第11章飛機電源系統2011第一頁，共110頁。11.1飛機供電系統11.1.1飛機供電系統功用和構成11.1.2用電設備第二頁，共110頁。11.1.1飛機供電系統的功用和構成1.電源系統的組成與功用2.飛機供電狀態3.電源容量第三頁，共110頁。1.飛機供電系統定義飛機供電系統定義飛機上電能的產生、調節、控制、變換和傳輸分配系統統稱為飛機供電系統，包括從電能產生一直到用電設備端的部分。飛機供電系統又可分為飛機電源系統和飛機輸配電系統兩部分。第四頁，共110頁。1.飛機供電系統定義飛機電源系統是指由飛機電源到電源匯流條間的部分。飛機輸配電系統則是指由電源匯流條到用電設備端的部分。飛機輸配電系統又稱飛機電網，由電線、配電裝置和保護元件等構成。第五頁，共110頁。2.飛機電源系統定義與組成飛機電源系統定義飛機電源系統是飛機上電能產生、調節、控制和電能部分的總稱。飛機電源系統組成通常由主電源、備用電源、應急電源、二次電源和地面電源及其連接與監控部分組成。第六頁，共110頁。飛機電源系統組成示意圖第七頁，共110頁。飛機電源系統組成主電源構成主電源由航空發動機直接或間接傳動的發電機及其變換調節、控制保護設備等構成。飛機正常飛行時，主電源向全機提供足夠數量和一定質量的電能，滿足用電設備的需要。備用電源備用電源是飛機發動機未工作或部分主電源發生故障時向飛機供電的電源。第八頁，共110頁。飛機電源系統組成應急電源應急電源是主電源故障后向飛機飛行必需的用電設備供電的電源。由于應急電源容量小、儲能有限，此時飛機必需在就近機場著陸。第九頁，共110頁。飛機電源系統組成二次電源二次電源由電能變換器構成，用于將主電源產生的一種形式的電能轉變為另一種或多種形式的電能，以適應不同用電設備的需要。飛機停于機場時，最好由機場的地面電源供電，地面電源通過電纜向機身的插頭插座向飛機供電，以供在地面通電檢查機上用電設備和啟動發動機之用。第十頁，共110頁。3.飛機輸配電系統定義與分類飛機電源系統是指由飛機電源到電源匯流條間的部分。飛機輸配電系統則是指由電源匯流條到用電設備端的部分。飛機輸配電系統又稱飛機電網，由電線、配電裝置和保護元件等構成。第十一頁，共110頁。飛機輸配電系統分類根據電壓分類有低壓和高壓(60v以上)電網兩種；根據電流類型來劃分則有直流電網和交流電網。就交流電網來說，又有單相和三相電網之分。就電網的線制來劃分，則有單線、雙線、三線、四線等幾種；根據電網的用途來劃分，則有主電網(即供電網)、配電網、輔助電網和應急電網等。第十二頁，共110頁。4.飛機供電狀態飛機正常供電狀態在飛機的飛行準備、起飛爬升、著陸和停機等各個階段，要對飛機進行操縱和完成執行飛行任務所需的工作，若此時供電系統能連續地完成其全部功能性工作，稱為飛機正常供電狀態。供電系統的非正常工作狀態則是一種意外的短時失控狀態，但它恢復到正常工作狀態是一個可控制的動作。第十三頁，共110頁。4.飛機供電狀態供電系統的應急工作若飛行中飛機主電源不能提供足夠的或符合規定要求的電功率，要求使用應急電源的工作狀態，稱為供電系統的應急工作。應急電源有兩種類型：應急蓄電池和應急發電機。應急蓄電池屬于短期供電應急電源，一般規定應急供電時間為30min。應急發電機屬于長期供電電源。第十四頁，共110頁。5.飛機電源系統容量飛機電源系統的容量是指主電源的容量，等于飛機上主發電系統的臺數與單臺發電系統額定容量的乘積。直流電源容量單位為千瓦(kW)；交流電源為千伏安(kvA)。發電系統的額定容量是在電源質量指標符合技術要求能長期連續工作時的最大容量。飛機低壓直流發電機的額定容量有3、6、9、12、18kW等種。飛機交流電源的額定容量有15、20、30、40、60、90、120、150KVA等數種。第十五頁，共110頁。6.飛機上可用電源大型民用運輸機的可用電源一般包括：1）發動機帶動的發電機、2）APU發電機、3）電瓶、4）沖壓渦輪。5）外部地面電源第十六頁，共110頁。1）發動機驅動的發電機飛機的主電源是由發動機驅動的發電機。如B737－300正常情況下，由兩臺發動機驅動的發電機供電。采用單獨供電方式。發電機直接與發動機耦合，只要發動機工作，發電機就工作。第十七頁，共110頁。2）APU發電機在地面，APU發電機可提供主要的電源。飛行中，可作為任一發電機的備用電源。作為唯一的電源時，APU發電機可滿足各種地面情況的電力要求和所有飛行所需的重要電源。第十八頁，共110頁。3）電瓶（蓄電池）電瓶是一種化學電源，是一個化學能和電能相互轉化的裝置。第十九頁，共110頁。4）沖壓渦輪發電機正常時，沖壓空氣渦輪發電機收在飛機機體內，應急供電時，靠迎面氣流驅動渦輪，帶動發電機工作。由于電瓶和沖壓渦輪發電機的容量較小，因此只能為飛機上的重要用電設備供電，作為飛機上的應急電源使用。第二十頁，共110頁。5）外部地面電源機身右下側前輪艙附近的外部交流電源插座用以接通外部電源。地面人員可用插座附近的面板的狀態指示燈判斷是否正在使用外部電源。第二十一頁，共110頁。11.1.2飛機用電設備分類廣義地說，飛機電氣系統是飛機供電系統和飛機用電設備的總稱。狹義的飛機電氣系統是指飛機供電系統、電氣照明與燈光信號系統、電氣防冰和加溫系統、發動機起動和電點火系統、飛機電力傳動系統的總和。第二十二頁，共110頁。1.飛機用電設備按其重要性分類1）飛行關鍵設備如儀表、飛行控制系統、儀表著陸系統和通信電臺等，2）任務關鍵設備

如民用飛機中的座艙增壓和空調設備等。3）一般用電設備

如座艙照明和廚房炊具等，第二十三頁，共110頁。1）飛行關鍵設備它們是確保飛機安全返航或就近降落(包括維持可操縱飛行)所必需的最低限度的用電設備。它們一旦供電中斷，將威脅飛機和機上人員的安全，為此，必須將其配置在重要負載匯流條上。正常供電期間由主電源供電。當主電源失效需要轉入應急供電時，應能自動或人工地轉為由應急電源供電。第二十四頁，共110頁。2）任務關鍵設備任務關鍵設備是完成飛行任務所必需的設備。在飛機應急供電時，為確保重要負載得到供電，將視故障的嚴重程度，切除部分乃至全部任務關鍵設備。第二十五頁，共110頁。3）一般用電設備一般用電設備，它們正常工作與否并不危及飛行安全。故當主電源發生局部故障而提供的功率有限時，為確保對重要負載和主要負載的供電，根據故障的嚴重程度，將首先切除部分以至全部一般用電設備。第二十六頁，共110頁。2.飛機用電設備按用途分類飛機上的用電設備按用途可以分為：(1)電動機構 電動機構主要用于飛機的操縱，如襟翼、舵面、起落架收放等，以及驅動油泵、閥門等的電動機，其功率約占總負荷的30％左右。(2)加熱和防冰負荷加熱和防冰負荷占總負荷的40％左右。第二十七頁，共110頁。2.用電設備按用途分類(3)電子設備電子設備一般采用恒頻交流電供電，對電源的質量要求高，約占總負荷的20％左右。(4)照明設備約占總負荷的8％左右。第二十八頁，共110頁。11.2飛機電源系統11.2.1飛機供電系統類型11.2.2航空蓄電池11.2.3飛機直流發電機11.2.4飛機交流發電機11.2.6恒速恒頻交流電源11.2.7變速恒頻交流電源11.2.8飛機電能變換設備第二十九頁，共110頁。11.2.1飛機電源類型飛機電源的類型取決于該飛機上主電源的類型。現代飛機電源有：一、低壓直流電源；二、恒頻交流電源；三、混合電源；四、高壓直流電源；幾種形式。第三十頁，共110頁。一、低壓直流電源低壓直流電源的主電源是航空發動機直接傳動的直流發電機，配以調壓器保持發電機輸出電壓恒定。低壓直流發電機的額定電壓為28.5v，在有些機型上采用14v。交流負載由旋轉變流機或靜止交流器得到單相或三相交流電。這種供電系統的供電示意圖如圖所示。第三十一頁，共110頁。低壓直流電源低壓直流供電系統由于本身固有的缺陷，不能滿足大容量供電系統的需要。第三十二頁，共110頁。二、恒頻交流電源交流電可提高供電電壓，減輕系統質量；易于變換，即變壓和整流容易實現；交流發電機工作可靠性高。因此大中型民航飛機上普遍采用交流供電系統。第三十三頁，共110頁。二、恒頻交流電源飛機交流電源系統有恒頻交流電源和變頻交流電源兩種。恒頻交流電源又有恒速恒頻（CSCF)和變速恒頻(VSVF)兩種。飛機交流電源調節點額定電壓為115/200v，恒頻交流的額定頻率為400HZ，變頻交流的工作頻率范圍一般在400HZ上下變化。第三十四頁，共110頁。(一)恒速恒頻交流電源系統恒速恒頻交流電源系統的交流發電機是通過恒速傳動裝置CSD由飛機發動機驅動的，因此交流發電機的轉速是恒定的，它向匯流條輸出恒頻交流電，如圖所示。第三十五頁，共110頁。(二)變速恒頻交流電源系統恒速傳動裝置結構復雜，成本高，可靠性低，維護比較困難，變速恒頻正在取而代之。目前變速恒頻采用較多的是交—直—交系統，即由發動機帶動交流發電機發出變頻交流電，經過整流變成直流電，再逆變為所需頻率和電壓的交流電。第三十六頁，共110頁。三、混合電源混合供電系統指兩種不同形式的發電機由飛機發動機傳動向飛機供電網路提供電能。目前采用較多的混合電源形式為直流發電機提供低壓直流電，交流發電機提供變頻交流電。在混合供電系統中，交流發電機和直流發電機是由發動機通過減速器直接傳動的，第三十七頁，共110頁。11.2.2飛機蓄電池飛機蓄電池是目前飛機上天的必須安裝設備之一，用作飛機上的應急電源和輔助電源。當飛機發電機不能供電時，飛機蓄電池向維持飛行所必需的飛行關鍵設備供電，必要時也可作為啟動飛機發動機的起動電源。第三十八頁，共110頁。11.2.3飛機直流發電機直流發電機功用：發動機帶動直流發電機的轉子，在磁場中切割磁力線產生電勢。通過換向變成直流電勢，帶動直流負載產生直流電。第三十九頁，共110頁。第四十頁，共110頁。第四十一頁，共110頁。低壓直流發電機電壓和功率飛機低壓直流發電機標稱電壓為28v，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。第四十二頁，共110頁。11.2.4飛機交流發電機交流發電機是交流電能的產生者。現代大型飛機上廣泛應用三級式無刷交流發電機。第四十三頁，共110頁。1.三級式無刷交流發電機原理三級式無刷交流發電機由副勵磁機、主勵磁機、主發電機組成發電機組，如圖。B747、757、767、MD—82、A320等飛機均采用三級式無刷交流發電機。第四十四頁，共110頁。第四十五頁，共110頁。交流電源的主要參數交流供電質量的指標有兩個：電壓和頻率。第四十六頁，共110頁。交流電源要求空載到額定負載：115±1.0V100%到125％額定負載：115±1.5V125％到150%額定負載：115±2.0V非正常穩態電壓極限：105V~130V頻率：400±4Hz第四十七頁，共110頁。11.2.5恒速恒頻交流電源恒速恒頻(簡稱CSCF)供電系統利用恒速傳動裝置CSD使發電機恒速運行，從而產生恒頻交流電。恒速傳動裝置簡稱恒裝或CSD，它將發動機的能量傳遞給發電機，它在渦輪風扇發動機上的安裝位置如圖所示。第四十八頁，共110頁。1.恒速傳動裝置CSD第四十九頁，共110頁。恒速傳動裝置CSD的輸出轉速一般有:6000r/min,8000r/min,12000r/min等。使用得最為廣泛的是機械液壓式恒速傳動裝置。第五十頁，共110頁。液壓機械式恒速傳動裝置主要組成液壓機械式恒速傳動裝置CSD的主要組成包括：傳動系統、滑油系統、調速系統和保護系統四大部分。傳動系統包括液壓泵-液壓馬達和差動齒輪系兩大部分。第五十一頁，共110頁。恒速傳動裝置工作原理在恒裝中，液壓泵—液壓馬達系統對發動機轉速的變化起著轉速補償作用，以保證發電機的轉速不變。第五十二頁，共110頁。2.組合傳動發電機(IDG)組合傳動發電機(IDG)是恒速傳動裝置與交流發電機組合成一個整體的裝置。目前常用的是機械液壓差動式恒裝與噴油冷卻發電機的組合，如圖所示。組合傳動發電機是一種比較先進的結構形式，適用于各種超音速和大型飛機。第五十三頁，共110頁。組合傳動發電機第五十四頁，共110頁。11.2.6變速恒頻交流電源變速恒頻(簡稱VSCF)供電系統是新型飛機電源系統，有取代傳統恒速恒頻電源系統的趨勢。變速恒頻VSCF發電系統利用電子變換器，把飛機發動機直接驅動的變頻發電機產生的變頻交流，變換成115／200v400Hz三相交流電。下圖是VSCF電源的構成方框圖。第五十五頁，共110頁。1.變速恒頻VSCF電源框圖第五十六頁，共110頁。2.變速恒頻VSCF電源原理交-交型變換器是將發電機發出的多高頻交流電直接變換成400Hz交流電輸出。交-直-交型變換器先將發電機發出的變頻交流電轉換成直流電，再逆變成400Hz交流電輸出。第五十七頁，共110頁。3.波音737飛機變速恒頻電源系統B737—300它的主電源可以選裝恒速恒頻或變速恒頻交流電源，輔助電源為APU（輔助動力裝置）驅動的發電機，輸出115／200V400Hz三相交流電。B737飛機的VSCF電源采用交-直-交變換方案。采用三級式無刷交流發電機。如圖。第五十八頁，共110頁。B737飛機VSCF電源原理框圖第五十九頁，共110頁。11.2.7飛機電能變換設備在現代民航運輸機上，不僅需要改變電源形式的設備，還需要將同一種電源的參數值加以改變的設備。飛機電能變換設備就是用來將飛機上主電源的電能變換為另一形式的電能，以滿足不同用電設備的需要。第六十頁，共110頁。1.飛機電能變換設備分類有旋轉型和靜止型兩種。老式飛機上，常用旋轉變流機，屬旋轉型。現代飛機上，常用變壓器、變壓整流器、靜止變流器等，屬靜止型。第六十一頁，共110頁。一、旋轉變流機旋轉變流機是將直流電變換為交流電的電動機-發電機組，用于低壓直流電源系統中作為二次電源，給交流用電設備供電。分單相變流機和三相變流機兩大類。單相變流機可將低壓直流電轉變為115V400Hz單相交流電，給無線電和雷達等設備供電。三相變流機可將低壓直流電轉變為36V400Hz單相交流電，給陀螺儀表、雷達、自動駕駛儀等設備供電。第六十二頁，共110頁。二、靜止變流器靜止變流器將飛機上的直流電轉變為400Hz或其它頻率的單相或三相交流電，常用于現代飛機。靜止變流器外形及原理框圖，如下圖。第六十三頁，共110頁。靜止變流器外形第六十四頁，共110頁。三、變壓整流器變壓整流器將主電源的電壓較高的交流電轉換成電壓較低的直流電。這種經過變換的電源稱為二次電源。第六十五頁，共110頁。11.3飛機輸配電系統11.3.1電網的構造形式11.3.2飛機供電方式第六十六頁，共110頁。11.3.1電網的構造形式一、直流電網直流電能的供應通常采用單線制或雙線制。對于全金屬結構的飛機，多用單線制，利用飛機機體作為負回路；在采用復合材料的飛機中，則采用雙線制。第六十七頁，共110頁。11.3.1電網的構造形式二、交流電網在交流電源系統中，有單相交流電源系統和三相交流電源系統。單相交流電源它以一根饋線將電源連到匯流條，另一根線則利用飛機機體形成回路。由于單相供電對發電機的利用率較低，較少采用，交流電源系統廣泛采用三相供電系統。第六十八頁，共110頁。11.3.2飛機供電方式多電源直流供電系統一般都是采用并聯供電方式，對于多電源的恒頻交流電源系統采用并聯或單獨供電。第六十九頁，共110頁。（1）單獨供電大部分機型都采用這種單獨供電方式，如B737、B767、A320、MD82等。正常供電時，由各臺發電機分別向各自的匯流條供電；故障時斷開故障一側發電機，由正常發電機向匯流條供電。其特點是控制簡單，但當故障時，在供電轉換瞬間存在供電瞬間中斷問題。第七十頁，共110頁。（2）并聯供電將多臺同頻率的交流發電機并聯起來，共同向負荷供電。優點是供電可靠性高，只有全部發電機故障時才會出現停電問題。缺點是電源控制及保護設備復雜。第七十一頁，共110頁。11.4飛機電源系統參數指示1.電壓表2.電流表3.頻率表第七十二頁，共110頁。1.電壓表在某些電壓表上按電壓大小的不同畫有不同的彩色區域，正常時為綠色，需要引起注意時為黃色，發生故障時為紅色，如圖(c)所示。第七十三頁，共110頁。2.電流表第七十四頁，共110頁。3.頻率表第七十五頁，共110頁。集中方式顯示現代大型客機上，采用集中方式顯示電源系統概略圖和電源參數。B757和767飛機上有發動機和機組警戒系統（EICAS）的電氣頁面顯示；A320上在電子集中監視系統（ECAM）電氣頁面上顯示。第七十六頁，共110頁。A320（ECAM）電氣頁面第七十七頁，共110頁。11.5飛機電源系統控制面板飛機電源系統通過電氣系統的控制面板控制。電氣系統的控制面板有電氣面板和應急電源面板。圖11-11顯示了電氣面板和應急電源面板與ECAM電氣頁面上部件的關系。第七十八頁，共110頁。電氣面板應急電源面板第七十九頁，共110頁。11.6B737-300交直電源系統B737-300交流電源系統功能組件包括發電機、發電機驅動組件、電壓調壓器、匯流條等。第八十頁，共110頁。第八十一頁，共110頁。匯流條飛行中，通常由每臺發動機發電機向各自的發電機匯流條供電。1號轉換匯流條向備用交流匯流條供電。轉換匯流條負責機上重要用電。主匯流條負責機上次要用電。第八十二頁，共110頁。匯流條飛機在地面且兩個發電機控制電門關，或雙發關車時，接通地面電源電門可將外部電源與兩個發電機匯流條連接。APU工作時，接通APU發電機任一電門可連接APU電源與相應的發電機匯流條。APU可向一個發電機匯流條供電而外部電源可向另一個發電機匯流條供電。第八十三頁，共110頁。B737-300直流電源系統B737－300的28伏直流電源系統由三個變壓整流器組件供電，變壓整流器由交流轉換匯流條和2號主匯流