飞机电源系统设计方案

中国民航大学

《飞机电源系统》课程设计

设计题目：飞机电源系统电压故障

保护电路的设计

专业：电气工程及其自动化

班级：121142F

学生姓名：黄万鹏

学号：

指导教师：

设计时间：2015.10.1

飞机电源系统课程设计任务书4

目录

1波音737型客机GCU (4)

1.1GCU功能概述 (4)

1.2过压欠压保护要求 (6)

2交流过压保护电路 (7)

2.1保护要求 (7)

2.2电路图 (8)

2.3工作原理 (8)

2.4仿真结果 (9)

2.5电路特点 (10)

3直流过压保护电路 (10)

3.1保护要求 (10)

3.2电路图 (10)

3.3工作原理 (11)

4交流欠压保护电路 (11)

4.1保护要求 (11)

4.2电路图 (12)

4.3工作原理 (12)

5设计总结 (12)

参考资料 (13)

1波音737型客机GCU

1.1GCU功能概述

每个发电机控制组件（GCU）有下列功能：

－控制发电机控制断路器（GCB）和汇流条断路器（BTB）－提供／控制给IDG发电机的激励

－保护电源系统和IDG电气参数不在限制

－控制在P5－5和P5－4组件上的电源系统

－对机构内测试设备进行故障隔离

超压和欠压保护：

GCU监控每一调节点（POR）处的相电压。电压故障指令发电机控制继电器（GCR）和发电机控制断路器（GCB）打开。

当相电压超过130伏时，进行超压保护。

当最低相电压低于101伏持续超过7秒时，进行欠压保护。

频率保护：

GCU监控PMG的频率。正常的发电机频率是400赫兹。如果频率超过下列值，GCU输出保护信号：

—425赫兹超过1.5秒

—35赫兹超过35毫秒

如果频率低于下列值，GCU断开GCR和GCB：

—375赫兹超过1.5秒

—355赫兹超过150毫秒

GCU监控IDG电流变压器的三相，如果任何两相间的电流

不平衡超过140安培，时间超过6.3秒，就会发生不平衡相保护。

如果继续出现不平衡，GCU断开BTB，且GCR和GCB断开。

发电机二极管故障保护:

GCU监控励磁回路中的电流脉动，发现IDG中短路的旋转二极管如果电流超过5安培，GCU断开GCR和GCB。

相序保护：

GCU在POR上监控相序，如果出现相序问题，GCU不让GCB

闭合。

过流保护：

如果电流超过274安培300秒，GCU指令汇流条电源控制组件（BPCU）断开次要的电气载荷（卸载）。如果过流状态持续，BPCU 首先断开厨房载荷，使主汇流条卸载。如果过流状态仍然存在，GCU断开GCR和GCB。

如果电流超过340安培5秒钟，GCU指令BPCU开始卸载。如

果过流继续0.1秒，GCU断开GCR和GCB。

差动故障保护：

GCU监控中线电流变压器（NCT）和差动保护电流变压器（DPCT）的三相。GCU比较IDG（通过NCT）中的电流和GCB

（通过DPCT）中的电流。如果电流差超过20安培70毫秒，GCU 断开GCR和GCB。

欠速保护：

GCU监控来自的显示电子组件（DEU）的准备负载（RTL）信

号。当发动机位于或高于慢车位置时，并且发动机起动手柄位于慢车位置时，DEU提供RTL信号。如果出现RTL信号，欠频或欠压故障将导致GCB和GCR断开。如果由于欠速而产生欠频状态，GCB 将断开。如果RTL信号断开，GCR仍停在闭合位。

1.2过压欠压保护要求

过压：当三相平均电压达127-133V时，发电机断路器（GB）断开，发电机磁场去磁，‘HV’灯亮

欠压：当三相平均电压达97-103V时，GB断开，发电机磁场去磁，‘LV’灯亮

2.交流过压保护电路

2.1保护要求

a在发电机卸去大功率负载或排除短路故障后，由于调压器的滞后作用，电网电压会产生瞬时过电压，这是电源系统运行过程中的正常现象，这时保护电路通过延时来避免误动作；b另一种是由于励磁系统的故障，由于励磁系统的故障，如调压器失效、旋转整流器故障等，导致发电机的输出电压高于其额定电压，其三相平均电压达127-133V时，这时保护装置必须动作，断开发电机的GCR和GCB。

2.2电路图

2.3工作原理

a.基本分为两个部分，即敏感电路和反延时及放大电路。敏感电

路敏感的是发电机三项平均电压值，整流后经滤波分压，与

稳压管DW1上的基准电压UZ1进行比较。反延时及放大电路是一个由集成运算放大器组成的比例积分电路。

b．当发电机电压正常时，3端的输入电压U3低于基准电压UZ1，运算放大器处于反相输入状态，输出端6无信号输出，即U6为0，稳压管DW2不导通。

c．当发电机发生过电压时，3端的电位将超过UZ1，运算放大器将输出高电位。但由于反馈电容C2的积分作用，输出电压不能瞬时变高，而是在经过一定时间的延时后，使稳压管DW2击穿，输出故障保护信号

2.4仿真结果

XMM2：运放输出电压XMM1：故障信号

正常情况下（115V），运放输出基本为零，无故障信号输出

过压临界点（130V），随时间增加，输出电压逐渐增大，并在10V左右击穿稳压管输出故障信号

过压越严重，输出电压增长越迅速，达到反延时的目的

2.5电路特点

a.由于采用了集成运算放大器，可以减少大量分立电子元件，使保护电路结构紧凑，简化了电路，提高了可靠性。另外，也进一步提高了精度及稳定性。

b.因为运算放弃输入阻抗很高，使滤波电容器及反延时电路中电容器的电容量可以大大减少，增加电路的时间常数可以采用增加电阻的办法。同时，由于电容量的大幅度减少，可以不必再