第2章 飞机电源系统直流电源

A
B
Ia
I
Ib
CJ F
G
RL
Eb
2.3 直流发电机与蓄电池的并联
影响负载分配的因素： ⑴ 调压器的外特性—有差，外特性下垂；
馈电线参数—有电阻，带负载时，使U下降； 结论：
—负载较小时，发电机除向负载供电，还向电瓶充 电，此时电网电压下降；
—负载再增大时，将由发电机和蓄电池共同承担， 电池由充电状态转为放电状态，电网电压将更低。
R242
B
R−2
2.5 直流电源的控制与保护—反流保护
直流电源的控制与保护项目： 控制：① 励磁控制（GCR）；
② 发电机输出控制（GC）； 保护项目：
反流保护、过电压和过激磁保护、短路保护
一、直流发电机的输出控制与反流保护
GC闭合条件：①极性正确；② GC.S接 通；③ 发电机电压＞电网电压；
CJ
A
G1
G2
第2章 复习思考题
1.说明蓄电池的组成及参数;简述蓄电池容量的定义
及其影响因素; 2.掌握铅酸蓄电池和镍镉蓄电池的极板材料和放电
化学反应方程式及放电特点; 3.简述铅酸蓄电池和镍镉蓄电池的常见故障及使用
注意事项; 4.简述炭片调压器的组成及调压原理; 5.蓄电池与直流发电机并联有什么好处?为什么?
1.2 炭片调压器
结构：炭柱、电磁铁、衔铁弹簧组件 ⑴ 炭柱：由几十片炭片叠成，炭柱电阻的大
小＝炭片体电阻+炭片之间的接触电阻，受 炭柱所承受压力的控制：压紧—电阻减小； 拉松—电阻增大。 炭柱电阻Rc与发电机的励磁绕组串联，构 成调压器的控制回路。
炭片调压器（续1）
⑵电磁铁：其上工作线圈是调压器的检测元件，线 圈中的电流大小反映发电机电压的高低。
影响负载分配的因素（续1）
⑵ 发电机调节点调定电压— a. 调定电压低，蓄电池在负载电流较小时就
开始放电—使电池容量减小，失去应急电源 的作用。 b. 调定电压太高，蓄电池一直处于充电状 态—造成能量浪费。
影响负载分配的因素（续2）
⑶ 蓄电池的充放电程度—蓄电池充电不足 时，充电电流大。
后果：降低电池寿命，且在负载较小时就使 发电机过载。若发电机故障不能供电，蓄电 池也不能起应急电源的作用。
R8
ΔUi dt)
R7
（2-18）
ΔU 0
(t )
=
−
1 R8C
ΔU
gt
−
1 R7C
ΔUit
（2-19）
反延时特性
延时特点： 过电压或过载越严重， 电容积分将越快，达到 门限电压Ut 的时间就 越短，即保护动作越快。 此即为反延时特性。
电路兼有短路保护功能
Δui + Δug
三、短路故障及保护
组成： 压差线圈W1—匝数多，电阻大，敏感△U 反流线圈W2— 1～2匝，电阻小，敏感反流
极化继电器原理
• 当Ug＞Un时，衔铁逆向偏转，GCB吸合； • 当Ug＜Un时，有反流流过线圈W2。当反流Ir达到
15～35A时，衔铁顺向偏转，GCB断电释放。
止动螺钉
S δ1
δ 2 W2 N
S δ2
W1
磁力Fe反方向。
炭片调压器（续3）
调压原理： U↑→电磁力↑→衔铁左移→炭柱拉伸→电阻↑→ 电压↓
炭片调压器特点：精度低，功耗大，稳定性差， 受温度影响大。
δ
Fs
Fm
Fc
Fe
U
2.3 直流发电机与蓄电池的并联
一、发电机与蓄电池并联工作时的负载分配 正常情况：发电机向负载供电，并向BAT充电； 异常情况：发电机过载；BAT放电；
反流：电流流入发电机； 保护措施：断开GC； 保护元件及原理：
极化继电器、辅助继电器RL1、RL2、 反流保护动作电流：15～35A
电磁继电器式反流保护器
GCB F
RL2 S
N W2 W1
DC
B
- BAT +
S K
N
GC.S
G + RL1
DR
反流保护器/极化继电器原理
功能： 当发电机极性正确、电压Ug高于电网电压Un 一定值时，GCB接通；反流Ir达到一定值 时，使GCB断开。
第2章 复习思考题（续）
6.简述直流发电机并联供电的条件和负载均衡分配 的条件，当均衡条件不满足时，负载分配有什么 特点？
7.直流电源系统中,主要设置哪几种保护?什么叫反 流故障?
8.在直流并联供电系统中,当某台发电机的励磁电 流太大时,有什么现象?如何进行保护?
δ1
N
接触螺钉 衔铁
二、励磁控制与过电压保护
过电压原因及种类： ① 突卸大功率负载时—U瞬时升高，称为瞬时
过电压—属于正常情况，不动作； ② 励磁电路或调压器故障—U持续升高，称为持续
过电压—属于故障情况，须断开GCR、GC； 过激磁故障：几台发电机并联供电时，励磁电流
大的发电机承担的负载电流大，称为过激磁或过 载。 保护：断开GC，退出并联；
并联直流发电机及外特性
二、均衡条件不满足时的负载分配特点
① 空载电压越大，发电机的输出负载越大； ② R+大、k大的发电机，输出负载小； ③ 负载的分配情况与负载大小有关。
U10＞U20，k1＜k2，R+1＜R+2 ; U10＞U20，k1＜k2，R+1＞R+2
三、均衡负载的方法
⑴ 在发电机的负极性端加负极电阻，或利用发 电机的换向极绕组电阻。
I R
ieq Weq 2
I2
R+2
We2 G2
B R−2
晶体管调压器均衡线路
在调压器检测电路上加均衡电阻，使检测到的电压 不仅反映电压大小，还反映负载电流的大小；
负载大，则检测到的U↑→Ij↓→Uo↓→I↓
I1
R+1
R1
Rp
U1
G1
R3
A
R241
R−1
I
R1
I2
R+2
R
Rp
R3
G2
U2
ieq
结论：未充足电的蓄电池不应装机使用。
发电机与蓄电池并联工作时的负载分配
结论：发电机与蓄电池并联运行时： ① 采用高精度的电压调节器； ② 合理选择调节点的调定电压； ③ 选用一定容量的蓄电池，且充足电再装机
使用。 这样才可保证发电机不过载，BAT不放电。
二、蓄电池对电网电压脉动的 平波（滤波）作用
⑵ 通过调节发电机的励磁电流Ij—即通过调电 压来均衡输出电流
方法：使承担负载大的发电机的励磁电流减 小→Uo↓→I↓；反之，使承担负载小的发 电机的励磁电流增大→Uo升高→I↑。
炭片调压器均衡线路
• 当发电机并联后，才将均衡开关闭合； • 注意均衡线圈的绕向；
R+1
I1
G1
A R−1
We1
Req Weq1
三、蓄电池对电网电压的镇定作用
电网电压波动原因及幅度：突加载或突卸 载；电压可降到20V以下
蓄电池作用：并联蓄电池后，电压下降少， 恢复快。
原理：加载时，蓄电池可共同承担负载； 蓄电池内阻越小、容量越大、充电越足，镇
定作用越强。
2.4 直流发电机的并联运行
一、并联条件、负载均衡分配条件 并联条件：① 极性正确；② 电压大小相等； 负载均衡分配条件： ① 空载电压相等，即U10＝U20； ② 正线电阻相等，即R+1＝R+2； ③ 调压器静态特性（静差率）相同，即k1＝k2。
过电压和过激磁（或过载）保护
保护电路中设置延时的目的： 通过延时区分两种不同性质的过电压，以防 止正常情况下的误动作。
OV/OE 动作时间： 采用反延时，即故障越严重，延时越短。因 为OV/OE故障危害较严重，反延时可防止损 坏负载或发电机。
OV/OE保护线路
GCB
R3
Fra Baidu bibliotek
R4
R6
D2
C
R11
R1
G
A1
R-
R2
Ui D1 R7 U2
W Ug
R8
A2
R5
DW1 R9 U3
R10 Uo
R12
DW2 T1
DW3
R13
OV/OE保护线路原理
检测信号：发电机端电压U和负载电流I
电路组成：电压与电流敏感电路+反延时电
路+鉴压及放大电路
反延时原理：
∫ ∫ ΔU
0
(t
)
=
−
1 C
(
ΔU g dt +
短路原因及危害： 绝缘破损、断线搭地；短路电流为IN的几倍
保护原则： 不会误动作，也不拒动作，同时尽量避免造 成供电中断。
保护方法： ① 安装熔断器—有缺陷，如B点短路时； ② 采用差动保护。
熔断器保护电路
BUS1
NB-200 NB1
NB-200
B
NB2
BUS2
NB3 NB-400
CJ
⑶衔铁：调压器的执行元件，其位移决定了炭柱的 长度，也就确定了炭柱电阻的大小。
U
Rop Wop
调整螺钉
δ 线圈和铁芯
衔铁 炭柱 弹簧
B
+
G
Wj
-
炭片调压器（续2）
炭柱上的受力： ① 电磁力Fe：拉伸炭柱，Fe = K（IW）2/δ
其中：I—工作电流，I=U/Rop；W—线圈匝 数；δ—气隙
② 弹簧反力Fs：压缩炭柱，与弹簧变形成正比 ③ 炭柱反力Fc：与Fs合并为机械力Fm，Fm与电
飞机直流电网电压脉动原因及大小：1伏左右 ① 电枢绕组换向引起；② 开关式调压器造成；
并联蓄电池的作用： 对电网电压的脉动有平波（或滤波）作用
原理：蓄电池的金属极板浸于电解液中，金 属与溶液界面的双电层相当于平板电容器， 称为双电层电容。这一等值电容器的容量很 大，可达法拉级，故有良好的平波作用。