§ 6-1 概述 Ch6 恒速恒频交流电源 要求 § 6-2 齿轮差动式液压恒速传动装置 §6-3 飞机无刷交流发电机 小结 §6-4 无刷交流发电机电压调节系统 §6-5 飞机交流电源系统的并联运行 §6-6 飞机交流电源的控制 §6- 7 飞机交流电源的故障及保护 恒速传动装置 无刷交流发电机 晶体管电压调节器 并联运行 控制 保护 恒速恒频电源系统的构成，基本特性 恒速恒频电源系统的调节、控制与保护 Ch6 恒速恒频交流电源 § 6—1 概述 1. 构成与指标 构成： CSD+Gen+GCU 恒装 +发电机 +控制器 主电源 TRU 二次电源 APUG 辅助 BAT EPUG 应急 指标：三相四线、 115/200V 、400Hz。 20、30、60、90、120、150KVA 。 2．恒装概况 CSD 作用：将 转速变化 的发动机输出变成 恒定转速 的 输出，传动交流发电机。 输出转速 ： Pn=60f p=4 3 2 1 6000 8000 12000 24000rpm 类型 ：液压式、气压式、电磁式、机械式、 机械液压式（最广泛使用）、空气涡轮（ APU、 EPU）。 70年代， IDG组合传动发电机 （integreted drive Generator ）。 特点 ：结构复杂，能量转换效率低，使用维护困难。 成熟，最广泛使用，民机、军机如 Su—27。 § 6-2 齿轮差动式液压恒速传动装置 一、组成 ： 基本部件： 差动游星齿轮、液压泵 -液压马达转速补偿组件 （泵 —马达组件） 其它：供油系统、调速系统、保护系统。 2 7 3 4 5 6 1 n3 n9n1 图 6-2 齿 轮 差 动 液 压 恒 装 方 块 图 二、差动游星齿轮的工作原理 1 组成： 游星架、游星轮（Z 5、 Z6）、补偿齿轮 （ Z4）和输出齿轮（Z 7）。 Z4与 Z5， Z5与 Z6， Z6与 Z7啮合。 游星轮可绕架旋转。 427 2 nnn ?= n 7 ：发电机； n 2 ：发动机； n 4 ：泵 —马达组件 （ n：顺时针为正） z4 z6 z5 z7 n 7 图 6-3 差 动 游 星 轮 系 传 动 示 意 图 2-游星架； Z5、 Z6-游星轮；Z 4-补偿齿轮； Z7-输出齿轮。 2 工作原理： （ 1）补偿齿轮 Z4不动，游星架顺转。 Z5反转→ Z6顺转→ Z7顺转。 （ 2） 游星架不动， Z4反转→→Z7顺转。 （ 3） Z4反转，游星架顺转→→ Z7顺转。 427 2 nnn ?= 当 n 4 = 0， n 7 = n N ， n 2 = n N /2 ： 零差动 。 n 4 < 0， n 2 <n N /2： Z4反转，正差动。 n 4 > 0， n 2 > n N /2： Z4正转，负差动。 （ n：顺时针为正） 游星架接发动机传动轴，输出齿轮传动交发， 补偿齿轮由泵、马达组件传动。 n 7 ：发电机； n 2 ：发动机； n 4 ：泵 —马达组件 若零差动 负差动。 正差动。 rpmn N 12000= 。 6000>>8000 E n 6000<<4000 E n rpmn E 6000= 例： 427 2 nnn ?= n 7 = n N 二 . 恒转的基本原理 转速的调节即补偿齿轮的传动。 通过调速器控制泵—马达组件的工作，调节补偿 齿轮的转速和方向，从而使输出齿轮的转速恒定。 427 2 nnn ?= n 7 ：发电机；n 2 ：发动机；n 4 ：泵 —马达组件 三 . 齿轮差动式CSD的故障及其保护 1. 故障现象 油路系统堵塞和漏油 机件摩擦过大或卡死 恒装输出过速和欠速 2. 保护装置 （ 1） 手动脱扣机构：恒装输入轴与输入齿轮脱开, 飞行员控制、可人工复位。 （ 2） 自动脱扣机构：低熔点合金，感受滑油温度。 当机件卡死、油路堵塞时熔化，自动切除， 返厂修理。 （ 3） 调速机构过速保护：脱扣， CSD与发动机脱开。 （ 4） 低速压力开关欠速保护： CSD输出欠速、发动 机停车而减速时，使 发电机退网 （ 5） 单向离合器：输出齿轮与输出轴间，防止发电 机反转恒装，发动机停车过程；并联系统，高 转速CSD 使其它 CSD传动的发电机转速升高。 （ 6） 剪切颈： CSD输入轴上一部分直径最小；CSD 运动部件卡死，剪切颈扭断。 四 . CSD的基本技术数据 1. 额定功率 正常环境条件下，长期连续工作发出的功率。 P N > P G ∵发电机效率 40KVA Gen 47KW 恒装。 2. 过载能力 与发电机过载要求相配合 5min， 150%。 5s， 200%。 3. 额定输出转速 等于发电机额定转速 n N = n G 4. 输入转速范围 最小和最大工作转速， 与发动机转速范围相适应。 5. 输出转速精度 决定发电机频率精度。 稳态转速精度：转速和负载变化范围内，恒装 输出转速最大值或最小值与额定转速差相对于 额定转速的百分比 数。 ±1% n N ， 400± 4Hz。 动态：动态最大偏差，转速恢复时间。 6. 重量功率比 IDG： 0.7Kg/Kw 其他：平均无故障间隔时间等。 § 6-3 飞机无刷交流发电机 一. 飞机无刷交发的结构 ? 三级式 构成原理： 电磁式无刷交流同步发电机+整流滤 ?二级式构成原理：自励式发电 三级式与二级式的区别： PMG 独立的励磁与控制电源，与主发电机和飞 机电网无关，可靠性高。 二 . 无刷交流发电机的特性与基本参数 作为一个整体。 特性： 空载: n N 下，I L =0， I f 与 U的关系曲线 负载：、时， U与 的关系。 N n N I L I 外特性： =const， U与 间的关系。 f I N n 短路特性， U=0， 与 的关系。 f I L I 调节特性： ，保证 ， 与 的关系 f I n UU = null null null null 基本参数：、 、、。 d X )(satdB X q X σ X 、 、、、，、、 ' d X '' d X ' q X z Z o Z d T ' d T '' d T 。 空载: n N 下，I L =0， 励磁机励磁电流 I f 与空载电势 U的关系曲线 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 励 磁 电 流 (A ) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 空 载 电 势 (V ) 图 6-15 30KVA飞机无刷交流发电机空载特性 短路特性： U=0，励磁机励磁电流 与短路电流 的关系。同一 下，三相对称、线 —线、单相短 路电流之比 3:3:1 f I L I f I N n 00.10.2 0.3 0.4 0.5 0.6 20 40 60 80 100 励 磁 电 流 (A ) 短 路 电 流 (A ) 123 1-三相对称短路， 2-线 -线间短路；3-相 -地间短路。 图 6-16 30KVA无刷交流发电机短路特性曲线 负载特性：、时， N n N I U与 的关系。 f I 图 6-17 30KVA无刷交流发电机负载特性 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 20 40 60 80 100 120 140 160 180 发 电 机 电 压 (A) 励 磁 电 流 (A) 外特性： =const， f I n=const， U与 L I 间的关系。 图 6-18 30KVA无刷交流发电机外特性 1-电阻性负载外特性； 2-电感性负载（ ）外特性 75.0cos =? null null null null nullnull nullnull nullnull nullnull 负 载 电 流 (A) 发 电 机 电 压 (V ) 1 2 nullnull 调节特性： ，保证 N n ，与 的关系 n UU = null null 0 20 40 60 80 100 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 负 载 电 流 (A) 励 磁 电 流 (A ) 1 2 图 6-19 30KVA无刷交流发电机的调节特性 1-电阻性负载；2-电感性负载 （） 75.0cos 。 =? L I 三 . 无刷交流发电机的励磁系统 交流励磁机和旋转整流器 1. 三相半波整流 理想： 6π nullnull π e eb ec ea U Fo wt p γ 0 wt 0 I F ia I F wt 0 6π nullnull π πnull 图 6-20 三相半波整流电路的电压和电流波形 φ EU zpo 17.1= j zpo j r U I = j II 3 1 = φ jp II 3 1 = 1. 三相半波整流 理想： 整流电压平均 二极管电流平均 主发电机励磁电流平均 励磁机相电流有效 E 励磁机相电势有效 j I zpo U实际：换向重叠，有换相重叠后 PF、↑、 ↓ 励磁机电枢绕组电感 675.0= 1×3 317.1 = 3 jzpo IE IU 整流功率关系： 电机的功率因数较 0 t U 2 BA ee + 2 CA ee ? A e B e C e t 0 iA iC 图 6-21 有换相重叠的三相半波整流电路波形 （ a）整流电压瞬时值波形；（c ） C相（虚线）和 A相（实线）电流 C、 A；i i 2. 三相桥式整 2. 三相桥式整流 理想： 励磁机的利用率比三相半波整流高 实际：换向重叠 φ EU zpo 34.2= j II 3 2 = φ 95.0 3 == φφ EI IU P jzpo f 整流电压平均 励磁机相电流有效 整流功率关系： 三 . 交流励磁机的工作特点 1. 电枢电流非正弦波→谐波电枢反应。 ? 三相半波：直流分量，直流磁化； 二次谐波电 流大，谐波电枢反应大；偶次，无 3n次和奇次。 ? 三相全波： 5.7次谐波电流，奇次，无偶次和3n次。 ? 谐波电枢反应：谐波电枢磁场引起附加损耗。 谐波电枢反应电势。（在励磁机励磁绕组中） →励磁电流中有脉动分量。 2. 谐波电枢反应的利用 旋转整流器故障诊断 正常：正常谐波电枢反应，励磁机 励磁电流脉动小。 故障：谐波电枢反应大，频率变化→ 励磁电流脉动大。 通过检测励磁电流中的交流分量大小 。 A If V 图 6-24 旋转整流器无故障时的谐波电枢反应 s 400 1 t 0 u s 2400 1 t0 if A t 0 fi 故障 t 0 if 正常 图 6-25 旋转整流器有故障时的波形图 § 6-4 无刷交流发电机电压调节系统 一. 系统的组成，功能及要求 1 组成： 调节对象：无刷交流发电机。 调节器：调压器。 5 6 4 3 2 1 U A U B U C 1-主发电机； 2-旋转整流器； 3-励磁机； 4-永磁副励磁机； 5-三相整流桥； 6-电压调节器。 图 6-26 三级式无刷交流发电机电压调节系统方块 2 调压器的调节功能： 同 DC系统，电压调整及并联时的负载均分 。 （ 2） 短路强励，使电机能输出足够的短路电流 3 I N ， 5s （ 直发不需要？） （ 1） 稳定电压。 0～ 100% I N ， 115V± 1.5V 100～200% I N ， 115V± 2.5V （ 3） 输出电流限制： （ 4） 并联时负载均分（无功负载的均分）。 其他： 高相限制，软启动，保护（过压、过励磁） 要求： 稳态精度高（误差小） 动态品质好（超调小，过渡过程时间短） 足够的电压调节范围及强励能力 （±5% 范围内调节） 工作可靠、性能稳定 二 . 调压器的基本电路和工作原理 1. 基本结构：检测、基准、比较、放大、执行。 其它：稳定环节（反馈校正、前馈校正） 补偿环节（提高稳态精度） 无功均衡环节 3 4 5 1 2 UF 图 6-27 电压调节器的方块图 1-无刷交流发电机；2-检测电路；3-比较电路；4-放大电路；5-执行电路。 2. 电压检测方式 调节点：检测电路输入端，一般接在发电机馈电线 靠主汇流条处。 调定电压：调节点的电压值，调节器保持。 四种调压检测方式。 （ 1） 固定相（或线）调节：检测单相或线的电压。 交流经整流、滤波得到。 问题：该相短路或检测线断路→过压。 不能保证其他两相（线）电压稳定 全波：三相线电 wtUu ABAB sin2= )](sin[2 BwtUu BCBC ??= π )](sin[2 AwtUu CACA ?+= π （ 2） 三相平均电压调节：三相电压整流得到 全波整流（ 0～） π BC uu ?= Awt ≤≤0 AB u AcwtA +≤≤ null null? π≤≤+ wtcA wtdwtUdwtBwtUU AB CA A BC A d sin2)sin(2[ 1 0 ∫∫ + ++= π ])sin(2 dwtAwtU CA CA ?+ ∫ + π )]cos(cos)cos(cos)cos(cos[ 2 CAUABUCBU CAABBC +++++= π )]coscos()coscos()coscos[( 2 AUCUCUBUAUBU ABBCCAABCABC +++++= π )( 2 CABCAB UUU ++= π Ud恒定不代表每相恒 ][ 2 2 CABCABd UUUU ++= π 半波 （ 3）最高相电压调节 三个单相分别检测，整流滤波后相与，输出高相值。 （ 4）正序电压检测 检测三相电压中的正序分量 )++( 3 1 = ? 2 ??? 1 CABCAB U U UU ]+[ 3 3 -= ])1-(+)1-[( 3 1 = 30 ? 30- ? ? 2 ?? 1 DD j CA j BC CABC eUeU U U U 0=++ = ??? 120 CABCAB j UUUe D 使得 超前 60°， 超前 30° 1 I BC U 2 I CA U 滞后 30°， 超前 30° U ? U U U ? 1c BC 2R CA 正序过滤器： ? 1 30 ? 30- ???? -1.5=]+[ 2 3 = + = UeUeUUUU j CA j BCcfecef DD ]+[ 3 3 -= 30 ? 30- ? 1 DD j CA j BC eUeUU ? 四种调压方式比较： ?电路：固定相、平均值简单，正序最复杂。 ?调压效果： 正常 情况（对称）：有确定对应关系→无差别 不对称运行有区别，差别大小在于负载和发电机 的逆、零序阻抗参数。 飞机供电系统电压不平衡度不大→差别不大。 ?适用： 平均值：短路时非短路相输出电压↑ （用于正常） +高相：输出最高电压受限。 （用于故障） 习题 6—14、6—15 。 原理图 晶调 3. 脉宽调制型调压器的线路和原理 （ 1）检测比较电路： ?电路组成： 降压变压器：降压、隔离 整流滤波：得到电压平均值。 R5：调节电阻，保证电压有一定调节范围。 ?检测电路输入：发电机调节点电 ?检测电路输出： dzmdDd UUu += )sin(sin2 122 θθ ?+= EUn Fs )s-(sin2 122 θθ inEUnu Fsd += abDabzmab Uuu += nullnull null ? 的作用：脉冲调制作用，形成PWM信号 ， nullnull null ? 的作用： null null控制作用，调定 大小。 ?比较电路输出： 控制晶体管通断。 dzmabzm Uu = （ =0） 5 R abD u 等效：（a ） （b ）忽略 （c ）戴维南 ggD IREDW +→ g R 推导： ED U D α I D + _ Rg ED + _ UD 图 6-33 稳压管特性（a ）及其等效电路（b ） )2(//// SSSab RRRRRRRR +?== S dD S dD RR U RR U I 22 1 2 1 1 + =× + = S S D S D RR RR R E RRR E I + + ?= + ?= // 2 R RR RR RRR E I S S S D / // 3 + ? + = 忽略 则 1 R ababD Eu = )2( )(2 2 S SD S dD RR RRE R RR U + + ? + = )2+( )+(2 - 2+ = S SD S dD ab RR RRE R RR U E UdD Rs R ED UabD ED R a b R1 E ab R ab R 1 U abD a b 调定电压：经调节后若无差， （ PI） 0= abD u FS SD dD Un R RRE U = + = )(2 )1( 2 R R E n U S D S F += F U D E s R F U ababD Eu = )2( )(2 2 S SD S dD RR RRE R RR U + + ? + = ∴ （ 1） 由 （参考电压）确定。 （ 2）调 可调 。 F dD dD abD F abD C U U U U dU dU K ? ? ? ? ? == s n RR R ? + = 5 2 ?检测电路的放大系数： （ 2）晶体调压器原理及特性 末级功率管的工作方式：开关。 （ a） 脉冲调宽原理 输出低电平 0> ab u 输出高电平 0 中的纹波分量即实现了脉宽调制。 < ab u ab u o f3纹波分量频率，决定于整流方式，半波 ，全 o f6波。 ?调制频率： ? 与输出脉宽的关系： abD u 直流分量 ↑， abD u 则脉宽↓。 abzM abDon C U U T t D -5.0== （ b） 励磁机励磁电流平均值 （ c） 调制、放大电路的工作 特性 jj cc jj r DE I ? = abzM abDon C U U T t D -5.0== 有差调节 abzm U dzMabD C D UU D 1 K ? = ? ? = abzm U abzM abDon C U U T t D -5.0== 误差大小决定于 ，减小 。 脉冲调宽电路的放大系数： jj cc jj r DE I ? = abD u )2+( )+(2 -= S SD Fc RR RRE Uk （ d）调压器工作特性 定义：输入与输出之间的关系 ↓↓ )( Fjj UfI = null null null null 放大倍数： 电流 F abD abD c jj c F jj dI U U U D r E dU dI K ? ? ? ? ? ?== jjc abzM c rE U K = FN c dzM FNs abzM cs c dzM c F i d U E u Un u En E U K dU dU K ==== 电压 abzM abDon C U U T t D -5.0== jj cc jj r DE I ? = abD u )2+( )+(2 -= S SD Fc RR RRE Uk 图 6-37 电压调节器工作特性 UEDC Ijj UabD IjjM N 3 4 1 1' 1" IjjM 0 2 1 存在最大值、最小值 高于一定值后， 调压器全关断 。 低于一定值后，调压器全导通 。 jj I F u 0= jj I jjcjj rEI = 工作特性曲线： （ 3）调压系统的静态偏差 01 FFCT UUU ?=? 原理性误差：决定于调压器工作特性与发电机励 磁特性。如何减小，决定于 （调压器）和 （发电机）： d K F K （ 4）调压系统的温度误 不可计算，尽量消 偏差分析 静差，温差，使用误差 四 . 发电机输出电流的限制 原因： 1）防止电机过热，绝缘老化。 2）防止恒装传输过大的力矩，传动机构损坏。 实现 ： 限制励磁绕组电流，反馈发电机负载电流。 习题 6- §6—5 飞机交流电源系统的并联运行 并联的优点： （ 1）总电气负载均分，前提：自动均衡电路。 （ 2）供电可靠性，一旦故障，不致供电停止。 （ 3）过载能力提高，有效利用安装容量，满 足大的起动及峰值电流要求。 （ 4）负载配置简便，增加负载时不必重新调 整负载配置。 （ 5）供电品质提高，∵容量大，通断负载电压和 频率波动小； 无拍频效应（二台电源间频 率有差。影响自动驾驶等系统工作）。 （ 6）反延时过流保护装置动作迅速。 并联的缺点： 需要有复杂的调节、控制与保护设备，影响可靠 性与维护性。 ?不并联的优点： （ 1）无需自动均衡电路，电路简单。 （ 2）扰动影响范围小，限于对应通道。 （ 3）无均流问题，单发容量可充分利用。 （ 4）调控、保护、配电简单。 ?不并联的问题： 不中断供电转换＜ 50ms。 同步，消除拍频干扰。 ?并联运行的基本问题： （ 1）并联条件及投入并联的自动控制。 （ 2）负载自动均分。 1.并联条件：五个。 （ 1） 波形：相同，正弦性，谐波，否则会有高频 电流。 THD＜ 5%，波峰系数 1.41± 0.10。 （ 2） 相序： 一致，对应端相联。 电机转向和排线，更换后按线柱的连接。 （ 3） f：由发电机转速确定，要有发电机转速调节 电路，△f ＜ 1%。 （ 4） 电压值：有调压器，偏差不会太大。 （ 5） 电压相位。（投入瞬时） 差 满足要求 一、交流发电机并联条件及其并网控制 （ a）调节无静差， f 1 =f 2 。 最后 频率由大的确定，原低 f 的变为电动（空载） ∵单向离合器，不能反传功率。 “同步电动机空载 ” 高 f 承担全部功率，不能正常工作，需要有控制。 同步发电机“ 自整步作用” （ 3） f：由发电机转速确定，要有发电机转速调节 电路 f f01 f02 0 P 图 6-55 转速无静差的交流发电系统特性 f 0 P f0 图 6-56 转速有静差交流系统特性 f f01 f02 fc 1 2 0 P P1 P2 P3 图 6-57 两台调定频率不同静差也不同 的发电系统并联后有功分配关系 （ b）调节有静差 由二者共同确定，牵入同步， 有功负载均分有差： 频率调定差和频率负载特性。 （ 4）电压值： 有调压器，偏差不会太大。 只要电压有差，即产生电流偏差，电流偏差导致 无功负载有差别。 ? 1 ? 1 ? 1 =- oo UZIU ZZZ == 21 ? 2 ? 2 ? 2 =- oo UZIU Z UU II oo ? 2 ? 1 ? 2 ? 1 - =- 1 2 Z1 Z2 A1 A2 I1 I2 U01 IUc U02 JF1 JF2 图 6-58 带调压器的两台交流发电机 并联运行单相等值电路 1、 2-调压器。 （ 5）电压相位（投入瞬时） 大，则冲击电流大。 ?? 2 sin= '' '' X U I d o 2 cos= '' UU o X U IUP d o sin 2 3 =3= '' 2 '''''' = 冲击电流最大。 2 冲击功率最大。 /= JF1 JF2 U01 U02 I ′′ d X ′′ d X ′′ null ′′ 图 6-59 并联发电机单相等值电路（a）和并联投入矢量图 02 U  01 U  ?? d XIj ′′′′  u  ′′ d XIj ′′′′  2 cos= '' UU o = 冲击电流最大。 2/= 冲击功率最大。 2 '' '' X U d o sin=I X U IUP d o sin 2 3 =3= '' 2 '''''' U 0 0 π πnull ?? ″ d XU 0 I ′′ I ′′u ′′ u ′′ 0 P ′′ π π2 ?? 图 6-60 不同相位差投入并联时的电流电压和功率冲击 冲击电流大的影响： 1 造成 电压、频率扰动，影响用电设备正 工作，影响保护装置误动作。 2 类似短路瞬变状态，发电机受损。 并网必须控制相位差。 2. 自动并网控制（解决了并网瞬间的冲击问题） 自动并联装置检测 、 、 ，决定并网动作时刻。 f 当在允许范围时，自动并网 ? null? ?? ?考虑因素： 1）冲击电压、电流允许值； 2）电压、频率调节器的调节精度； 3）控制设备动作时间误差。 ?要求： ： 0.5%～ 1.0% f N ： 5～ 10% （1.25ms) f? U? N U D 90<?? 上：判断电网有无电压； 下 ： 自动并网条件检测， V1线形工作。 二 . 交流发电机无功功率调节原理及其自动均衡 ?交流发电机与无穷大电网并联：总容量很大。 有功功率由原动机确定。 端电压一定，调节励磁可以改变其输出无功功率 的大小。 ?飞机上交流发电机并联：总容量有限，且为确定值。 当调节一台发电机的负载时，要保持电压、 f 不变，必须调节 其他发电机输出。 ?二台并联： ↑必须 ↓， 1 Q 2 Q N QQQ =+ 21 1．无功功率调节原理 以二台为例，容量、参数相同，隐极式发电 机 aqqddoo rIXIjXIjUE ...... +++= 0= q x 0= a r dco XIjUE ... += 隐极 凸极 （ 1） 增加 JF1的励磁 ↑，但 P不变， 不变 ↑， ↓。 相应减小JF2 的励磁 ↓， ↑。 （ 2） 同时发电机输出有功功率不变 JF1的 I 1 ↑， ↓， ↑， ↑。 JF2的 I 2 ↓， ↑， ↓， ↓。 1 E I cos 1 θconstE =θsin 2 E 2 θ ?nullnull null mUIP = ?cos 1 ?cos 2 1 E 11 sin I 22 sin I 无功增 无功减 JF1：全部无功、一半有功 JF2：一半有功 21 EE  = dFdF XIjXIj 21  = c U  1F I  2F I  CFF III  2 1 21 == C I  12 E  E  dF XIj 2 ′  dF XIj 1 ′  2F I ′  1F I ′  C I  c U  图 6-69 两台发电机并联运行无功功率调节矢量图 （ a）无功有功均分；（b ）调节无功 （ 1） 增加 JF1的励磁 ↑，但 P不变， 不变 ↑， ↓。 相应减小 JF2的励磁 ↓， ↑。 （ 2）同时发电机输出有功功率不变 JF1的 I 1 ↑， ↓， ↑， ↑。 JF2的 I 2 ↓， ↑， ↓， ↓。 1 E I cos 1 θ constE =θsin 2 E 2 θ ?nullnull null mUIP = ?cos 1 ?cos 2 1 E 11 sin I 22 sin I 无功增 无功减 可见： （ 1）调节发电机的励磁电流可以改变无功分配状况。 （ 2）为保证U不变，在增加一台发电机励磁时，必 须减小另外一台发电机的励磁。 2. 无功电流自动均衡的基本方法 ?目的：均衡无功，充分发挥电机的容量。 ?方法： （ 1） 调节励磁，无功少的发电机增加励磁，同时 减小无功负载多的发电机励磁。 （ 2）构成闭环调节系统。 （ 3） 同调压器一起实现。 ?实现原理： （ 1）调压器除敏感电压信号外，还敏感电机的无 功电流偏差信号。 （ 2）信号综合：偏差信号有极性。 为正的电机，无功敏感信号应与调节点电 Q I? 压叠加，以减小 。 f I （ 3）原理示意图 0 0 U 01 U 1 ′ I? null I? 1 I? 0 U U C U 02 U 1 01 ′ null ′ null 图 6-70 按无功电流偏差调节电压的原理示意图 0 0 U 01 U 02 U C U 1 I? 1 I ′ ? null? 1 ′ 2 c 2 c c 1 ′′ 3. 无功电流均衡典型线路工作原理 叠加：二种方法，交流测，直流测（调压器）。 （ 1）原理电路 电流互感器 、： 差动连接。 1 LH 2 LH 均衡互感器 、 ：原边电流为 、 副边电 1 JH 2 JH 1 LH 2 LH 流之差。副边电流与该差值电流成比例，且有一定 的相位关系。 该电压分别作用于调压器检测电路的整流桥上，改 变整流桥的输出电压，从而调 。 f I 差动连接， JF1 和 JF2 原边电压大小相等，相位 相反。→ 和 反相位。 1j I 2j I . . 电路对称，∴ 21 jj II 。= .. 21 jj II ?= （ a）电流偏差信号的产生 . 2 . 2 . 1 . 1 . jLjL IIIII ?=?= )( 2 1 . 2 . 1 . LL III += ) 1 - 1 ( 2 1 = )-( 2 1 =)-(= . 2 2 . 1 1 . 2 1 ... 11 BB L L Lj I K I K IIIII )( 2 1 1 . 1 2 . 2 2 K I K I I BB j ?= 1j I 2j I Q I? 和 为负载电流的偏差信号，偏差电流中包含有功、 无功分量，如何得出无功分量 。？ （ b）信号转换： 由 均衡互感器转化为电压信号。 、 的性质。 1 JH 2 JH 副边负载阻抗很大，相当于开路。→磁化电感。 副边电压大小、方向取决于原边电流。 )( 2 1 . 2 . 1 . 1 . 1 BB I jj II K jXIjXU ?== μμ I KKK == 21 )( 2 1 . 1 . 2 . 2 BB I j II K jXU ?= μ （ C） 电压信号综合 使 无功起作用，有功电流偏差不起作用。 .. 2 . 1 1 Bbb U K UU μ == （ 1） 、 均为无功电流，电流为原相位，幅值改变。1B I 2B I . . B U  1b U  1J U  1B I  2B I  )( 21 BB II  ? B U  2b U  2B I  1B I  2j U )( 12 BB II  ? 图 6-73 纯无功电流偏差时 、 与 、 的矢量关系 1j U  2j U  1b U  2b U  （ 2）、 均为有功电流，电压产生相位差，幅值基本不变。 1B I 2B I . . )( 21 BB II  ? 3J U  ( 2B II  ? 4J U  2B I  2B I  2b U  1B I  B U  1B I  B I ) 1B 、 间关系 1b U  2b U  图 6-74 纯有功电流偏差时 、 与 3j U  4j U  整流桥输入和输出电压： ab和 bc线电压均↑ ab↓， bc↑ 整流桥输出为平均值：产生变化。 变化不大，可忽略。 0 a U  b U  c U  1 a 1 c 1 b 1 b ′ 2 a 2 c a U  c U  b U  0 2 b ′ 2 b a U  b U  c U  0 1 b 1 b ′ 1 a 1 c 0 2 a 2 c 2 b 2 b ′ null null  a U  c U  图 6-75 均衡互感器输 出电压相位对调压器 输入电压三角形的影 响 习题： 6—22 6. 无功电流分配灵敏度。 （ 1）绝对灵敏度 用来衡量无功电流均衡电路控制发电机承担 平均无功负载的能力。 →变化率（起作用时，无功偏差使调压器电压 检测整流桥输出电压的变化量） →偏差（未起作用时，电源之间的无功负载偏差） 实质定义：电路的放大倍数。 越大，调节能力越强。 ' q S ' q S q z U? = I? ' q S FN q FN F FN q ZN Z q I I U U I I U U S = = （ 2）相对灵敏度： （ 3） 的设计值确定： q S 根据调定电压偏差 和允许无功电流偏差 确定。 F U 大，实要 小， 但太大调节容易不稳定。 ? null null qN F q I U S = min FN FN U I q S q I （ 4） 在工程计算中的应用 q S ①计算并联系统电网电压 、、 … ，求 1o U 2o U on U ∴ FC U 1111 )( q FN FN qoFoFC I I U SUUUU ??=??= # qn FN FN qonFC I I SUU ??= )( U )( 1 21 onooFC UUU n U +++= " 1 0 qi i I = ∞ ? = ∑ ②计算发电机的平均电流偏差 已知调定电压和 ，求 Fc U qi I? nullnull nullnull null null nullnull nullnull null null 1 = 三 . 交流发电机有功功率调节及均衡 1. 有功功率调节原理 （ 1） 改变发电机的驱动转矩，调节发电机有功功率。 （ CSCF：调CSD 输出转矩）。 （ 2） 并联系统同时调，改变 JF1轴上转矩，应相应 改变JF2 转矩， 以保证总有功不变。 （ 3）调节有功功率时，要同时调节励磁，以调节无 功分配。 （ 1）发电机输出有功改变、无功不变 JF1的 I 1 ↑， ↓， ↑， JF2的 I 2 ↓， ↑， ↓， const I =sin const E =cos 1 2 有功增 有功减 I cos I cos U不变、Q 不 全部有功 ?并联系统同时调，以保证总有功不变。 ?同时调节励磁，以调节无功分配。 JF1：全部有功、一半无功;JF2 ：一半无功 （ 2） 增加 JF1的励磁 ↑↑ 1 E 1 减小JF2 的励磁 ↑， ↓。 2 E 2 θ JF1： 全部无功、 一半有功 JF2： 一半有功 c U  1 E ′′  2 E ′′  c I  dF XIj 2 ′′  dF 1  2F I ′′  1F I ′′  XIj ′′ 图 6-80 有功功率调节原理， 图中 JF2仅承担无功电流 2. 有功电流自动均衡的基本方法及线路 （ 1）方法 ?调原动机输出（ CSD）。 ?给转速调节器附加有功电流偏差信号，转速调节 器中有有功均衡电路。 ?调压器应有无功均衡电路。 （ 2）线路 信号获取正确，极性连接无误，工作逻辑正常。 RI K U c oo ?? ?= 1 '原理：差动连 ??? += ' 11 oo c UUU ??? = ' - 22 oo c UUU K 0.9 )-(45.0 21 RI UUU c z ? = = 0= z U （纯无功） （有功） ??? += ' 11 oo c UUU RI K U c oo ?? 1 = ' 该电压与有功偏差电流大小和方向成正比。 K 0.9 245.0 )-(45.0 21 RI U UUU c oo z ? = ×= = ′ ??? = ' - 22 oo c UUU 1 U  2 1c U  2c U  o U  ′ null null null  a o ′ null null 1 U  2 U  2c U  1c U  c U  图 6-82 有功电流均衡线路电压位形图 （ a）纯无功电流偏差；（b ）纯有功电流偏差 3. 有功电流分配相对灵敏度 并联系统： 已知各电源调定频率和并网频率时，求出有功电流 差 FNp N p II ff S ? ? = )( 1 1 onoc ff n f ++= " FNN coi p pi If ff S I / 1 ? =? p S p I? 衡量有功电流均衡电路控制 发电机承担平均有功负载的能力。 提高 可减 §6-6 飞机交流电源的控制 一. 控制部件和装置 GCR：发电机励磁控制继电器 GCB：发电机断路器 BTB：并联断路器 /汇流条连接断路器 XPC：外电源接触器 APB：辅助电源断路器 BPCU 汇流条功 控制单元 GCU 发电机控 （入网） GCR：发电机建 GCB：发电机入网 控制器要求： 基本性能，安全可靠，易于维修， 数字化，综合化，智能化。 二、控制逻辑 1 GCR GCR.S (BTB.S) 闭 GCR (BTB) 闭 合 断 开 或 GCR.S (BTB.S) 断 故障信号 图 6-89 并联电源 GCR或 BTB的动作逻辑 合 GCB的前提是GCR通。 断开GCR必须同时断开 GCB， 不并联系统：带载励磁，起动时影响设备工作。 并联系统：欠励电机吸取无功功率。 2 GCB GCB.S 位于通 外电源 已切断 发电机 转速正常 GCR 已通 与 GCB 通 断 或 GCB.S 位于断 GCR 断 外电源通 或 故 障 信 号 图 6-87 发电机接触器 GCB动作逻辑 3 BTB 满足并联条件和BTB.S 接通才通， 不并联系统中有发电机故障，且故障电机已退出 并联系统运行时闭合，不并联系统故障时启用 断开：有故障发生时， 无功和有功偏差过大， BTB.S断开。 （ 1）有一台飞机发电机接于电网，外电源就不能接入 。 （ 2）外电源接入时，机上电源先断电，再接入。 （ 3）外电源已投入，则机上电源不允许工作。 （ 4）任一飞机电源欲接入，需断开外电源。 发电机 全部断开 外电源 相序正确 XPC.S 置接入 与 XPC 闭 合 断 开 或 任一发电 机接入 过压保护 XPC.S 置断开 4 外电源接触器XPC 控制逻辑 故障保护目的： 防止故障扩大， 保护负载、保护发电机自身 保护要求： （1 ）动作准确（有选择性）及时。 （2 ）保护项目与保护指标协调。 （3 ）使用维护方便。 §6-7 飞机交流电源的故障及保护 一、单台交流电源的故障及保护 故障类型、原因及保护。 故障 类型 现象 原因 判断 /保护方式 动作 电器 1 发电机 断相 一相负 载电流 小 发电机电 枢绕组开 路、馈电 线开路 Imin<15%Imean 延时 4s GCR、 GCB 2 电压： 过压 电压过 高 励磁电流 过大 最高相 >129.5V 反延时 GCR、 GCB 欠压 电压过 低 欠励、欠 速 三相电压平均 值 103V~106V； 延时 8~10s GCR、 GCB 不稳定 电压调 制大 励磁故障、 CSD调速 器故障 调制 >7%U N；； f >9Hz 反延时 GCR、 GCB 3 频率： 过频 过 f 原动机 f >425~430Hz， 延时 1s GCR、 GCB 欠频 欠 f 原动机 f <375~370Hz， 延时 1s f <345~355Hz， 延时 0.14s GCR、 GCB 4 发电机 欠速 发电机 转速低 原动机 <55%n N ， 延时 0.1s GCB 5 旋转整 流器故 障 励磁机 励磁电 流纹波 大 旋转整流 器 D故障 ?I j > 正常值 延时 5.5~7s GCR、 GCB 维护告 警 6 过励磁 励磁电 流过大 调压器故 障 ; 过载、欠 速 I j > 正常值 不延时 GCR、 GCB 7 副励磁 机故障 输出电 压低 副励磁机 短路、开 路 PMG 整流电压 纹波大 延时 2s GCR、 GCB 8 馈电线 短路 三相电 压严重 不均衡； 相电流 偏差 馈电线故 障 短路电流 > 20%I N 延时 0.02s GCR、 GCB 二、并联系统故障及保护 无功：励磁系统故障或其他 有功：原动机原因或调压器 ?断开 BTB 过压、欠压： 过频、欠频： ? 断开 GCB 1. 构成： SD+Gen+GCU; ( 恒装+发电机+控制器) 指标：三相四线、115/200V 、 400Hz。 2. 恒装 CSD作用：将转速变化的发动机输出 变成恒定转速的输出， 传动交流发电机 。 小结 差动游星齿轮的工作原 当 n 4 = 0， n 7 = n N ， n 2 = n N /2 ： 零差动。 n 4 < 0， n 2 <n N /2： Z4反转，正差动。 n 4 > 0， n 2 > n N /2： Z4正转，负差动。 （ n：顺时针为正） 427 2 nn ?n = 通过调速器控制泵—马达组件的工作，调节补偿 轮的转速和方向，从而使输出齿轮的转速恒定。 3三级式飞机无刷交发 4.四种电压检测方式：固定相（或线）、三相平均电压 、 最高相电压、正序电压 平均值：短路时非短路相输出电压↑。（用于正常） +高相：输出最高电压受限。（用于故障） 5. 脉宽调制型调压器 比较电路输出： 交流分量的作用：脉冲调制作用，形成 PWM信号 直流分量的作用：控制作用，调定发电机电压大小。 纹波分量频率，决定于整流方式，半波 3f ，全波 6f 。 调压器偏差：静差，温差，使用误差 6 交流发电机并联条件： 波形、相序、 f、电压值、电压相位。 无功功率调节原理 1）调节发电机的励磁电流可以改变无功分配状况。 2）为保证U 不变，在增加一台发电机励磁时，必须减小 另外一台发电机的励磁。 有功功率调节原理 1）改变发电机的驱动转距，调节发电机有功功率。 2）并联系统同时调，以保证总有功不变。 3）调节有功功率时，同时调节励磁，以调节无功分配。 7 飞机交流电源的控制部件及控制逻辑 GCR：发电机励磁控制继电器 GCB：发电机断路器 BTB：并联断路器 /汇流条连接断路 XPC：外电源接触器 APB：辅助电源断路器 8 单台交流电源的故障及保护 故障类型、现象、原因、判断 /保护方式、动作电器