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1、现代科学技术概论课程结课论文2015-2016 学年第 2 学期学 院：学亍学院专业班级：14级交通运输学生姓名：马乐乐学 号：14134910136指导老师：乍现常2016年6月7日现代科学技术对民航电气系统的影响马乐乐摘 要：民航电气系统属于现代科学技术中的航空技术，飞机典型的交流电气系 统包括发电、主配电和保护、采用变压整流器的功率变换和蓄电池的能 量储存、初级配电及保护。现代科学技术对电气系统的每一个分支都产 生了极大的影响。关键词：现代科学技术，民航电气系统，影响。一、发电（一）直流发电。直流系统应用发电机产生直流电压给飞机系统的负教供电，通常，电压为直 流28V,现在已有270V的
2、系统。控制发电机使它为飞机负载不间断地提供28V 直流电压，而抑制电压的变化或者波动。飞机应用中发电机通常是并激式，并激 式发电机固有负教特性是电压随负教电流的增大而下降，但是，希望的特性是将 输出电压控制在恒定电压，名义值28VDC,为此，将应用一个调压器，它修正 励磁电流以保证当飞机发动机速度和负载变化时维持端电压不变。（二）交流发电。交流系统应用发电机产生给定电压值的正弦波，大多数情况下为恒频。早期 的交流发电机通过集电环从转子绕组流入流出电流，但其容易磨损和起坑，还容 易产生“电晕”影响高压工作。现代交流发电机统称为复式发电机，它的组成包 括永磁发电机，含旋转二极管的励磁定子围绕的励磁
3、转子，由功率定子围绕的功 率转子。飞机上应用的大多数交流系统均采用三相系统，即发电机输出三个正弦 波，在相位上相差120度。这些相电路最常用星形形式连接，每一相的一端连接 到中性点，标准飞机系统的相电压为115VAC,而线间测得的线电压为220VAC, 飞机频率控制系统的标准是400周每秒或400Hz。对于飞机发电的两种方法，交 流电源的主要优势是工作在较高的115V电压，而非直流系统的直流28V。高电 压最明显的优势在于功率的传输。对于一定数值的功率传输，电压较高，相应的 电流较小，则损失越小。同时.，电流导体一般较重，减小电流可减轻重量，这对 于飞机是很重要的考虑因素。（三）发电控制。1、
4、直流系统发电控制。调压。系统需要自动调节的功能以适应负教和发动机 速度的变化。电压的调节需要遵循用于飞机电源系统的标准。标准中规定了调压 点电压以及整个飞机的配电、保护和布线系统所允许的压降特性。直流系统每通 道最大电流值限制在400A会12KW,这是因为用于承教所需要电流的导线和开 关设备的尺寸限制，如果超过限制值，有刷直流发电机的电刷将过度磨损而导致 维护费用增加。并联工作。在多发飞机上，每分发动机驱动各自的发电机，这时 希望发动机或发电机故障时仍能提供“不间断”或不中断电源。为了满足这一要 求，将发电机并联起来，在它们之间均担这些负载。每台发电机通过调压器的控 制而补偿电压的变化。这种并
5、联特性通常称为均衡电路，因而即使主系统故障也 能实现“不间断”供电。保护功能有反向电流保护、过电压保护、欠压保护。2、交流发电控制。电压调节。解决方案包括具有误差检测、前置放大器。功 率放大器等的先进控制回路。并联工作。如同直流发电机并联提供不间断供电一 样，交流发电机也采用同样的控制方式。这只适用于恒频交流发电，因为并联乱 频或变频发电机是不可能的。并联交流发电机的控制任务更为复杂，因为有功负 教和无功负教向量两者都必须同步，以实现有效的负载分享。而有功负载的分担 取决于相关的转速进而取决于相关的发电机电压的相位，通过控制律实现。无功 负我分担是每台发电机产生的电压的函数，实习无功功率的分享
6、需要专用的变压 器（称为互感扼流圈）、误差检测电路和前置放大器调整励磁电流。监管和保护 功能。典型的交流发电机控制单元的监管保护功能包括过压、欠压、过欠励磁、 频率过低或过高和电流差保护。电流差保护设计成检测短路汇流条或馈电路故 障，从而采取保护措施。电流差互感器感应系统不同部位的相位电流，使检测电 路可以感应由于相位不平衡而导致的相位电流的总差异，并通过发电机控制断路 器断开发电机和汇流条的连接。（四）现代电源发电的类型,1、恒频发电。与其他所有的发电形式一样，电源必须适应发动机在最大功率 与地面怠速时的速度比2:1。液压机械恒速传动装置起自动减速器的作用，维持 发动机工作于恒定的速度，而得
7、到恒定的400赫兹输出频率，频率误差通常在 10赫兹范围以内。液压机械恒速传动装置的缺点是需要准确保持充往油面的水 平和油的清洁度。同时，为了保持高的可靠性必须经常翻修。恒频发电用于现在 大多数民用运输机的供电。2、变频发电。变频发电是最简单、最可靠的发电形式。这一技术没有抵消发 动机2:1速度比的影响，电压虽然调节到115VAC,但是典型的频率变化范围为 380赫兹到720赫兹。这种发电对飞机上对频率敏感的负载具有影响，因此，在 诸如燃油、环境控制系统和液压等其他飞机系统的性能方面需要付出一些代价。 变频被广泛应用于商用喷气机中，因为，它们的功率需求超过了双通道28VAC 系统的28V、12
8、KW的限制。“环球快车”一开始就设计成变频发电,A380项目 中变频电源已确定为基本的功率形式。3、VSCF发电。变速恒频，在这种技术中变频发动机产生的电功率通过固态 功率开关装置被电子转换为恒频400赫兹115V交流电，有两种方案，第一种是 直流环，在直流环中，原功率在转换为三相交流电之前先转换为中间直流功率。 直流环技术已被应用于波音737、波音777飞机和MD-90,其可靠性与恒频或变 频发电机的可靠性相当；第二种是循环变流器，发电机产生频率超过2000赫兹, 相当于高频率的六相固态开关在多个相之间切换，整流输入而提供三相恒频400 赫兹功率，实际这项技术很精巧，并已经成功应用于美国军用
9、飞机，但尚未在民 用飞机中应用。二、初级功率分配初级功率分配系统汇合飞机电源的输入，在典型的民用客机中，飞机电功率 可能来自以下几个方面：（1）飞机主发电机（2）备用发电机（3） APU发电机 （4）地面电源（5）备用变流器（6） RAT发电机。在初级功率分配时功率开关 器件是功率接触器或断路器。这些都是专用的大功率开关，通常用于切换每相超 过20A的功率。功率开关中既包括功率换触点还包含辅助触点，用于为其他飞 机系统提供接触器状态，“开启”或“闭合”。三、功率转换和能量储存在飞机上经常出现许多从一种电源形式转换为另一种形式的情况。（-）从直流转换为交流功率。变流器将28V直流电源转换为115
10、V交流单相电源。通常，在民用飞机中需 要在出现交流故障后为驾驶员提供仪表供电，或者在特定飞行状态中，万一出现 电源故障时需要交流器在关键的阶段为飞行仪表提供备份电源。多年前，变流器 是直流电动机拖动的交流发电机的旋转机器。最近，功率转换能够采用静态的交 流器实现，其中大功率、快速的可控硅整流器整合直流输入，产生交流波形输出。（二）115V交流转换为28V直流功率。变压整流器可能是现在飞机电气系统中最常用的功率变换方法。大多数放飞 机的电气系统都具有固定的大量的115V三相交流发电功能，通常利用TRU将 大部分转化为28V直流。TRU包括星型初级绕组和双星型次级变压器绕组与三 相全波整流和滤波一
11、起来提供U5VAC、28VDC的转化。TRU可变换很大数量 的电功率，也散发大量的热故需要强迫通风冷却，波音767采用两台TRU。（三）从一种交流电压值转化为另一种交流电压值。在电气系统的特定部分，可用简单的自耦变压器提供简单的升压降压变换。 例如，115V/26VAe变压，直接从115VAe主汇流条提供飞机照明设备的26V交 流用电。（四）蓄电池。蓄电池提供了一个独立于主电源的有效储存电能介质，其主要目的是协助阻 尼直流系统中的瞬变负载、在没有其他电源情况下为系统启动模式提供电源、紧 急情况当替代/备份电源开始接上是提供短时间高完整型的能源。飞机电池容量 有限，以安培计量。大多数现代飞机系统
12、在正常运作期间利用电池充电器维持蓄 电池充电在一个中等量。最常用的电池是银铭型，这与在氢氧化钾电解液中阳极 的银氧化物和阴极的镉之间的反应有关。为了保持蓄电池处于完好状态，通常要 监测其温度。电池也很容易受低温影响而导致容量很快的减少，倘若经过低温存 放或长时间在低温下工作后启动APU、发动机或电机都会非常困难。蓄电池充 电器与TRU有许多共同的属性，在某些系统中，在其工作模式下充电器还可作 为备用TRU为蓄电池提供直流功率的增强源。通常，蓄电池充电器的任务是在 不过热的情况下提供可控的蓄电池充电，基于这个原因需要密切关注温度 四、电气负载一旦飞机已经发电和配电后，就可供飞机使用。这些设备覆盖
13、了各种不同的 功能，它们根据其任务遍布在飞机各处。（一）电机和作动器。根据相应的飞机系统需求，当需要动力去驱动一个阀或者作动器从一个位置 移动到另一个位置时，显然需要电动机，电机的典型应用有：1、直线式作动：用于发动机控制的电动位置作动器：S行控制系统的配平作 动器。2、旋转式作动器：用于襟翼或缝翼操纵的电动位置作动器；燃油开关。3、控制阀操作：燃油控制阀、液压控制阀、气体控制阀以及辅助系统控制阀的电作动。4、起动机电机：提供发动机、APU和其他需要外力达到自维持工作状系统 的起动。5、泵：为燃料泵和液压泵提供动力；为辅助系统增压。6、陀螺仪电机：使飞行仪表和自动驾驶仪的陀螺仪运转的动力装置。
14、7、风扇电机：驱动冷却风扇，为乘客或设备提供空气的动力装置。很多应用场合的电动机不是连续额定运转的，只希望电动机运转一小段时间，而 其他装置，如陀螺仪。冷却电风扇机在整个飞机飞行的时期连续运转，必须相应 地选择电机的尺寸和规格。（二）照明。照明系统是一个重要的飞机电气使用部分。现在大部分飞机飞行时间是在夜 间或低能见度条件下，有足够的照明对于飞机的安全运行很重要。1、外部照明系统。航行灯、频闪光灯/高强度闪光灯/防撞指示灯、着陆灯/ 滑行灯、编队灯、检查灯（机翼/尾翼组/发动机防冰）、紧急撤离灯、标志灯、探 照灯。2、内部照明系统。座舱/飞机驾驶舱照明、乘客信息照明、客舱公用照明和 个人照明、
15、应急/疏散照明、隔舱照明（货舱、设备舱，用于维护）、强力照明/ 紧急泛光灯（通常是红色）、巡航灯。一般照明是由28VDC或交流主汇流条通过自耦变压器提供的26VAC供电， 专用照明可使用115VAe供电。灯丝的功率从着陆灯的600W到内部小功率照明 用的几瓦不等。内部照明系统的设计必须在飞行驾驶舱提供一个全面均衡的照 明，尤其是晚上采用调光时，所有面板和显示屏应做到均匀照明。这是为了避免 眼睛疲劳，避免机组人员将精力集中在某一个显示点上而忽略了其他的。（三）加热。在飞机上使用电加热是非常广泛的，使用功率最大的是电防冰或除冰系统； 它们的消耗达数千伏安。这些电能不要求频率稳定，故容易产生。防除冰
16、元件经 常用在尾翼和垂直前缘、进气道整流罩、螺旋浆。螺旋浆整流罩等。电气和热风 正确组合的防除冰方法随飞机不同而不同。电防除冰系统需要消耗很大的电流， 并要求控制器能够控制定时.、循环以及在加热元件之间切换加热电流以确保最佳 的利用热能，避免局部过热。除此之外，风挡加热也是一个重要的电气加热工作。（四）地面电源。对于飞机而言，在地面工作的大部分时间需要电源。地面电源可由原动力电 机驱动一个专用的发电机组成的电机-发电机组为机电源插座提供电能。通常, 标准的地面电源与飞机交流发电机一样是三相115V400HZ。在某些场合如大型 机场，靠近飞机入口处的电转换装置可提供从国家电网取得的三相115VAe电功 率。地面电源监控器保护飞机系统免遭低标准电源的损害，所检查的典型参数包 括欠压、过压、频率和正确的相序。五、应急发电在某些应急状态，前面所述的典型
