飞机变速恒频交流发电系统
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4.3.1 变速恒频电源
• 变速恒频电源缺点： • 1.电子器件允许工作结温低，电子变换器
的允许工作环境温度没有恒速传动装置 高； • 2.电子变换器承受短路和过载的能力较低
我国也成功地研制了脉宽调制型交直 交变速恒频电源系统，并已装机使用。
表4.3.1 VSCF电源的应用举例
4.3.2 交交型变速恒频电源
• 三相半波可控整流组在电流连续时，整流电压U 和发电机相电压有效值Ug及移相角间关系为
2、循环变换器
即在电流连续时循环变换器的输出电压和 控制电压成正比，具有线性放大器特性。如果 控制电压为直流，则输出电压也为直流。如控 制电压为400Hz交流，则输出电压也为400Hz交 流。
2、循环变换器
这表明，这种控制方式下变换器的输出电压仅与控 制电压有关，而与永磁电机的转速无关。
无环流工作时:只触发通过负载电流的那组晶闸管，正向电 流时触发正组、反向电流时触发负组，任何时刻仅一组晶 闸管工作。无环流工作不能保证电流在任何情况下连续， 且电流断续时，输出电压与控制电压不再为线性关系，控 制困难，输出电压畸变大，因此交交型变速恒频电源一般 不用这种工作方式。
有环流工作时:正负组同时加触发信号，为使两组输出电压 （平均）相等，应有
• 由于交交变频器的功率因数较低，发电机的容 量比系统的容量大，如 40kVA系统，电机的容 量要达到55kVA。
• 发电机可以是电磁式，也可以是永磁式
2、循环变换器
• 图4.3.2为采用6相发电机时的循环变换器一相主电路，变换 器由四组三相半波整流电路、相间变压器和滤波器等环节组 成。六相发电机的循环变换器主电路和电机绕组电压矢量图
交交型变速恒频电源系统由多相高频发电机、晶闸管 交交变频器和控制器等装置组成。 • 1、多相高频发电机 为了保证循环变换器输出的400Hz交流电谐波含量满足指标 要求，发电机的相数和频率要满足一定的条件。 在输出电压波形相同的前提下，发电机的相数越多，则电 机的最低工作频率，也就是变频器输入电源的频率可以降 低。
3、相间变压器
(a) 简化电路图； (b) 等值电路 (c) 绕组布排图
图为忽略换相重叠时的相间变压器简化电路图，任何时刻每组只有一只 晶闸管导通，则共有4条通路。在电机1、3、5三相中只有一相作用在正侧 的相间变压器IPT1上，电机2、4、6三相电压中也只有一相作用在正侧的 IPT1上，它们分别用Ugi和Ugj表示。负侧也类似，用Ugm和Ugn表示。用R、L 表示IPT1、2的线圈电阻和电感，用M表示两线圈间互感，则有
αN +αp=1800
（4.3.1）
式中αN为正组移相角，αp为负组移相角。
控 制 电 压 与 输 出 电 压 关 系
2、循环变换器
• 因两组输出电压平均值相等，组间没有直流环流 或交流基波环流，但两电压瞬时值不同，而引起 脉动环流，此环流使变换器处于电流连续工作状 态。环流的大小靠电抗器限制，相间变压器的作 用之一即是环流电抗器。
3、相间变压器
• 相间变压器的作用之一为平衡电抗器，它使两 正组或负组独立。由于两正组（或负组，下同） 间瞬时电压不等，在相间变压器中产生磁化电 流iu，iu的大小与方向由两正组间电压差决定。
• 相间变压器的作用之二为限流电抗。若正负组 移相角=180°，则两组间平均电压差为零，但 瞬时电压不同，在正组电压大于负组时出现环 流ic0。实际上环流大小还与负载电流有关 。 4、6空三载相环系流统ic的0为环1流、之3、和5，三由相于系两统个的三环相流系和统2、 间的矢相量位和差。为60°，因而ico是两个三相系统环流
4.3.1 变速恒频电源
• 变速恒频电源它的优点： • 1.电能质量高，输出电压频率稳定。电子变换器
没有频率瞬变现象； • 2.能量转换效率高，效率可高于80％； • 3.旋转部件少，可靠性高； • 4.电源系统结构灵活，除发电机必须装在发动机
附件机匣外，其它部件安装位置可灵活多样。 • 5.易实现无刷起动发电； • 6.生产和使用维护方便，有利于减少飞机全寿命
2、循环变换器
晶闸管V1、V2、V3构成正一组P1， V7、V8、V9构成负一组N1，这二组 形成一个反并联电路，同样，V4、V5、 V6和V10、V11、V12构成的正二组和 负二组也接成反并联.
两正组和两负组间由相间变压器IPT1和IPT2隔开。输出滤 波器由电机电枢绕组电感、相间变压器的漏感和电容器组成。
由于采用零式可控整流电路，三套相同的上述电路接于同 一发电机时，变换器输出有公共点，因而三个相同的电路可以 构成三相四线制输出。
6相系统主电路中有36只晶闸管，6个相间变压器和3组滤波 电容。若电机为9相发电机，则三相输出需54只晶闸管。
三 相 半 波 可 控 整 流 电 路
2、循环变换器
反并联电路有两种工作方式：无环流和有环流。
4.3 飞机变速恒频交流电源系统
4.3.1 变速恒频电源
变速恒频电源（简称VSCF电源）是一类以大功率 电子技术为基础的新型飞机电源。变速恒频电源和恒速 恒频电源一样，也是产生400Hz，115／200V三相四线 制交流电。图4.3.1是VSCF电源的构成框图，它由发电 机、电子变换器和控制器三部分组成。
Vn 变频交流发电 VFAC 机
CFAC 电子变换器
控制器
Hale Waihona Puke Baidu
4.3.1 变速恒频电源
• 变速恒频电源用变换器有二种类型，一类是交交 型，一类是交直交型，相应地，变速恒频电源也 分为交交型和交直交型两类。交交型变换器是晶 闸管变频器，又称循环变换器或周波变换器，它 将发电机发出的多相高频交流电直接变换成 400Hz交流输出。交直交型变换器先将发电机发 出的变频交流电转换成直流电，再逆变为交流电， 其中逆变器一般有梯波合成和开关点预置正弦脉 宽调制二种方案。发电机／变换器控制器实现对 发电机和变换器的控制、保护和自检测（包括使 用在线自检和地面维护自检）。控制器的检测保 护功能一般用微处理器实现。
• 发电机的工作频率取决于工作转速和极对数。在现有技术 条件下，电机的最高工作转速大约为 30000r／min左右。 交交型变速恒频电源系统的发电机为多相发电机，一般采 用6相或9相。
1、多相高频发电机
• 电机若采用6相，其最低工作频率不低于 1140Hz，为减小电机的铁损耗和铜损耗，电机 的铁芯叠片较薄，电枢绕组宜采用多股线。发 电机的磁极上装有阻尼绕组，以减小换相电抗。
4.3.1 变速恒频电源
• 变速恒频电源缺点： • 1.电子器件允许工作结温低，电子变换器
的允许工作环境温度没有恒速传动装置 高； • 2.电子变换器承受短路和过载的能力较低
我国也成功地研制了脉宽调制型交直 交变速恒频电源系统，并已装机使用。
表4.3.1 VSCF电源的应用举例
4.3.2 交交型变速恒频电源
• 三相半波可控整流组在电流连续时，整流电压U 和发电机相电压有效值Ug及移相角间关系为
2、循环变换器
即在电流连续时循环变换器的输出电压和 控制电压成正比，具有线性放大器特性。如果 控制电压为直流，则输出电压也为直流。如控 制电压为400Hz交流，则输出电压也为400Hz交 流。
2、循环变换器
这表明，这种控制方式下变换器的输出电压仅与控 制电压有关，而与永磁电机的转速无关。
无环流工作时:只触发通过负载电流的那组晶闸管，正向电 流时触发正组、反向电流时触发负组，任何时刻仅一组晶 闸管工作。无环流工作不能保证电流在任何情况下连续， 且电流断续时，输出电压与控制电压不再为线性关系，控 制困难，输出电压畸变大，因此交交型变速恒频电源一般 不用这种工作方式。
有环流工作时:正负组同时加触发信号，为使两组输出电压 （平均）相等，应有
• 由于交交变频器的功率因数较低，发电机的容 量比系统的容量大，如 40kVA系统，电机的容 量要达到55kVA。
• 发电机可以是电磁式，也可以是永磁式
2、循环变换器
• 图4.3.2为采用6相发电机时的循环变换器一相主电路，变换 器由四组三相半波整流电路、相间变压器和滤波器等环节组 成。六相发电机的循环变换器主电路和电机绕组电压矢量图
交交型变速恒频电源系统由多相高频发电机、晶闸管 交交变频器和控制器等装置组成。 • 1、多相高频发电机 为了保证循环变换器输出的400Hz交流电谐波含量满足指标 要求，发电机的相数和频率要满足一定的条件。 在输出电压波形相同的前提下，发电机的相数越多，则电 机的最低工作频率，也就是变频器输入电源的频率可以降 低。
3、相间变压器
(a) 简化电路图； (b) 等值电路 (c) 绕组布排图
图为忽略换相重叠时的相间变压器简化电路图，任何时刻每组只有一只 晶闸管导通，则共有4条通路。在电机1、3、5三相中只有一相作用在正侧 的相间变压器IPT1上，电机2、4、6三相电压中也只有一相作用在正侧的 IPT1上，它们分别用Ugi和Ugj表示。负侧也类似，用Ugm和Ugn表示。用R、L 表示IPT1、2的线圈电阻和电感，用M表示两线圈间互感，则有
αN +αp=1800
（4.3.1）
式中αN为正组移相角，αp为负组移相角。
控 制 电 压 与 输 出 电 压 关 系
2、循环变换器
• 因两组输出电压平均值相等，组间没有直流环流 或交流基波环流，但两电压瞬时值不同，而引起 脉动环流，此环流使变换器处于电流连续工作状 态。环流的大小靠电抗器限制，相间变压器的作 用之一即是环流电抗器。
3、相间变压器
• 相间变压器的作用之一为平衡电抗器，它使两 正组或负组独立。由于两正组（或负组，下同） 间瞬时电压不等，在相间变压器中产生磁化电 流iu，iu的大小与方向由两正组间电压差决定。
• 相间变压器的作用之二为限流电抗。若正负组 移相角=180°，则两组间平均电压差为零，但 瞬时电压不同，在正组电压大于负组时出现环 流ic0。实际上环流大小还与负载电流有关 。 4、6空三载相环系流统ic的0为环1流、之3、和5，三由相于系两统个的三环相流系和统2、 间的矢相量位和差。为60°，因而ico是两个三相系统环流
4.3.1 变速恒频电源
• 变速恒频电源它的优点： • 1.电能质量高，输出电压频率稳定。电子变换器
没有频率瞬变现象； • 2.能量转换效率高，效率可高于80％； • 3.旋转部件少，可靠性高； • 4.电源系统结构灵活，除发电机必须装在发动机
附件机匣外，其它部件安装位置可灵活多样。 • 5.易实现无刷起动发电； • 6.生产和使用维护方便，有利于减少飞机全寿命
2、循环变换器
晶闸管V1、V2、V3构成正一组P1， V7、V8、V9构成负一组N1，这二组 形成一个反并联电路，同样，V4、V5、 V6和V10、V11、V12构成的正二组和 负二组也接成反并联.
两正组和两负组间由相间变压器IPT1和IPT2隔开。输出滤 波器由电机电枢绕组电感、相间变压器的漏感和电容器组成。
由于采用零式可控整流电路，三套相同的上述电路接于同 一发电机时，变换器输出有公共点，因而三个相同的电路可以 构成三相四线制输出。
6相系统主电路中有36只晶闸管，6个相间变压器和3组滤波 电容。若电机为9相发电机，则三相输出需54只晶闸管。
三 相 半 波 可 控 整 流 电 路
2、循环变换器
反并联电路有两种工作方式：无环流和有环流。
4.3 飞机变速恒频交流电源系统
4.3.1 变速恒频电源
变速恒频电源（简称VSCF电源）是一类以大功率 电子技术为基础的新型飞机电源。变速恒频电源和恒速 恒频电源一样，也是产生400Hz，115／200V三相四线 制交流电。图4.3.1是VSCF电源的构成框图，它由发电 机、电子变换器和控制器三部分组成。
Vn 变频交流发电 VFAC 机
CFAC 电子变换器
控制器
Hale Waihona Puke Baidu
4.3.1 变速恒频电源
• 变速恒频电源用变换器有二种类型，一类是交交 型，一类是交直交型，相应地，变速恒频电源也 分为交交型和交直交型两类。交交型变换器是晶 闸管变频器，又称循环变换器或周波变换器，它 将发电机发出的多相高频交流电直接变换成 400Hz交流输出。交直交型变换器先将发电机发 出的变频交流电转换成直流电，再逆变为交流电， 其中逆变器一般有梯波合成和开关点预置正弦脉 宽调制二种方案。发电机／变换器控制器实现对 发电机和变换器的控制、保护和自检测（包括使 用在线自检和地面维护自检）。控制器的检测保 护功能一般用微处理器实现。
• 发电机的工作频率取决于工作转速和极对数。在现有技术 条件下，电机的最高工作转速大约为 30000r／min左右。 交交型变速恒频电源系统的发电机为多相发电机，一般采 用6相或9相。
1、多相高频发电机
• 电机若采用6相，其最低工作频率不低于 1140Hz，为减小电机的铁损耗和铜损耗，电机 的铁芯叠片较薄，电枢绕组宜采用多股线。发 电机的磁极上装有阻尼绕组，以减小换相电抗。