第三章飛機直流電源系統3.1概述3.2飛機直流發電機3.3飛機直流發電機的電壓調節3.4直流電源的并聯運行3.5飛機直流電源的控制與保護3.6起動發電系統3.7高壓直流供電系統3.1概述主電源以直流電形式的飛機電源系統。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、應急電源和二次電源等構成。主電源的發電裝置通常是航空發動機直接傳動的直流發電機；輔助電源多數采用航空蓄電池，也有采用輔助動力裝置帶動發電機的方案；應急電源大多數為航空蓄電池，但也有采用應急發電機的個例；飛機直流電源系統中的二次電源，早期大多是旋轉變流機，現在逐步被靜止變流器所替代。3.2飛機直流發電機標稱電壓為30V，額定電流有100，200、300、400和600A多種，相應的額定容量為3、6，9、12和18kW。表3.2.1飛機直流發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，使端電壓下降感應電勢正比于每極磁通，電流增加，電樞反應的去磁作用會使每極磁通減少，使感應電勢下降，端電壓進一步下降。對于并勵發電機，勵磁繞組和電樞繞組并聯，端電壓的下降使勵磁電流成正比的減少，每極磁通降低，感應電勢和端電壓進一步降低。外特性有調壓器的外特性發電機負載電流超過一定值時，勵磁電路的外接電阻即調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，發電機的電壓不能繼續維持在額定值，而按自然外特性變化。有調壓器的外特性3.2.3飛機直流發電機的種類有刷：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構，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.電磁式無刷直流發電機電磁式無刷直流發電機的一種方案是由三級電磁式無刷交流同步發電機和二極管整流橋構成。電磁式無刷交流發電機由永磁副勵磁機、交流勵磁機、旋轉整流器和主發電機構成。交流勵磁機的電樞在轉子上，產生的三相交流電經旋轉整流器整流后供給主發電機的勵磁繞組，從而可不采用電刷和滑環。電磁式無刷直流發電機輸出電壓通過調節勵磁機勵磁繞組的電流來實現。主發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飛機直流發電機的冷卻通常采用強迫吹風3.3飛機直流發電機的電壓調節電壓調節器：改變串接于發電機勵磁回路的電阻來改變勵磁電流維持電壓恒定。振動式電壓調節器與炭片式電壓調節器晶體管式電壓調節器

在導通期，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，由初始條件確定。穩態時，當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致發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數。勵磁電流脈動峰峰值是t=ton時的

3.4直流電源的并聯運行直流電源與電網并聯條件：電源極性和電網相同，電源電壓和電網電壓相同。圖3.4.1兩臺直流發電機并聯原理圖若調節器有調節誤差又稱靜差，則調節點電壓和調壓器調定電壓U01、U02間的關系為

U1=U01－K1I1

U2=U02－K2I2

為使兩電源承擔相同負載，必須：調定電壓U01＝U02；正接線電阻R+1＝R+2；調壓器靜差K1=K2。飛機上直流電源系統中的各發電機和調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，則兩臺發電機并聯的電源系統，當有均衡電路后，兩發電機的負載電流分別為：若線路結構及相關的調節均衡參數相同，即有R+1＝R+2，K1=K2，γ1=γ2,則兩發電機電流差將與負載電流I無關，僅與調節器調定電壓有關，且由此引起的電流差比無均衡電路時小。3.4.3發電機與蓄電池的并聯運行圖3.4.4發電機與蓄電池并聯運行

圖3.4.8未充足電的蓄電池(曲線5)不宜與發電機并聯運行（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揮應急電源的作用，而且在與發電機并聯時充電電流很大，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的保護是指發電機的反流保護、過電壓與過勵磁保護、反極性保護、過載保護和短路保護等。保證發電機與匯流條可靠的接通、斷開或轉換；保證故障部分與電網可靠分離。3.5.1飛機直流發電機的控制與反流保護控制功能：發電機接觸器，接通或斷開發電機輸出回路。人為或自動接通或斷開。反流保護：發電機電壓低于電網電壓，電網上其它電源向發電機輸出電流。應斷開發電機接觸器。接通條件：發電機開關接通、地面電源開關斷開、發電機電壓大于電網電壓0.3~0.7V，發電機極性正確相與斷開條件：發電機開關斷開、地面電源開關接通、發電機反流（15~35A），發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。若電網上沒其他電源，電網上需接1W以上的負載3.5.2飛機直流發電機的過電壓保護過電壓的產生：勵磁電路或調壓器故障。發電機減磁或滅磁，發電機脫離電網。并聯系統：過電壓得電機帶更多的負載，導致其電壓不一定超出極限范圍，不能通過檢測調壓點電壓來判斷發電機過壓故障。一般通過檢測發電機勵磁繞組電壓來判斷。過壓保護對持續性過電壓按反延時特性動作，對瞬態電壓不應動作。過壓保護器：BJD-1A3.5.3飛機直流發電機的短路保護飛機直流電網可能由于導線絕緣損壞、接線聯接不當、戰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體斷續相碰而造成。短路使電源不能正常供電，甚至導致火災。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。所用熔斷器常為難熔熔斷器，當其通過發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起動發電系統3.6.1航空發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速后才能自行工作。將發動機從轉速為零帶到能自行工作的轉速過程叫做發動機起動。活塞式航空發動機達到50～60r／min，噴油點火后就能自行工作。這個轉速不高，但因活塞在氣缸內運動時摩擦很大，壓縮氣缸內的空氣也要相當大的力才能運動，所以需要很大的外力矩才能轉動這種發動機。燃氣渦輪發動機常稱噴氣發動機，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，但這種發動機能自行工作的轉速較高。通常發動機轉速要達到最高工作轉速的13％左右，由它傳動的油泵轉速才達到足以使噴入燃燒室的燃油霧化，發動機才能點火，使油氣混合氣燃燒。點火后，渦輪由吸收功率轉為輸出功率，且它的輸出功率隨轉速的升高而加大，可反過來帶動壓氣機旋轉。為了防止發動機過熱，發動機轉子必須盡快加速，以便壓氣機進入更多的冷空氣來冷卻發動機。因此起動機需繼續帶動發動機旋轉，轉速大約達發動機最高工作轉速的35％時發動機才能自行工作，此轉速叫自持轉速。僅在此之后，起動機才可停止工作。噴氣發動機的最高工作轉速達10000—20000r／min，自持轉速約為3500～7000r／min，比活塞發動機高得多。3.8高壓直流供電系統高壓直流供電系統中的電源主要由無刷直流發電機和發電機控制器組成。無刷直流發電機實際上是無刷交流發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；二是無刷交流發電機與可控整流濾波電路組合，是新發展的一種方案。后者的優點是同時具有起動和發電雙重功能，且在發電時還可吸收系統回饋的能量。開關磁阻電機結構簡單，性能優越，可靠性高，具有以下特點：（1）轉子極其簡單，既無永磁磁鋼又無繞組，電機制造成本低；（2）在很寬的調速范圍內均具有高效率；（3）有高的故障容錯能力；（4）具有很強的高溫環境適應能力。高壓直流供電系統的供電系統由270V直流電源系統和固態配電系統組成。其電源系統又由主電源、輔助電源、二次電源和應急電源等組成。普通有觸點的開關電器均因高空斷弧困難而不能應用，在飛機高壓直流供電系統中只能用沒有觸點的固態功率控制器或混合式功率控制器。同樣，系統中也不能用有換向器的直流發電機和電動機，所以需要發展無機械換向器的無刷直流發電機和無