機載電源

機載電源系統由主電源、應急電源、二次電源及外接電源插座等組成。飛機主電源是指由飛機發動機直接或間接傳動的發電系統，通常一台發動機傳動一台或兩台發電機。

基本介紹

• 中文名：機載電源
• 外文名：Airborne power
• 學科：航空工程
• 領域：導航
• 套用：飛機
• 配置：一台發動機傳動一台或兩台發電機

簡介

機載電源系統由主電源、應急電源、二次電源及外接電源插座等組成。飛機主電源是指由飛機發動機直接或間接傳動的發電系統，通常一台發動機傳動一台或兩台發電機。主電源由航空發動機傳動的發電機、電源控制保護設備等構成，在飛行中供電。當航空發動機不工作時（如地面測試時）, 主電源也不工作, 這時靠輔助電源供電。飛機蓄電池或輔助動力裝置（一種小型機載發動機、發電機和液壓泵等構成的動力裝置）是常用的輔助電源。飛行中主電源發生故障時，蓄電池或應急發電機即成為應急電源。

飛機電源系統的主要類型和特點

（ 一） 低壓直流電源系統

低壓直流電源時飛機上最早採用的電源系統，20 世紀40 年代趨於成熟。主電源由航空發動機直接傳動的直流發電機和控制保護器等組成。電源的調定電壓為2 8 .5 V ，發電機額定容量有3 、6 、9 、1 2 K W等幾種，相應的額定電流分別為100、200、3 0 0 和4 0 0 A 。二次電源是由旋轉變流機或靜變流器把低壓直流電轉變為單相或三相交流電，應急電源是航空蓄電池。大型飛機上由輔助動力裝置傳動的直流發電機做輔助或備用電源。採用這種電源系統的機型有運－ 5 ，立－ 2 ，伊爾－ 1 4 及C － 4 6等。一般在3 0 座一下的小型支線飛機上，普遍採用低壓直流電源系統。

（ 二） 變速變頻交流電源系統（V S V F ）

當交流同步發電機通過變速器直接由飛機發動機傳動時，發出的交流電是變頻交流電。變頻電源系統不需要恆速傳動裝置，因而系統結構簡單、重量輕、可靠性高。但由於噴氣式發動機的轉速變化範圍可達3 ∶1 ，其發出的交流電只能供加溫、照明等對頻率沒有要求的設備使用，若要滿足某些需要恆頻交流電的設備，還需要另加變換裝置，增加了設備重量。所以這種變頻交流電源更適用於裝有渦輪螺旋槳發動機的飛機，因為這種發動機的轉速變化範圍小，一般為1 . 1 5 ∶1 ，所以交流電的頻率變化範圍也較小；同時，由於支線飛機上要求高質量供電的設備較少， 因此，在支線飛機上獨立採用變速變頻交流電源系統具有很大的吸引力。

（ 三） 混合電源系統

由低壓直流和變頻交流電源組成的混合供電系統在支線飛機上的到了廣泛套用。在較大的支線飛機上採用混合供電系統可以更經濟。混合供電系統中的變頻交流系統總容量不大，一般在1 5 ～4 0 k V A 之間。在大多數情況下，該系統由兩台變頻交流發電機及其控制保護裝置組成，用來向加熱和防冰負載供電，也可以向備用燃油泵和一些航空電子設備供電。混合電源的發展方向是採用微處理器型的發電機控制保護裝置和混流條功率控制裝置，從而實現電網的監控和保護，同時進一步減輕重量，降低維修費用。

（ 四） 恆速恆頻交流電源系統（C S C F ）

恆速恆頻交流電源系統的發電機通過恆速傳動裝置（C S D ）由飛機發動機傳動，可以發出頻率為400Hz、電壓為115/200V的恆頻交流電。恆頻交流發電機的額定容量有3 0 、40、60、90、120kVA 等數種。輔助電源為輔助動力裝置驅動的交流發電機。應急電源有蓄電池、靜變流器和衝壓空氣渦輪發電機。二次電源為變壓整流器。這種電源主要採用了組合驅動發電機、微處理器式發電機控制保護組件及匯流條功能控制功能， 使其具有重量輕、體積小、可靠性高等優點。此外，由於控制組件採用了模組式設計，並具有機內自檢功能，使維修性得到改善。

（ 五） 變速恆頻交流電源系統（V S C F ）

由於恆速恆頻交流電源系統中的恆速傳動裝置（C S D ）結構複雜、成本高、維護困難等原因，近年來，航空工業界把不採用恆速傳動裝置的恆頻交流電源的研製作為重點研究課題，而電力電子技術的發展使變速恆頻電源進入實用階段，如M D－ 9 0 型飛機即採用變速恆頻電源作為主電源。變速恆頻電源系統與恆速恆頻電源系統可以互換， 不需要改變配電和用電部分，如安裝座、連線器和布線等都不需要改動，因而實用性強。變速恆頻電源系統沒有高應力的機械/ 液壓部件和易磨損部件，因而該系統具有可靠性能高和壽命周期費用底的優點。變速恆頻電源系統和組合電源裝置式恆速恆頻電源系統的採購費用大致相當，但維護費用低，因此壽命周期費用低。採用的變速恆頻電源系統的主要要求是進一步降低重量功率比，並降低未濾波電流的諧波分量。只要增加一些部件就可以把變速恆頻發電系統改為變速恆頻啟動/ 發電系統。採用變速恆頻啟動/ 發電系統，可以減輕飛機重量，降低營業費用，這些都是航空公司所希望的。

（ 六）2 7 0 V 高壓直流電源系統

與恆頻交流電源系統相比，採用2 7 0 V高壓直流電源系統具有發電效率高、發電和配電系統重量輕、航空電子設備的電源裝置重量輕、可靠性高、易實現不中斷供電及壽命周期費用低等優點。根據美國對大型運輸機供電系統的研究結果可知，高壓直流電源系統的綜合性能、可靠性、維修性和重量指標都是最好的，因而這是一種很有吸引力的電源系統。但還不會在幹線飛機上全面採用高壓直流電源系統。因為這樣做涉及到供電體制的改變問題，將會出現一個大量更換用電設備或為現有用電設備添加許多功率變換器的局面。因而，在幹線飛機上首先考慮的方案是在一些必要的場合局部採用高壓直流電，如僅在飛行控制系統部分採用高壓直流供電。

（ 七） 交流電源系統的主要優缺點

由前述可知，隨著機上用電設備的增多，電源系統的容量也在成倍的增長。低壓直流電源系統已不能滿足容量及飛行性能的要求，因此在大型運輸機上，低壓直流電源系統已逐步被交流電源系統所取代。

機載電源標準

1984年正式頒布的ISO1540:1984詳細闡述了機載電源的特性要求，並對機載用電設備的功率因數等做出了規定，以實現機載電源和機載用電設備的匹配。隨著機載電源供電形式和供電參數多樣性的不斷發展， 非線性負載的不斷增加，ISO1540:1984已經不再適應現代機載電源的發展要求。國際標準化組織於2 0 0 6 年頒布了ISO1540:2006，該標準充分考慮了新機型的機載電源和負載的特點，併兼顧了一些非主流機型的電源類型， ISO1540:2006的套用範圍包括14V、28V和42V直流，26V單相400Hz交流，115/200、230/400單相，三相400Hz恆頻，變頻交流電源。

1 交流波形評價標準

ISO1540:2006和ISO1540:1984中評價電壓波形質量的方法有所不同。ISO1540:1984中把波峰係數(crest factor)、總諧波含量(total harmonic content)和單次諧波含量(individual harmonic content)作為衡量波形好壞的標準，而ISO1540:2006中採用波峰係數、畸變係數(distortionfactor)、單次頻率成分畸變(individualfrequency component of distortion)和直流分量(D.C. component)作為衡量波形好壞的標準

2 交流電源穩態特性

ISO1540:1984把飛機交流電源系統劃分為恆頻(constant frequency)和變頻(variable frequency)電源系統，ISO1540:2006將交流電源系統劃分為恆頻、寬變頻(wide-range variablefrequency)和窄變頻(narrow-range variablefrequency)電源系統，並分別給出了系統處於正常(normal)、不正常(abnormal)和應急(emergency)情況下應達到的要求。

3 交流電源暫態特性

除穩態特性以外，機載電源的暫態特性也是決定其供電品質的一個重要因素，暫態過程中產生的浪涌電壓或尖峰電壓可能對用電設備造成損害並對供電系統的安全性、可靠性造成威脅。ISO1540:1984和ISO1540:2006對暫態浪涌電壓的評價方法不同，ISO1540:1984的要求是用瞬變電壓的等值階躍包絡線來確定電壓瞬變是否在規定的範圍內。而隨著測試技術的發展，尤其是隨著測試儀器的硬體、軟體的快速發展，可以不再進行複雜的計算處理，而是直接將瞬時變化的電壓值填充到瞬變包絡線限制曲線中。在ISO1540:2006中直接用瞬變電壓的包絡線來測定電壓瞬變是否符合要求。等值階躍函式的方法是建立在等值做功的基礎上，符合經典電工理論。但是對電子器件而言，損壞的機理有兩種，一種為發熱損壞，另一種為電壓擊穿。因而採用瞬變電壓包絡線來衡量電壓瞬變是否符合要求更為合理，也是一種既直觀又方便的方法。

4 直流電源特性

ISO1540:1984定義直流發電機供電的直流電源和變頻交流電源經變壓整流器TRU（transformer-rectifier-unit）整流後得到的直流為Ⅰ類；由恆頻交流電源經變壓整流器整流後得到的直流為Ⅱ類。ISO1540:2006定義經變壓整流器整流得到的28V直流及相對應的地面直流電源為A類；由直流發電機產生的14/28V直流及相對應的地面直流電源為B類；由帶有穩壓裝置的變壓整流器得到的28/42V直流為R類。