航空供电系统初步理解

一、航空供电系统：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

1.用电设备分类:

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。

二、飞机供电系统的组成：

1）飞机电源系统：

主电源、辅助电源、应急电源、二次电源、地面电源

a)主电源：由主发动机直接或间接传动的发电系统；是机上全部用电

设备的能量来源

b)辅助电源：

●工作条件：飞机在地面，且主电源不工作；或在空中作为主电源的备份

电源

●类型：航空蓄电池、APU.G

●作用：航前|后准备、起动主发动机等

c)应急电源

●工作条件：飞行中主电源和辅助电源全部失效

●供电对象：关键负载

●类型：航空蓄电池BAT、静变流器INV、

d)二次电源：

类型：DC→AC：旋转变流机、静止变流器

AC→DC：变压整流器

DC→DC：直流升压机、直流变换器

2）控制及保护装置：

电源的控制包括对发电机进行调压、发电机的励磁控制、发电机的输出控制、发电机的并联控制和汇流控制等。电源的保护装置是当发电系统发生故障时，切断发电机励磁和输出。

3）供电网络: 将电能输送到负载的电网，包括汇流条、电源分配系统、短路保护器

三、飞机供电系统的主要类型及发展历程

1.类型：

现有的交流供电系统, 按照所应用交流电能产生机理与参数特点分为恒速恒频交流供电系统、变速恒频交流供电系统和变频交流供电系统。其中, 恒速恒频系统输出交流电能的恒频是靠恒定发电机的转速来实现; 变速恒频系统的发电机转速不恒定, 发电机产生变频交流电能, 系统输出的恒频交流由电子变换器实现; 变频系统则输出变频交流电能, 发电机不恒速, 供电系统向用电负载直接提供的是发电机产生的变频交流电能。在某些飞机上, 根据其用电设备对电能类型及其用电量的具体需求, 同时存在直流和交流电能形式的两种主电源, 供电系统同时提供直流和交流两种形式的电能, 这也是航空航天器供电系统中的一种基本类型, 称为混合供电系统。

飞机上产生电能的主电源装置( 即发电机) 数量通常与飞机发动机数量相同, 所以存在多台主电源装置同时给机载用电设备供电的状态。根据系统电能传输分配

电网络的不同结构及其特点, 有并联供电系统和非并联供电系统两种基本类型。其中, 非并联供电系统, 其主电源装置都有各自的汇流条, 且通过此汇流条向各自的机载用电设备提供电能, 整个系统分成多个供电网络分别供电, 仅当系统处于非正常工作状态时, 各个供电网络及其用电设备之间才会有供电关系的切换。至于并联供电系统, 其供电网络中设置了所有主电源装置共同的汇流条, 所有主电源装置产生的电能都输送至此, 所有机载用电设备也都从此汇流条获取电能。当主电源装置数量较多时, 一般大于或等于4 , 系统的供电网络也采用分组并联的形式, 各组都有大于或等于2 台主电源装置并联运行, 而组间不并联, 整个系统分成两个或两个以上的供电网络给机载用电设备分别供电, 这种系统称为分裂式并联供电系统。

2.直流供电系统重要参数：

供电系统的基本参数是指系统的电气参数、结构及其连接方式等技术指标与形式, 与供电系统以及用电设备的质量、体积、大小和性能有密切关系。直流供电系统最主要的基本电气参数是其额定电压值, 选择时要考虑诸多因素, 如馈电线的长度、配电系统的质量、传输功率大小、线路功率损耗、传输线机械强度、人员安全性、高空工作可靠性等, 起主导作用的则是系统传输功率的大小与配电系统质量的合理性; 其中受机械强度的限制, 飞机供电系统中输电导线的最小截面为0 . 2 m m^2; 除这些技术因素之外, 常常还与经济性和历史继承性等因素有关。

此外, 直流供电系统的基本电气参数还有系统的额定容量和相应的额定电流。

目前, 采用直流供电系统的飞机, 绝大部分仍为低压直流供

电系统, 其额定电压值为28 V 。而已有少数飞机采用了高压直流供电系统, 其额定电压值为2 70 V 。

飞机直流供电系统的供电线路连接方式, 大多数都采用负线接地, 即负线接飞机机身壳

体的单线制, 以有效减轻飞机电网质量。

3.交流供电系统重要参数：

交流供电系统最主要的基本电气参数是额定电压与频率, 相数和相

位也是其基本电气参数。

飞机供电系统的额定电压值一直随航空技术的发展和机载设备与用电量的增加而不断

提高。早期飞机采用直流供电系统, 借用汽车电源技术, 电压为12 V 。随后, 由于飞机设备与用电量增多而采用了2 8 V 电压。可飞机设备与用电量依然增长, 迫使供电系统额定电压值必须提高。然而, 1 00 V 以上直流开关的电弧与直流发电机换向问题制约了直流供电系统的应用,于是11 5 / 20 0 V 、40 0 H z 恒频交流供电系统诞生。其中, 1 15 / 2 00 V 就是目前飞机恒速恒频三相交流供电系统的额定相电压/ 线电压值。随着飞机设备与用电量的继续增加, 供电系统的额定电压值仍需不断提高, 2 30 / 4 00 V 、4 00 Hz 三相交流供电系统是一个发展趋势, 然而考虑到人员安全性、高空工作可靠性、短路电流与航空技术发展对供电系统的要求等因素, 高压交流不一定是优选方案。得益于无触点固态功率控制器和无刷直流发电/ 电动机的出现, 在飞机供电系统领域研

制成功了高压直流体制, 即高压直流供电系统, 其额定电压值为27 0 V , 正好是11 5 V 三相交流电三相全波整流后的直流电压值。

交流供电系统的频率选择与系统中电磁器件的质量、性能、材料、结构、成件技术等因素有关。频率高, 电磁器件的体积质量小。交流电机的转速与极对数和频率直接相关, 还受轴承寿命和旋转部分结构强度的限制。极对数受结构与制造工艺的限制, 电机结构以2 ～3 对极为宜, 如转速为10 0 00 ～2 0 0 00 r / mi n , 则频率以4 00 H z 为宜。若转速再高, 频率选择也应提高。而频率过高, 因趋肤效应等影响, 馈电线压降与损耗增大。按触点电开关特性, 交流电频率为40 0～6