 原理电路
铅蓄电池放电曲线
极板附近及
孔隙中的电
解液浓度迅
速下降
A
2.0
B
U
1.5
E
F
C D
极板孔隙中的 硫酸浓度与极 板外的浓度达
到一定值
1.0
孔隙内硫酸 迅速下降
0.5
扩散 作用
极板 硬化
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
t(h)
11
铅蓄电池充电曲线
2.6
2.4 b
2.2 a
2.0
1.8
R+1
+
G1
-
U1
3
A
R-
I Wreg1 R
5
Wreg2
U
Weq1
Weq2
R+2
I2
+
G2
-
U2
3
B
R-
74
本章内容结束
75
32
并励式直流发电机自激 发电条件
磁通↑→电动势↑→端电压↑→励磁电流↑→励磁↑
33
三、整流式直流发电机
直流发电机由于具有电刷和换向器， 限制了它的高空性能和可靠性，整流式直 流发电机可以有效地克服这些缺点。
34
整流式直流发电机分类
➢ 变频交流发电机整流 （有刷）
➢ 无刷直流发电机
35
变频交流发电机整流（有刷）
过速能力 rpm
7
效率
电8
起动电压 V
动9
机 10 工 11 作 12 状 13 态 14
起动次数 最小起动力矩 最小力矩 悬挂力矩 重量 工作环境温度
kg·m kg·m kg·m kg ℃
参数
30
400
12
7200 ～120 00
133% 2min
200% 5sec
14000 5min
≮70%
30
二氧化铅 ( PbO2 )
7
铅蓄电池的放电 铅蓄电池的充电
→ 放电
PbO2 + 2H2SO4 + Pb = = PbSO4 + 2H2O + PbSO4 +电能
正极 电解液 负极 ←充电 正极 电解液 负极 8
铅酸蓄电池
→ 放电
PbO2 + 2H2SO4 + Pb = = PbSO4 + 2H2O + PbSO4 +电能