第三章飛機直流電源系統(tǒng)3.1概述3.2飛機直流發(fā)電機3.3飛機直流發(fā)電機的電壓調(diào)節(jié)3.4直流電源的并聯(lián)運行3.5飛機直流電源的控制與保護3.6起動發(fā)電系統(tǒng)3.7高壓直流供電系統(tǒng)3.1概述主電源以直流電形式的飛機電源系統(tǒng)。兩種類型：28V低壓直流電源；270V高壓直流電源。由主電源、輔助電源、應(yīng)急電源和二次電源等構(gòu)成。主電源的發(fā)電裝置通常是航空發(fā)動機直接傳動的直流發(fā)電機；輔助電源多數(shù)采用航空蓄電池，也有采用輔助動力裝置帶動發(fā)電機的方案；應(yīng)急電源大多數(shù)為航空蓄電池，但也有采用應(yīng)急發(fā)電機的個例；飛機直流電源系統(tǒng)中的二次電源，早期大多是旋轉(zhuǎn)變流機，現(xiàn)在逐步被靜止變流器所替代。3.2飛機直流發(fā)電機標(biāo)稱電壓為30V，額定電流有100，200、300、400和600A多種，相應(yīng)的額定容量為3、6，9、12和18kW。表3.2.1飛機直流發(fā)電機的重量功率比型號ZF-9ZF-12ZF-18QF-6QF-12額定功率（kW）91218612重量（kg）2428.641.52331單位功率重量（kg/Kw）2.672.342.233.382.58外特性：電流增加，電樞回路的電阻電壓降上升，使端電壓下降感應(yīng)電勢正比于每極磁通，電流增加，電樞反應(yīng)的去磁作用會使每極磁通減少，使感應(yīng)電勢下降，端電壓進一步下降。對于并勵發(fā)電機，勵磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，端電壓的下降使勵磁電流成正比的減少，每極磁通降低，感應(yīng)電勢和端電壓進一步降低。外特性有調(diào)壓器的外特性發(fā)電機負載電流超過一定值時，勵磁電路的外接電阻即調(diào)壓器的等效電阻已達到最小，負載再增加勵磁電流不能再增加，發(fā)電機的電壓不能繼續(xù)維持在額定值，而按自然外特性變化。有調(diào)壓器的外特性3.2.3飛機直流發(fā)電機的種類有刷：換向存在電刷磨損和電刷火花等問題，制約了電機功率的增大。無刷：簡化了電機的機械結(jié)構(gòu)，提高了電機的高空性能和可靠性，有電磁式和永磁式兩種。2.電磁式無刷直流發(fā)電機電磁式無刷直流發(fā)電機的一種方案是由三級電磁式無刷交流同步發(fā)電機和二極管整流橋構(gòu)成。電磁式無刷交流發(fā)電機由永磁副勵磁機、交流勵磁機、旋轉(zhuǎn)整流器和主發(fā)電機構(gòu)成。交流勵磁機的電樞在轉(zhuǎn)子上，產(chǎn)生的三相交流電經(jīng)旋轉(zhuǎn)整流器整流后供給主發(fā)電機的勵磁繞組，從而可不采用電刷和滑環(huán)。電磁式無刷直流發(fā)電機輸出電壓通過調(diào)節(jié)勵磁機勵磁繞組的電流來實現(xiàn)。主發(fā)電機的電樞采用六相雙Y繞組，可減小輸出電壓脈動和降低電機損耗。3.2.4飛機直流發(fā)電機的冷卻通常采用強迫吹風(fēng)3.3飛機直流發(fā)電機的電壓調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)器：改變串接于發(fā)電機勵磁回路的電阻來改變勵磁電流維持電壓恒定。振動式電壓調(diào)節(jié)器與炭片式電壓調(diào)節(jié)器晶體管式電壓調(diào)節(jié)器

在導(dǎo)通期，電流增長，勵磁電流用ij1表示，在末級管截止期間，電流衰減，勵磁電流用ij2表示，A和B是積分常數(shù)，由初始條件確定。穩(wěn)態(tài)時，當(dāng)t＝T，ij2=Ij0令勵磁電源電壓EC和電機勵磁電阻rj不變時，平均勵磁電流Ij僅與導(dǎo)通比DC成正比。DC＝0，Ij＝0；DC＝1，＝。

勵磁電流平均值3.勵磁電流的脈動和脈動率勵磁電流的脈動會導(dǎo)致發(fā)電機輸出電壓的脈動，必須減小脈動量。通常用脈動率來判斷脈動程度，脈動率是脈動電流峰峰值和電流平均值之比的百分?jǐn)?shù)。勵磁電流脈動峰峰值是t=ton時的

3.4直流電源的并聯(lián)運行直流電源與電網(wǎng)并聯(lián)條件：電源極性和電網(wǎng)相同，電源電壓和電網(wǎng)電壓相同。圖3.4.1兩臺直流發(fā)電機并聯(lián)原理圖若調(diào)節(jié)器有調(diào)節(jié)誤差又稱靜差，則調(diào)節(jié)點電壓和調(diào)壓器調(diào)定電壓U01、U02間的關(guān)系為

U1=U01－K1I1

U2=U02－K2I2

為使兩電源承擔(dān)相同負載，必須：調(diào)定電壓U01＝U02；正接線電阻R+1＝R+2；調(diào)壓器靜差K1=K2。飛機上直流電源系統(tǒng)中的各發(fā)電機和調(diào)壓器型號一般均相同，但即使這樣，兩電源之間也不易精確滿足上述條件，因而各發(fā)電機負載不相同。3.4.2自動均衡電路負載均衡分配是提高并聯(lián)電源容量利用率的基本條件，為此必須采用自動均衡電路。若下級電路輸入阻抗為無窮大，則兩臺發(fā)電機并聯(lián)的電源系統(tǒng)，當(dāng)有均衡電路后，兩發(fā)電機的負載電流分別為：若線路結(jié)構(gòu)及相關(guān)的調(diào)節(jié)均衡參數(shù)相同，即有R+1＝R+2，K1=K2，γ1=γ2,則兩發(fā)電機電流差將與負載電流I無關(guān)，僅與調(diào)節(jié)器調(diào)定電壓有關(guān)，且由此引起的電流差比無均衡電路時小。3.4.3發(fā)電機與蓄電池的并聯(lián)運行圖3.4.4發(fā)電機與蓄電池并聯(lián)運行

圖3.4.8未充足電的蓄電池(曲線5)不宜與發(fā)電機并聯(lián)運行（5）曲線5是未充足電的蓄電池外特性，未充足電的蓄電池在飛機上不僅不能發(fā)揮應(yīng)急電源的作用，而且在與發(fā)電機并聯(lián)時充電電流很大，一方面會降低蓄電池壽命，另一方面在較小負載情況下就使發(fā)電機過載。因此，不允許將未充足電的蓄電池裝到飛機上使用。3.5飛機直流電源的控制與保護低壓直流電源系統(tǒng)的保護是指發(fā)電機的反流保護、過電壓與過勵磁保護、反極性保護、過載保護和短路保護等。保證發(fā)電機與匯流條可靠的接通、斷開或轉(zhuǎn)換；保證故障部分與電網(wǎng)可靠分離。3.5.1飛機直流發(fā)電機的控制與反流保護控制功能：發(fā)電機接觸器，接通或斷開發(fā)電機輸出回路。人為或自動接通或斷開。反流保護：發(fā)電機電壓低于電網(wǎng)電壓，電網(wǎng)上其它電源向發(fā)電機輸出電流。應(yīng)斷開發(fā)電機接觸器。接通條件：發(fā)電機開關(guān)接通、地面電源開關(guān)斷開、發(fā)電機電壓大于電網(wǎng)電壓0.3~0.7V，發(fā)電機極性正確相與斷開條件：發(fā)電機開關(guān)斷開、地面電源開關(guān)接通、發(fā)電機反流（15~35A），發(fā)電機反極性相或反流割斷器：CJ400與CJ600核心：DR，差動極化繼電器，是接通電壓差值和斷開反流值的檢測元件。若電網(wǎng)上沒其他電源，電網(wǎng)上需接1W以上的負載3.5.2飛機直流發(fā)電機的過電壓保護過電壓的產(chǎn)生：勵磁電路或調(diào)壓器故障。發(fā)電機減磁或滅磁，發(fā)電機脫離電網(wǎng)。并聯(lián)系統(tǒng)：過電壓得電機帶更多的負載，導(dǎo)致其電壓不一定超出極限范圍，不能通過檢測調(diào)壓點電壓來判斷發(fā)電機過壓故障。一般通過檢測發(fā)電機勵磁繞組電壓來判斷。過壓保護對持續(xù)性過電壓按反延時特性動作，對瞬態(tài)電壓不應(yīng)動作。過壓保護器：BJD-1A3.5.3飛機直流發(fā)電機的短路保護飛機直流電網(wǎng)可能由于導(dǎo)線絕緣損壞、接線聯(lián)接不當(dāng)、戰(zhàn)斗損傷等原因會引起短路，短路有兩種情況：①金屬熔接性短路，有短路電阻小、電流大、短路時間長等特點，②間歇性短路，短路點由金屬飛濺或由振動引起金屬導(dǎo)體斷續(xù)相碰而造成。短路使電源不能正常供電，甚至導(dǎo)致火災(zāi)。目前低壓直流電源的短路保護主要由反流保護器和熔斷器來實現(xiàn)。所用熔斷器常為難熔熔斷器，當(dāng)其通過發(fā)電機額定工作電流時，可長期工作；通過電流超過額定電流較大時才會熔斷，且電流越大，熔斷越快。3.6起動發(fā)電系統(tǒng)3.6.1航空發(fā)動機的起動特性及其起動要求活塞式和燃氣渦輪式都不能自行起動工作，必須靠外力使它們達到一定轉(zhuǎn)速后才能自行工作。將發(fā)動機從轉(zhuǎn)速為零帶到能自行工作的轉(zhuǎn)速過程叫做發(fā)動機起動?；钊胶娇瞻l(fā)動機達到50～60r／min，噴油點火后就能自行工作。這個轉(zhuǎn)速不高，但因活塞在氣缸內(nèi)運動時摩擦很大，壓縮氣缸內(nèi)的空氣也要相當(dāng)大的力才能運動，所以需要很大的外力矩才能轉(zhuǎn)動這種發(fā)動機。燃氣渦輪發(fā)動機常稱噴氣發(fā)動機，由壓氣機、燃燒室、渦輪與尾噴管等組成，它沒有滑動摩擦，故靜阻力矩不大，但這種發(fā)動機能自行工作的轉(zhuǎn)速較高。通常發(fā)動機轉(zhuǎn)速要達到最高工作轉(zhuǎn)速的13％左右，由它傳動的油泵轉(zhuǎn)速才達到足以使噴入燃燒室的燃油霧化，發(fā)動機才能點火，使油氣混合氣燃燒。點火后，渦輪由吸收功率轉(zhuǎn)為輸出功率，且它的輸出功率隨轉(zhuǎn)速的升高而加大，可反過來帶動壓氣機旋轉(zhuǎn)。為了防止發(fā)動機過熱，發(fā)動機轉(zhuǎn)子必須盡快加速，以便壓氣機進入更多的冷空氣來冷卻發(fā)動機。因此起動機需繼續(xù)帶動發(fā)動機旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速大約達發(fā)動機最高工作轉(zhuǎn)速的35％時發(fā)動機才能自行工作，此轉(zhuǎn)速叫自持轉(zhuǎn)速。僅在此之后，起動機才可停止工作。噴氣發(fā)動機的最高工作轉(zhuǎn)速達10000—20000r／min，自持轉(zhuǎn)速約為3500～7000r／min，比活塞發(fā)動機高得多。3.8高壓直流供電系統(tǒng)高壓直流供電系統(tǒng)中的電源主要由無刷直流發(fā)電機和發(fā)電機控制器組成。無刷直流發(fā)電機實際上是無刷交流發(fā)電機和整流濾波電路的組合，有兩種組合方式：一是無刷交流發(fā)電機與不可控的整流濾波電路組合，如F—22就采用這種方案；二是無刷交流發(fā)電機與可控整流濾波電路組合，是新發(fā)展的一種方案。后者的優(yōu)點是同時具有起動和發(fā)電雙重功能，且在發(fā)電時還可吸收系統(tǒng)回饋的能量。開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)越，可靠性高，具有以下特點：（1）轉(zhuǎn)子極其簡單，既無永磁磁鋼又無繞組，電機制造成本低；（2）在很寬的調(diào)速范圍內(nèi)均具有高效率；（3）有高的故障容錯能力；（4）具有很強的高溫環(huán)境適應(yīng)能力。高壓直流供電系統(tǒng)的供電系統(tǒng)由270V直流電源系統(tǒng)和固態(tài)配電系統(tǒng)組成。其電源系統(tǒng)又由主電源、輔助電源、二次電源和應(yīng)急電源等組成。普通有觸點的開關(guān)電器均因高空斷弧困難而不能應(yīng)用，在飛機高壓直流供電系統(tǒng)中只能用沒有觸點的固態(tài)功率控制器或混合式功率控制器。同樣，系統(tǒng)中也不能用有換向器的直流發(fā)電機和電動機，所以需要發(fā)展無機械換向器的無刷直流發(fā)電機和無