飞机交流电源的保护

link appraisement胡佳林中航西飞民用飞机有限责任公司胡佳林（1985-）男，陕西富平人，汉族，学士，工程师，主要研究方向为飞机电源系统设计研发；李凯（1965-）男，陕西武功人，汉族，研究员级高级工程师，主要研究方向为飞机电气系统设计研发。

中国科技信息2021年第11期·CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jun.2021◎航空航天互感器线圈，为发电系统提供发电机输出电流信息，用于控制和保护。

发电机控制器进行变频发电系统的控制和保护、数据传输和自检测功能。

控制和保护功能包括电压调节、过压保护、快速过压保护、欠压保护、过频保护、欠频保护、过载保护、过流保护和过热保护。

发电机控制器还提供发电机线路接触器（Generator Line Contactor， GLC）的控制。

发电机开关有两位，ON和OFF/RESET位，用于发送发电机接通命令和关闭/重置命令。

保护功能过压保护功能如果发电机控制器内的调压器故障导致发电机的输出电压超出正常范围时，发电机控制器过压保护功能应按MIL-PRF-21480B中W类交流发电进行保护（保护特性见图2），并满足以下要求：当三相电压均在图2中区域A中时不应保护。

当任一相电压在图2中区域B中时可能保护。

当任一相电压超出图2中区域B之前必须保护。

过压保护的原理是当发电机控制器检测到发电机调压点（POR）电压超过保护曲线，即判断为发生过压故障，进行过压保护。

发电机控制器断开发电机线路接触器（GLC），并去励磁，把发电机和飞机电网隔离，实现过压故障保护，防止过高的电压加到用电设备端。

快速过压保护功能由于变频发电系统电压上升速率快、磁路饱和时电压高的特点，如果发电系统发生特定故障，可能导致瞬态电压上升过快，以致传统的过压保护功能来不及响应。

这是因为传统过压保护需要测量调压点电压、过压保护需要延时以及接触器的固有响应时间，在励磁回路电流饱和时发电机电压变化率很高，将可能使得发电机调压点（POR）电压在发电机线路接触器（GLC）尚未断开的时间内在用电设备电源输入端已经产生严重的过电压，从而有可能损坏用电设备，造成严重后果。

新型民用飞机变频交流供电系统过压保护原理设计作者：孙善民来源：《科技视界》 2014年第20期孙善民（上海飞机设计研究院，中国上海 201210）【摘要】本文给出了新型民用飞机大功率供电系统的过压保护原理设计，并重点介绍了基于硬件实现的过压保护装置的硬件架构和设计原理，满足飞机民用试航规章要求，减少了飞机试航取证风险。

【关键词】供电系统；变频交流发电机；过压保护；设计保证等级；调压点【Abstract】This paper presents the design principles of the new civil aircraft overvoltage protection power supply system, and focuses on the architecture and design of hardware-based hardware implementation of the principle of overvoltage protection devices to meet the Airworthiness regulations requirements of civil aircraft, reducing the risk of Airworthiness certification.【Key words】Electrical power System; Variable frequency AC generator; Overvoltage protection; Design assurance level; Point of regulation0 前言目前，新型民用飞机供电系统将采用115/200V、360-800Hz变频交流供电体制，考虑到变频交流发电机的输入转速范围大和转速高，其供电频率取决于发电机的输入转速，变频交流供电系统具有优良的动、静态性能，其应用也带了的新的挑战。

第二节外部交流电源的供电控制与保护对波音757飞机，外部交流电源向机上供电的控制是由汇流条电源控制组件（BPCU）来完成的，BPCU还有对其他电源给交流汇流条供电时的控制、保护作用。

三叉飞机的地面电源控制盒只具体地完成对地面电源的控制和保护功能。

下面以三叉飞机的地面电源控制盒具体线路为例介绍外部交流电源的供电控制和保护。

（一）外部交流电源的供电控制1.外部交流电源的接通需要外部交流电源向机上连结汇流条供电时，先插好外部交流电源的六钉插头，接通飞机电瓶电门（或插好地面直流电源三钉插头，接通地面直流电源电门）；然后把外部交流电源电门置于“接通”位。

这时，外部交流电源接触器（EPC）接通，外部交流电源即向飞机连结汇流条供电，同时外部交流电源磁指示器通电，显示“电路沟通”的形式。

其控制电路如下：正电从2号直流汇流条（或地面直流电源插头）经地面交流电源插头的二个短插钉，地面交流电源总电门“接通”位到偏压供给组件B的TR3的基—射极，经“28”号接线柱接地；使TR3正偏导通，它的集—射极电压则由控制变压器的次级线圈经二极管D105、D106整流供给。

由于偏压供给组件B的TR3正偏导通，将它的集电极钳位于地电位，使接触器断开控制组件C中的TR1截止关闭，则整流器控制组件D中的TR1正偏导通，在电阻R3上给可控硅CR1的控制极加上触发信号，使CR1触发导通。

CR1触发导通后，一方面经D100、D101、D102、D103、D104送给APU发电机控制盒一个信号，以便断开APU交流发电机的输出；另一方面，给接触器控制组件D中的电容器C2充电，200毫秒后，C2两端的电压值使肖克来二极管导通，随之触发可控硅CR2而导通。

CR2导通后，正电由控制变压器的次级线圈经整流器控制组件D中的二极管D1和D2半波整流，经可控硅CR1、CR2，二极管D9，流过外部交流电源接触器（EPC）的工作线圈而使之工作。

所以，115/200V，400H Z的地面交流电通过EPC的接通触点向飞机连结汇流条供电。

航空器开关电源1.1 概述一、飞机电源系统的组成1、主电源—指由发动机传动的发电系统供电对象：机上全部电气负载2、辅助电源和地面电源工作场合：辅助电源—地面或空中（备用电源），地面电源—地面辅助电源的种类：航空蓄电池和辅助动力装置传动的发电机（即APU．G）。

3、应急电源—飞行中主电源全部失效，给关键设备供电应急电源种类：应急直流电源—航空蓄电池，应急交流电源—冲压空气涡轮发电机、静变流器4、二次电源—主电源经过变换形式后得到的电源种类：AC→DC：变压整流器（TRU）DC→AC：旋转变流机、静止变流器二、飞机（主）电源系统的主要类型1、低压直流电源系统主电源：发动机直接传动的直流发电机，调定电压为28V。

低压直流电源系统的特点：①电压低，电流大，因此发电机及馈线重量大；②高空性能差（速度、高度—散热、磨损）；③功率变换设备（DC—AC）复杂，效率低；④可以兼作起动发电机，减轻机载设备的重量。

2、变速变频交流电源（VSVF）结构示意图：发动机—变速器—发电机特点：由同步发电机的公式f = pn/60 可知，此时交流电的频率是变化的适用场合：涡浆飞机3、恒速恒频交流电源（CSCF）结构示意图：发动机—恒装—发电机特点：有恒装，成本高；恒频。

适用场合：喷气式飞机4、变速恒频交流电源（VSCF）结构示意图：发动机—发电机—变频器特点：无恒装，维护方便；过载能力差。

适用场合：各式飞机三、飞机电网的连接方式1、低压直流电源系统单线制。

直流发电机的负线接到机体上特点：减轻电网重量。

2、交流电源系统—有两种连接方式：①以机体为中线的三相四线制（图1-2）优点：有两个电压可供选择；发生故障时，对机上人员较安全。

②无中线的三相三线制（图1-3）特点：只有一个电压；故障时对机上人员更危险四、供电方式：1、低压直流电源系统—都是并联供电：发电机-发电机或发电机-蓄电池并联图1-2 以机体为中线的三相四线制图1-3 无中线的三相三线制四、飞机电源系统的参数1、直流电源—电压：28．5V2、交流电源：①电压：115/200V或120/208V考虑因素：a、功率及发电和配电系统的重量：U↑→重量↓b、馈线允许压降及强度：U↑→I↓→导线细→线路压降↑；同时导线强度↓c、人员安全性：U↑→安全性↓②频率：400Hz依据：a、电磁设备的重量：对变压器/互感器：f↑→重量↓对旋转电机：在400Hz左右重量最小。

某型飞机交流电源系统典型故障分析摘要：交流电源系统作为某型飞机的主电源系统，为飞机提供额定电压为115V/200V，额定频率为400Hz的三相交流电。

本文对交流电源系统的组成、供电规律进行了较为详细的阐述，并对以往维护过程中产生的典型故障进行了深入分析，总结出了排故方法与排故经验，对交流电源系统维护工作及后期故障排除会有所帮助。

[关键词]：交流，主电源，典型故障一、系统组成某型飞机交流电源系统由组合传动发电机、电压调节器、发电机控制与保护装置、静止变流器、交流配电装置及交流接触器盒等组成，以上设备均为2件，保证左、右两个通道独立向全机供电。

二、供电规律（一）地面电源供电时，控制地面电源通过左右两个通道向全机用电设备供电，当某一台发电机正常工作时，控制与该台发电机相连的供电通道与地面电源断开，转由机上发电机向该通道独立供电。

（二）正常情况下，保证两台发电机分别向左右两个通道独立供电。

（三）在某一台发电机故障时，故障的发电机自动（或手动）脱离电网，由另一台发电机自动的向全机供电，两台发电机为相互备份关系。

（四）两台发电机全部故障的情况下，由机载应急交流电源（静止变流器）向重要的用电设备提供交流电。

此时，电能由机上蓄电池提供。

三、典型故障故障1：在进行首次通电时，不接通座舱内“地面电源”电门，交流电压表就有电压指示。

故障分析：根据交流电源系统电路原理（见图1），交流电压表通过转换开关挂在左侧A相汇流条和右侧B相汇流条上。

机场电源整流变压器从地面电源的A相取电后输出直流电交给地面电源开关及相序保护器，通过连锁继电器42-Э11控制接触器6-Э11和接触器40-Э11工作，从而将地面电源的A相电、B相电、C相电接入左、右电网。

结合故障现象，说明故障原因有可能是地面电源来的电不受各继电器控制直接入网，导致交流电压表有指示。

排除方法：1、在故障现象出现时，测量1号和2号交流配电盘上地面电源来的A相、B相、C相接线，发现两个交流配电盘都是A相和B相无电压，而C相有电压。