負(fù)載量變化對(duì)飛機(jī)直流電壓波動(dòng)的影響分析

負(fù)載量變化對(duì)飛機(jī)直流電壓波動(dòng)的影響分析榮譽(yù)【摘要】飛機(jī)電網(wǎng)電壓波動(dòng)幅度大小影響著電子設(shè)備的正常工作或性能的發(fā)揮.飛機(jī)電子設(shè)備對(duì)電源的電壓精度、穩(wěn)定度、中斷供電時(shí)間都有嚴(yán)格的要求，供電系統(tǒng)的電壓波動(dòng)可能使電子設(shè)備偏離正常工作，進(jìn)而由于系統(tǒng)交聯(lián)，造成系統(tǒng)穩(wěn)定性下降.主要從電壓穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)變化兩個(gè)角度出發(fā)，研究了負(fù)載量變化對(duì)電壓波動(dòng)的影響，進(jìn)而影響到電子設(shè)備性能的發(fā)揮.【期刊名稱】《長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)》【年(卷)，期】2015(015)001【總頁(yè)數(shù)】7頁(yè)(P52-57,75)【關(guān)鍵詞】電壓波動(dòng);負(fù)載量;穩(wěn)態(tài)【作者】榮譽(yù)【作者單位】長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410124【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】TM31隨著航空工業(yè)突飛猛進(jìn)，航空工業(yè)強(qiáng)國(guó)其飛機(jī)電源的發(fā)展也很快。由于現(xiàn)代新型飛機(jī)電子設(shè)備的大幅度增加，對(duì)電源系統(tǒng)的要求不斷提高，從而促進(jìn)了飛機(jī)電網(wǎng)供電系統(tǒng)的發(fā)展。國(guó)外許多廠家為適應(yīng)這種需求，爭(zhēng)上新技術(shù)、新材料、新工藝，形成了專業(yè)化、系列化生產(chǎn)體系，并且瞄準(zhǔn)飛機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)、預(yù)測(cè)飛機(jī)用電需要而進(jìn)行研制。飛機(jī)供電系統(tǒng)的發(fā)展，多電飛機(jī)的概念越來(lái)越得到大家的認(rèn)可，在多電飛機(jī)中，主要采用電能來(lái)代替原來(lái)飛機(jī)中的機(jī)械能、液壓能和風(fēng)能，以提高系統(tǒng)的可靠性和可維修性。現(xiàn)在的電力電子技術(shù)、微處理器技術(shù)、電氣傳動(dòng)以及控制技術(shù)的發(fā)展為多電飛機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。而隨著飛機(jī)上用電設(shè)備的不斷增加，飛機(jī)電網(wǎng)供電電壓的穩(wěn)定性將直接影響飛行安全，所以在研制新飛機(jī)和對(duì)現(xiàn)役飛機(jī)進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，都要對(duì)飛機(jī)電網(wǎng)的電壓波動(dòng)情況進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試，測(cè)試參數(shù)主要包括電壓、電流、頻率、相間不平衡、相位差等。本文從低壓直流供電系統(tǒng)出發(fā)，分析了負(fù)載量的大小對(duì)飛機(jī)電壓波動(dòng)的影響情況。隨著電子設(shè)備技術(shù)和測(cè)控技術(shù)的飛速發(fā)展，原先在飛機(jī)上無(wú)法測(cè)量的參數(shù)如今都可以進(jìn)行精確測(cè)量，特別是高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展，大大促進(jìn)了短時(shí)激變參數(shù)的測(cè)量分析，并對(duì)機(jī)上各種參數(shù)采集處理以及考核標(biāo)準(zhǔn)都有很大的促進(jìn)作用，電壓波動(dòng)的各種參數(shù)也得以快速精確測(cè)量，供電品質(zhì)關(guān)于電壓波動(dòng)的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)也進(jìn)行了更新?lián)Q代。我國(guó)對(duì)飛機(jī)供電品質(zhì)中關(guān)于電壓波動(dòng)的限定在以前主要是依據(jù)GJB181-1986這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，它的更新版本是GJB181A-2003飛機(jī)供電特性，新版主要增加了直流供電的相關(guān)內(nèi)容，并對(duì)電壓波動(dòng)參數(shù)提出了更嚴(yán)格的要求，本文也采用該新標(biāo)準(zhǔn)來(lái)考核電壓波動(dòng)情況。而對(duì)于電壓波動(dòng)參數(shù)的試驗(yàn)測(cè)試方法，主要依據(jù)GJB5189-2003飛機(jī)供電特性參數(shù)測(cè)試方法，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)參數(shù)測(cè)試和設(shè)施要求都進(jìn)行了明確。測(cè)試在研飛機(jī)和對(duì)現(xiàn)役飛機(jī)的供電系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，需依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)用電設(shè)備和電網(wǎng)的波動(dòng)等參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試，以保證飛機(jī)電氣系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。飛機(jī)電氣系統(tǒng)的工作分為穩(wěn)態(tài)工作和瞬態(tài)工作兩個(gè)階段，對(duì)應(yīng)于該兩個(gè)階段的電壓分別稱為穩(wěn)態(tài)電壓和瞬態(tài)電壓。穩(wěn)態(tài)電壓是指供電系統(tǒng)正常的、供電負(fù)載是固定的工作狀態(tài)，在這一工作狀態(tài)下，系統(tǒng)特性在任意長(zhǎng)時(shí)間間隔內(nèi)都保持在正常工作穩(wěn)態(tài)特性極限之內(nèi)；而瞬態(tài)電壓則是由于工作狀態(tài)的變化，如供電模式的非正常轉(zhuǎn)換、突加和突卸負(fù)載等操作，這些工作狀態(tài)的變化將使相應(yīng)匯流條上電壓瞬間發(fā)生較大變化，隨即又進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，瞬態(tài)特性往往越出穩(wěn)態(tài)極限范圍并在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)極限范圍之內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，引起直流電壓波動(dòng)的因素主要包括直流發(fā)電機(jī)控制器的校正作用、負(fù)載變化的作用以及整流引起的電壓波動(dòng)等。GJB5189-2003規(guī)定，對(duì)電壓波動(dòng)的測(cè)試，在穩(wěn)態(tài)時(shí)需測(cè)試穩(wěn)態(tài)電壓、脈動(dòng)幅度、畸變系數(shù)和畸變頻譜，在瞬態(tài)時(shí)需測(cè)試直流電壓的瞬變特性。穩(wěn)態(tài)測(cè)量時(shí)，穩(wěn)態(tài)直流電壓是指規(guī)定時(shí)間內(nèi)采集到的電壓瞬時(shí)值的平均值，電壓脈動(dòng)幅度是指穩(wěn)態(tài)直流電壓和瞬時(shí)直流電壓最大差值的絕對(duì)值，直流畸變是指直流電壓中交流電壓分量的均方根值，直流畸變系數(shù)是指直流畸變與穩(wěn)態(tài)直流電壓的比值，畸變頻譜是指直流畸變通過(guò)每一頻率分量的幅值的量化表示。瞬態(tài)測(cè)量時(shí)，瞬變特性分為正常瞬變和非正常瞬變。正常瞬變是指超出穩(wěn)態(tài)極限但保持在規(guī)定的正常瞬變極限之內(nèi)的瞬變，在正常瞬變?cè)囼?yàn)時(shí)，用電設(shè)備在試驗(yàn)過(guò)程中及經(jīng)試驗(yàn)后正常穩(wěn)態(tài)供電時(shí)均應(yīng)能正常工作。非正常瞬變是由于非正常擾動(dòng)使電壓超出正常瞬變極限并最后回到穩(wěn)態(tài)極限的瞬變，經(jīng)過(guò)非正常瞬變?cè)囼?yàn)后，用電設(shè)備應(yīng)不發(fā)生任何故障，并在恢復(fù)正常供電后能夠繼續(xù)正常工作。2.1直流28V電壓測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)直流穩(wěn)態(tài)電壓：22.0~29.0V;直流電壓脈動(dòng)幅度：28V直流電壓脈動(dòng)幅值最大1.5V;⑶直流畸變系數(shù)：28V直流電壓畸變系數(shù)最大0.035；⑷電壓瞬變：28V直流電壓應(yīng)在GJB181A-2003中相應(yīng)圖示范圍內(nèi)；⑸畸變頻譜：28V直流電壓應(yīng)在GJB181A-2003中相應(yīng)圖示范圍內(nèi)。2.2直流28V電壓測(cè)試方法(1)直流電壓瞬變參數(shù)分析直流電壓瞬變參數(shù)的測(cè)試主要是用于測(cè)量直流用電設(shè)備在加、卸載過(guò)程中產(chǎn)生的瞬態(tài)欠、過(guò)壓浪涌。直流電壓瞬變是指電壓值超出穩(wěn)態(tài)極限，并在一定時(shí)間內(nèi)回到穩(wěn)態(tài)極限的短暫的變化狀態(tài)。當(dāng)電壓超出穩(wěn)態(tài)極限時(shí)，繪制瞬態(tài)電壓的變化曲線填充到GJB181A-2003規(guī)定的直流電壓的過(guò)壓或欠壓包絡(luò)線圖中，以檢驗(yàn)參數(shù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)。該包絡(luò)線如圖1所示：(2)直流電壓畸變頻譜分析直流電壓畸變頻譜是指直流畸變通過(guò)每一頻率分量幅度的量化表示，在對(duì)直流電壓畸變頻譜作測(cè)試時(shí)，按照GJB5189-2003規(guī)定的采樣頻率對(duì)直流電壓進(jìn)行連續(xù)采樣，采集穩(wěn)態(tài)時(shí)直流電壓中的交流電壓分量，將所采集的數(shù)據(jù)用離散傅里葉變換算法計(jì)算出每一頻率分量的幅度，即求得直流電壓畸變頻譜。繪制直流電壓畸變頻譜圖填充到GJB181A-2003規(guī)定的直流電壓最大畸變頻譜包絡(luò)線圖中，以檢驗(yàn)參數(shù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)。該畸變頻譜如圖2所示：利用飛機(jī)直流供電系統(tǒng)地面模擬試驗(yàn)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在試?yàn)室室溫條件下對(duì)電壓波動(dòng)情況進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)分別測(cè)試了直流供電電網(wǎng)處于穩(wěn)態(tài)工作和瞬態(tài)工作時(shí)在各種試驗(yàn)條件下的電壓波動(dòng)參數(shù)。3.128V直流供電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)測(cè)試28V直流供電系統(tǒng)空載試驗(yàn)對(duì)28V直流供電系統(tǒng)不加任何負(fù)載進(jìn)行試驗(yàn)，穩(wěn)態(tài)工作時(shí)測(cè)得穩(wěn)態(tài)電壓為28.925V，最大脈動(dòng)幅值為0.567V，畸變系數(shù)為0.0043，直流脈動(dòng)幅度和直流畸變頻譜如圖3和圖4所示，各項(xiàng)參數(shù)都在正常范圍內(nèi)，電壓的波動(dòng)屬于正常范圍，供電穩(wěn)定性滿足要求，機(jī)上28V電子設(shè)備供電電源符合要求。28V直流供電系統(tǒng)過(guò)載200%試驗(yàn)對(duì)28V直流供電系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)載200%試驗(yàn)，測(cè)得穩(wěn)態(tài)電壓為28.892V，最大脈動(dòng)幅值為1.927V，畸變系數(shù)為0.0049，直流脈動(dòng)幅度和直流畸變頻譜如圖5和圖6所示，對(duì)比參數(shù)，穩(wěn)態(tài)電壓脈動(dòng)幅值超出1.5V的穩(wěn)態(tài)脈動(dòng)極限值，高頻段的噪聲明顯增加，電壓的波動(dòng)已超出正常范圍，供電穩(wěn)定性已經(jīng)無(wú)法滿足要求，在此電壓下的長(zhǎng)時(shí)間工作可能造成機(jī)上電子設(shè)備壽命降低或損壞。從脈動(dòng)幅度、畸變頻譜及畸變系數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)負(fù)載量增大時(shí)，穩(wěn)態(tài)電壓會(huì)逐漸降低，最大脈動(dòng)幅值增大，畸變系數(shù)增大，并且畸變頻譜在中頻段的交流分壓增多，參數(shù)開始向極限值靠近，當(dāng)負(fù)載量超過(guò)一定的范圍時(shí)，電壓波動(dòng)就超出了正常值，供電穩(wěn)定性就不能滿足機(jī)上供電系統(tǒng)和用電設(shè)備的要求。3.228V直流供電系統(tǒng)瞬態(tài)測(cè)試對(duì)28V直流供電系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)載變化20%~170%~20%的瞬態(tài)測(cè)試。28V直流供電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電壓極限是22.0~29.0V，瞬變期間正常電壓的范圍在18.0~50.0V之間。在負(fù)載由20%負(fù)載突加到170%負(fù)載時(shí)，欠壓瞬變開始，電壓迅速下降，電壓值最低達(dá)到9.836V的極限，在0.01s內(nèi)電壓迅速上升，0.03s后就進(jìn)入正常電壓范圍。在負(fù)載由170%負(fù)載突卸到20%負(fù)載時(shí)，過(guò)壓瞬變開始，電壓迅速升高，電壓值最高達(dá)到43.437V的極限，在0.01s內(nèi)電壓迅速下降，0.03s內(nèi)就進(jìn)入正常電壓范圍。測(cè)得過(guò)欠壓瞬變圖分別如圖7、圖8所示，突卸負(fù)載時(shí)的過(guò)壓瞬變?cè)谡Ｋ沧儼j(luò)線范圍內(nèi)，瞬變過(guò)程的電壓波動(dòng)在可接受范圍內(nèi)，供電穩(wěn)定性滿足要求；但在欠壓瞬變時(shí)，最低電壓9.836V已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了正常瞬變的最低18V的極限值，電壓曲線超出包絡(luò)線范圍，供電穩(wěn)定性已經(jīng)不能滿足要求。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，突加突卸負(fù)載量大小的變化對(duì)瞬態(tài)測(cè)試時(shí)電壓波動(dòng)幅度的影響很大，對(duì)供電穩(wěn)定性有較直接的影響。本文針對(duì)電壓波動(dòng)影響供電穩(wěn)定性的情況，主要考察了負(fù)載量變化造成的電壓波動(dòng)，及其可能對(duì)電子設(shè)備和供電品質(zhì)造成的影響。在供電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)工作期間，負(fù)載量的增加一般都會(huì)導(dǎo)致電壓波動(dòng)的加劇，降低供電穩(wěn)定性，這是個(gè)不利影響，隨著設(shè)計(jì)的優(yōu)化和技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)逐步減弱這種不利影響。除了考察負(fù)載量變化對(duì)電壓波動(dòng)的影響外，在以后的工作中，還可以考察發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化、負(fù)載與轉(zhuǎn)速聯(lián)合變化等試驗(yàn)方式，對(duì)電壓波動(dòng)影響情況進(jìn)一步深入研究，以驗(yàn)證飛機(jī)上更多復(fù)雜條件下電壓波動(dòng)和供電穩(wěn)定性的情況。飛機(jī)電網(wǎng)電壓波動(dòng)與電子設(shè)備工作情況是互相關(guān)聯(lián)的，一方面供電電網(wǎng)的電壓波動(dòng)可能造成電子設(shè)備的過(guò)壓、欠壓等故障，另一方面電子設(shè)備的工作電壓不正常又會(huì)引起電源的擾動(dòng)，兩者相互影響。改善飛機(jī)電網(wǎng)供電電壓穩(wěn)定性不是一個(gè)簡(jiǎn)單的供電設(shè)備設(shè)計(jì)問(wèn)題，而是一個(gè)包括發(fā)電、配電和用電設(shè)備在內(nèi)的綜合設(shè)計(jì)問(wèn)題。因此，要想綜合提高供電穩(wěn)定性，還應(yīng)該從飛機(jī)電氣系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)出發(fā)進(jìn)行綜合考慮，整體規(guī)劃，才能整體提高飛機(jī)電網(wǎng)的供電質(zhì)量?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】嚴(yán)東超.飛機(jī)供電系統(tǒng)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2010.GJB181A-20