第三章_飞机低压直流电源系统

最大值
调节设定值
转/分
+
碳堆压力
碳堆
直流发电机
衔铁
铁芯 线圈
负载
板式控制弹簧
R调
发电机转速增加或负载减小
发电机输出电压升高
电磁铁吸力增大 碳柱上的压力减小 电磁铁线圈磁场增 强 碳柱的电阻值增加 发电机励磁电流减小
发电机励磁磁场减弱 发电机输出电压降低 恢复到额定值
精度低，功耗大，稳定性差， 受温度影响大。温度补偿
损坏V。
+ Rj Wj D
ij
V ij
V _ (b)晶体管V截止，励磁电流经D续流
_
(a)晶体管V开通，励磁电流ij增长
图 5-15 晶体管调压器末级晶体管的接线图
损耗分析 （假设I f 平直） Pon = U ces I cs = U ces I f Von ： ：
非传动端：铝合金端盖，轴承，轴承与端 盖间用钢衬套 。
复合轴：空心轴：重力，拉力，扭矩。 软轴：弹簧钢，扭矩，吸收扭转振动能量
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 = CEΦn
• n越低， If 越大 （同样IL ）
（A） If
14
4000r/min
12
10 8 6000r/min
Ifmin ～ Ifmax 是设计 6 调压器时的重要依据。4
2 0 100
9000r/min
200
300
400
500
600
电流I(A)
(C) 调节特性
12kW起动发电机性能参 数
序号 发 电 机 工 作 状 态 电 动 机 工 作 状 态 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 额定电压 额定电流 额定功率 转速范围 过载能力 项 目 参 数 V A kW rpm 30 400 12 7200～12000 133% 2min 200% 5sec 14000 5min ≮70% 30 3 起动 3 次后间歇 30min 2.84 2062 2.02 14.4 -55～+121
励磁电流I f(A)
12
16
20
电流I(A)
空载特性曲线
外特性曲线
80 60 40 20 0
UN
0
200 400 600 800 1000
电流I ( A )
电流I(A)
不带调压器
带调压器
外特性：
• 电流增加，电枢回路的电 阻电压降上升，使端电压 下降 • 感应电势正比于每极磁通， 电流增加，电枢反应的去 磁作用会使每极磁通减少， 使感应电势下降，端电压 进一步下降。 • 对于 并励发电机，励磁绕 组和电枢绕组并联，端电 压的下降使励磁电流成正 比的减少，每极磁通降低， 感应电势和端电压进一步 降低。
U = E L Ra = Cen L Ra I I I L = U RL
If =U Rf
（2） 外 特 性 曲 线 有 内 凹 。 原 因 ？
If =U Rf
U = E L Ra = Cen L Ra I I E I L = U RL = RL +Ra
（v）
电 压 U 80
直流发电机的电动势
E=CEΦn=
发电机 电动势 结构 常数 每磁极 下磁通
PN n 60 a
发电机 转速
直流发电机的励磁
大部分飞机直流发电机均为两用的起动/发电 一体机，即利用直流电机的可逆原理，在喷气发 动机起动时由地面电源（或机上蓄电池）供电， 在电动机运行状态下起动发动机。 激磁方式为复激转串激。当转速达到一定值 时，激磁改为并激，电机转入发电状态，提供机 上直流电能。
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
变频交流发电机整流（有刷）
至用电设备
交流发电机 滑环
N S S N S N
N S N S S N
转子和 励磁绕组
励磁继电器 电压调节器 控制 开关 蓄电池或 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
I f min =
U r f + rc max
→
U r f + rc min rc 导致比较大的损耗，采用PWM控制，改变加
rc max rc min
I f max
=
在W f 上的平均电压，可以减小损耗。
1 励磁电流的脉宽调制控制
续流D，在V关断时提供通路。 没有D行不行？
+ Rj Wj Ec D Ec
过速能力 rpm 效 率 起动电压 V 起动次数 最小起动力矩 kg·m 最小力矩 kg·m 悬挂力矩 kg·m 重量 kg 工作环境温度 ℃
§3.3 直流发电机的 电压调节
引 言
U = CEΦn - I R
负载 电流 发电机 端电压 发电机 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？ 宽转速稳压， 调励磁电流
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。
电压调节器简称调压器
连续均匀变化和脉冲式变化
振动式调压器： 早期，小功率电机。
振动式调压器：
（1）励磁回路串加电阻
电阻受电磁铁触点控制。
U↑一定值，F↑， e 触点断开。Rg串入，I f ↓。 U↓一定值， Fe < Ff ， 触点吸合， 短路， ↑。 如此U在 U min～U 范围内变化。
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。
晶体管电压调节器
晶体管电压调节器
晶体管电压调节器
基准电压 G WE
检测比较电路
波形变换电路
整形放大电路
控制执行电路
功率管与发电机励磁绕组 的连接图
Ue ton ie We Re D T Ie it2 T itav it1 ton
(a)
toff
u ~
G
t
T
(b)
t
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。
晶体管电压调节器 碳调：串 rc 。
UN
0
200 400 600 800 1000
电流I ( A )
电流I(A)
不带调压器
带调压器
炭片式调压器
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)
炭片式电压调节器 原理电路
最大值
调节设定值
转/分
+
碳堆压力
碳堆
直流发电机
衔铁
铁芯 线圈
负载
板式控制弹簧
R调
max
振动式调压器： （2）特点：电压有一定变化范围，稳压精度不高。
有触点通断， 电流不能大，触点易损坏。
碳片式调压器、晶体调压器。
∵有触点→无触点。
3 调压器的基本构成 检测：电磁铁线圈。 基准：反作用力弹簧。
比较：共同作用。 放大和执行：触点 和Rg。
电压调节器
外特性曲线
80 60 40 20 0
工作在高空、高速、冲击等恶劣的环境条件下 由转速变化范围很大(2:1)的航空发动机来传动 为减小重量功率比而采用更有效的冷却系统和 优质材料。
飞机发电机(aircraft electric
generator)
直流发电机
交流无刷发电机
直流无刷发电机
永磁发电机
LVDC：结构简单，成熟，起动发电。
外特性
外特性：n一定，励磁回路电阻rf为常数， U与IL 的关系。
他励直流发电机 Uf 一定，If 一定， U = E L Ra = Cen L Ra I I n一定时,E一定 I L = U RL
U = ERL R a + RL
他励直流发电机
电
Uf 一定，If 一定， n一定时,E一定
If =U Rf
U = E L Ra = Cen L Ra I I E I L = U RL = RL +Ra
80
60
40
20
0
200
400
600
800
1000
电流I（A）
(b)
电压U
（v）
Un
带调压器的航空发电机 （1）U n 恒定（I f 受调节，
以保持U不变）
（2） I＞一定值后不能稳压 →自然外特性。 （3）与无调压器的区别：电压平稳
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
永磁式无刷直流发电机
整流电路 双Y电枢绕组
输出整流 滤波电路
+
发电机 永磁转子
空载特性和调节特性曲线
励磁电流I f(A) 电压E(V)
9000rpm 100 80 60 40 20 0 4 8 6000rpm 4000rpm 14 12 10 8 6 4 2 0 100 200300400 500 4000rpm 6000rpm 9000rpm

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↑
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
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。
0
电流I（A） (d)
U = E L Ra = Cen L Ra I I U一定，E I L ,
电 压 U
（v）
80
60 40
临界电
0 200 400 600 800 1000 电流I（A）
20
(b) 电压U
（v）
Un
极限电 谁大？
0
电流I（A） (d)
临界电流>极限电
3. 调节特性 n 一定，保持 U一定， IL与If 的关系 U = E L Ra = Cen L Ra I I
飞机低压直流电源系统
副标题
构成
• 直流发电机 • 调压器 • 控制保护器 • 航空蓄电池等
3.1 主要技术指标 GJB181A-2003
图3-1、图3-2
电启动工作状态：12～29V
§3.2 直流发电机 特性
飞机用的发电机分为直流和交流两 大类，工作原理与工业用电机相同。
飞机发电机的主要特点是：
60
40
RL ↓ → U↓ →If↓→ E↓→ U↓→U=0
20
0
200
400
600
800
1Biblioteka Baidu00
电流I（A）
(b)
电流是增加还是减小关键看 E、RL谁变化快？
（2） 外 特 性 曲 线 有 内 凹 。 原 因 ？
If =U Rf
电流是增加还是减小关键 U = E L Ra = Cen L Ra I I 看E、RL谁变化快？
表3.2.1 飞机直流发电机的重量功率比
型 号 额定功率（kW） 重 量（kg） 单位功率重量 （kg/Kw）
ZF-9 9 24
ZF-12 12 28.6
ZF-18 18 41.5
QF-6 6 23
QF-12 12 31
2.67
2.34
2.23
3.38
2.58
直流发电机
飞机直流发电机的结构特点
传动端：法兰盘，凸缘定位，便于拆卸， 减小需用空间。
压 U
（v）
80
U = E L Ra = Cen L Ra I I I L = U / RL U = ERL R a + RL RL
U
60
40 20
0
200
400
600
800
1000
电流I（A）
I L Ra
电枢反
(b)
自励发电机：U f = U ，If 随U变。
（1）外特性软于他励？ 电枢电阻压降 电枢反应去磁作用 励磁电流下降使U进一步下降
主电源：直发, 28.5V（调节点），
27.5V（汇流条） 辅助和应急电源：蓄电池 24V
二次电源：旋转变流机、静止变流器。
HVDC： 270V 主电源：无刷直发 辅助电源：APU传动的直流发电机 。 应急：蓄电池，应急发电机。
3.2 飞机直流发电机特性
标称电压为30V，额定电流有100，200、 300、400和600A多种，相应的额定容量为3、 6，9、12和18kW。
E I L = U RL = RL +Ra
电 压 U
（v）
80
电压较高时： If大：磁路饱和
60
40
IL小：电枢反应小 E下降慢， IL上升：
20
0
200
400
600
800
1000
电流I（A）
(b)
（2） 外 特 性 曲 线 有 内 凹 。 原 因 ？
If =U Rf
电流是增加还是减小关键 U = E L Ra = Cen L Ra I I 看E、RL谁变化快？
E I L = U RL = RL +Ra
电 压 U
（v）
80
电压较低时： IL大：电枢反应大
60
40
E下降快， IL下降
20
0
200
400
600
800
1000
电流I（A）
(b)
（2）外特
临界电流：转速一定时，最大Imax 内凹段不稳定，
电 压 U
（v）
RL ↓ → U↓ →If↓→ E↓→ U↓→U=0