《直升機(jī)電氣系統(tǒng)》課件-05 直升機(jī)電氣系統(tǒng) -交流電源系統(tǒng)

直升機(jī)電氣系統(tǒng)05交流電源系統(tǒng)交流發(fā)電機(jī)概述1無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)2起動(dòng)交流發(fā)電機(jī)3課程小結(jié)4目錄PART01交流發(fā)電機(jī)概述飛機(jī)電源系統(tǒng)的容量早期的中小型飛機(jī)的機(jī)載電源是以直流為主的。中型渦輪螺旋槳飛機(jī)上，出現(xiàn)了交、直流發(fā)電機(jī)共有的情況。大型飛機(jī)以交流電源為主。交流發(fā)電機(jī)概述思考：為什么要用交流電源作為主電源呢？1、電源容量的增加，要求提高電壓以減輕重量。2、飛機(jī)電源工作環(huán)境條件的變化，迫使采用交流電源。3、電壓和功率變換的要求。科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力飛機(jī)制造是綜合國(guó)力的體現(xiàn)，強(qiáng)國(guó)強(qiáng)航空，吾輩當(dāng)自強(qiáng)。發(fā)展是硬道理交流發(fā)電機(jī)概述交流電源系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)發(fā)電機(jī)沒有換向問(wèn)題，減少了噪音、電磁干擾和維護(hù)工作量。電壓變換容易，適用于不同電壓等級(jí)的用電設(shè)備。交流電經(jīng)變壓整流器很容易變成低壓直流電，且轉(zhuǎn)換效率高。發(fā)電機(jī)輸出功率大，最大可超過(guò)150kVA。輸出電壓高，使配電導(dǎo)線重量下降。交流發(fā)電機(jī)概述交流電源系統(tǒng)缺點(diǎn)并聯(lián)供電比較困難；恒頻電源系統(tǒng)需要恒速傳動(dòng)裝置或變頻設(shè)備或恒速發(fā)動(dòng)機(jī)；交流電機(jī)啟動(dòng)力矩比直流電機(jī)??；交流電不能像直流電一樣用電瓶?jī)?chǔ)存起來(lái)。交流發(fā)電機(jī)概述交流電機(jī)可以分為同步電機(jī)和異步電機(jī)兩大類。同步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相同，稱為同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與所接交流電的頻率及電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)之間有嚴(yán)格的關(guān)系。因此，對(duì)于交流電機(jī)而言，其調(diào)速要通過(guò)改變頻率的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。異步電動(dòng)機(jī)又稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，是由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能量的一種交流電機(jī)。交流發(fā)電機(jī)概述同步發(fā)電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子及殼體端蓋等部分組成。電樞主要由電樞鐵心和電樞繞組組成。磁極則是由磁極鐵心和勵(lì)磁繞組組成。同步電機(jī)可分為旋轉(zhuǎn)磁極式和旋轉(zhuǎn)電樞式兩類。旋轉(zhuǎn)磁極式又分為凸極式和隱極式。交流發(fā)電機(jī)概述隱極旋轉(zhuǎn)磁極式電機(jī)承受離心能力較強(qiáng)，主要在大型和高速的汽輪發(fā)電機(jī)中應(yīng)用。凸極旋轉(zhuǎn)磁極式電機(jī)，它有著明顯的磁極外形，勵(lì)磁繞組通直流電后，相鄰磁極交替出現(xiàn)N極和S極，在電力工業(yè)中的小容量發(fā)電機(jī)及大容量低轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)(如水輪發(fā)電機(jī))中也被廣泛采用。航空同步發(fā)電機(jī)的磁極幾乎都是凸極結(jié)構(gòu)，交流發(fā)電機(jī)概述交流發(fā)電機(jī)每相電樞繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea，的有效值為Ea=4.44fnΦ式中：f-感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率；n-每相繞組匝數(shù)；Φ-每極磁通。交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率f與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n和磁極對(duì)數(shù)P之間有固定的關(guān)系n=60f/p。交流電的頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同步變化，因此這種交流發(fā)電機(jī)又稱為同步發(fā)電機(jī)。交流發(fā)電機(jī)概述交流發(fā)電機(jī)基本要求發(fā)電機(jī)要起勵(lì)可靠即發(fā)電機(jī)的輸出電壓要能隨轉(zhuǎn)速的升高迅速建立起來(lái)。強(qiáng)勵(lì)磁能力電網(wǎng)中有大負(fù)載起動(dòng)或當(dāng)發(fā)電機(jī)電樞繞組短路時(shí)，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁能迅速增大，以確?？煽抗╇娀蚨搪繁Ｗo(hù)裝置可靠動(dòng)作，這種能力稱為強(qiáng)行勵(lì)磁能力，簡(jiǎn)稱強(qiáng)勵(lì)磁能力。交流發(fā)電機(jī)概述PART02無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)在直升機(jī)交流電源中，普遍采用同步發(fā)電機(jī)。按勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是否帶有電刷，可分為有刷交流發(fā)電機(jī)和無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)兩大類。有刷交流發(fā)電機(jī)存在輸出功率小、可靠性差、維護(hù)工作量大的缺點(diǎn)，目前直升機(jī)上大多采用無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)。

無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式：三級(jí)式和二級(jí)式。無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)二級(jí)式無(wú)刷交流同步發(fā)電機(jī)主要由交流勵(lì)磁機(jī)、主交流發(fā)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)整流器組成，這種發(fā)電機(jī)的外殼里同軸安裝著兩臺(tái)交流發(fā)電機(jī)。無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)右側(cè)部分為一臺(tái)小功率旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)，定子上的DC表示勵(lì)磁磁場(chǎng)，從A、F端子處輸入直流電源，該直流電源來(lái)自主發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電，因此屬于自勵(lì)方式。轉(zhuǎn)子上的AC表示轉(zhuǎn)子電樞繞組發(fā)出的交流電，該交流電經(jīng)過(guò)安裝在轉(zhuǎn)軸上的整流二極管轉(zhuǎn)換成直流電后，提供給主發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組。無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)左側(cè)部分為一臺(tái)大功率旋轉(zhuǎn)磁極式交流發(fā)電機(jī)，其中轉(zhuǎn)子上的DC表示直流磁場(chǎng)(包含磁極和勵(lì)磁繞組)，定子上的三根線A、B、C表示三相電樞繞組輸出端，發(fā)出的交流電為飛機(jī)電網(wǎng)供電，該電機(jī)稱為主發(fā)電機(jī)。無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后，交流勵(lì)磁機(jī)的轉(zhuǎn)子電樞繞組切割剩磁產(chǎn)生剩磁電壓，經(jīng)旋轉(zhuǎn)整流器整流后輸送到主交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁線圈上，從而產(chǎn)生磁場(chǎng)。主交流發(fā)電機(jī)的定子電樞繞組切割磁力線，產(chǎn)生一個(gè)15V左右的剩磁電壓。該電壓通過(guò)調(diào)壓器使交流勵(lì)磁機(jī)的磁場(chǎng)增大，則交流勵(lì)磁機(jī)的電樞電壓隨之增加，主發(fā)電機(jī)的電樞電壓也隨之增加。當(dāng)電網(wǎng)電壓增加到額定電壓時(shí)，調(diào)壓器限制交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁電流，使主發(fā)電機(jī)輸出電壓保持恒定。無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)二級(jí)式無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)是靠剩磁起勵(lì)發(fā)電的。當(dāng)發(fā)電機(jī)遭受振動(dòng)、高溫等干擾因素時(shí)，剩磁會(huì)減小或消失，這時(shí)就需要為發(fā)電機(jī)充磁。為了保證起勵(lì)可靠，可以在交流勵(lì)磁機(jī)的磁極中嵌入永久磁鐵。自勵(lì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源來(lái)自主發(fā)電機(jī)的輸出，當(dāng)主發(fā)電機(jī)的電樞繞組發(fā)生短路或電網(wǎng)中有大負(fù)載起動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸出電壓會(huì)下降，則加在交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組上的勵(lì)磁電壓也將下降或消失，因此這種發(fā)電機(jī)不能提供強(qiáng)勵(lì)磁能力。為了克服上述缺點(diǎn)，可以采用復(fù)勵(lì)或相復(fù)勵(lì)電路。相復(fù)勵(lì)電路：電壓相加型、電流相加型和磁勢(shì)相加型相復(fù)勵(lì)電路。在勵(lì)磁電路中，勵(lì)磁電壓不僅與主發(fā)電機(jī)的輸出電壓有關(guān)，還與負(fù)載電流有關(guān)。無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)三級(jí)無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)由永磁式副勵(lì)磁機(jī)、勵(lì)磁機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流器、主發(fā)電機(jī)等組成。無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)永磁式副勵(lì)磁機(jī)的定子電樞電壓給交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組供電，而與主發(fā)電機(jī)的輸出無(wú)關(guān)，因此這種結(jié)構(gòu)屬他勵(lì)方式。他勵(lì)發(fā)電機(jī)的起勵(lì)不依賴剩磁電壓，因此可以保證發(fā)電機(jī)可靠起勵(lì)。三級(jí)式還是二級(jí)式無(wú)劇交流發(fā)電機(jī)都具有如下特點(diǎn)主發(fā)電機(jī)采用了旋轉(zhuǎn)磁極式結(jié)構(gòu)，都采用了旋轉(zhuǎn)整流器。發(fā)電機(jī)的頻率通過(guò)其轉(zhuǎn)速變化來(lái)調(diào)節(jié)。通過(guò)改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓。在定子（電樞）上輸出電能。無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)PART03交流起動(dòng)發(fā)電機(jī)交流起動(dòng)發(fā)電機(jī)功能一是作為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)器；二是作為交流發(fā)電機(jī)為飛機(jī)提供三相交流電。起動(dòng)交流發(fā)電機(jī)APU的交流起動(dòng)發(fā)電機(jī)主要由三級(jí)無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器組成。三級(jí)無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)，內(nèi)部裝有永磁副勵(lì)磁機(jī)、交流勵(lì)磁機(jī)和主發(fā)電機(jī)。三個(gè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)組件安裝在同一個(gè)軸上，并固定在一個(gè)箱體內(nèi)。旋轉(zhuǎn)變壓器作為測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的傳感器，為了在起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的矢量控制。交流起動(dòng)發(fā)電機(jī)采用油冷，含有冷卻油的油路、入口和出口。起動(dòng)交流發(fā)電機(jī)起動(dòng)交流發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由電子控制組件、起動(dòng)轉(zhuǎn)換組件、起動(dòng)電源組件、發(fā)電機(jī)控制組件、起動(dòng)/發(fā)電機(jī)等組成。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)可以使用115V，400Hz的三相交流電，也可以使用蓄電池電源。起動(dòng)電源組件把飛機(jī)上的28VDC或115V，400Hz交流電變換為起動(dòng)轉(zhuǎn)換組件需要的270V高壓直流電。由SCU控制SPU的變換模式，優(yōu)先選擇交流電源來(lái)進(jìn)行功率變換，如果沒有交流電可用，再選擇蓄電池電源進(jìn)行變換。起動(dòng)交流發(fā)電機(jī)SCU把從SPU得到的270VDC變換成三相電壓和頻率可控的三相交流電，提供給起動(dòng)發(fā)電機(jī)的定子繞組，同時(shí)把變換成的單相恒頻交流電提供給起動(dòng)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組，使電機(jī)以電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)或者APU。起動(dòng)交流發(fā)電機(jī)SCU把從SPU得到的270VDC變換成三相電壓和頻率可控的三相交流電，提供給起動(dòng)發(fā)電機(jī)的定子繞組，同時(shí)把變換成的單相恒頻交流電提供給起動(dòng)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組，使電機(jī)以電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)或者APU。起動(dòng)交流發(fā)電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)換組件工作模式：起動(dòng)模式、發(fā)電模式和發(fā)電準(zhǔn)備模式。起動(dòng)模式將SPU提供的270V高壓直流電變換成單相115V的穩(wěn)壓交流電供給起動(dòng)/發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁線圈，使勵(lì)磁轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。同時(shí)，向主起動(dòng)/發(fā)電機(jī)定子線圈提供正弦脈寬調(diào)制的三相交流電來(lái)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)花鍵與APU齒輪箱連接，帶動(dòng)APU轉(zhuǎn)動(dòng)。發(fā)電模式在APU穩(wěn)定工作后，通過(guò)SCU內(nèi)部的電壓調(diào)節(jié)器根據(jù)發(fā)電機(jī)負(fù)載大小，控制勵(lì)磁電壓從而保證起動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)定。起動(dòng)交流發(fā)電機(jī)國(guó)產(chǎn)航空同步發(fā)電機(jī)有JF(交流發(fā)電機(jī))及YJF(油冷交流發(fā)電機(jī))兩型號(hào)。例如：YJF-30是額定容量為30kV?A的油冷交流發(fā)電機(jī)。交流發(fā)電機(jī)的型號(hào)電壓指標(biāo)空載到額定負(fù)載:(115±10)V。100%到125%額定負(fù)載:(115±1.5)V。125%到150%額定負(fù)載:(115士2.01V。非正常穩(wěn)態(tài)電壓極限:(115土15/-10)V。對(duì)稱負(fù)載時(shí)三相電壓不平衡:小于0.6V、相移小于0.6°。不對(duì)稱負(fù)載時(shí)三相電壓不平衡:小于3V、相移小于1.5°。頻率指標(biāo):(400+4)Hz。電壓指標(biāo)主要技術(shù)性能額定電壓:交流電網(wǎng)為115/200V，對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)為120/208V。額定容量:交流發(fā)