发电机控制组件用以实现发电机和功率变换器的控制、保护以及电源系统的自检、故障隔离和存储,是一个扩展的微机系统。

变速恒频电源的特点,变速恒频交流电源系统与恒速恒频电源系统一样,可以产生三相四线、400Hz、115/200V的交流电,因此,除发电系统构成不同外,两者的电气性能互相兼容。变速恒频电源的容量定义方式与恒速恒频电源有所不同,如40鸦0kVA方式,则表示额定容量为40kVA,过载容量以30kVA作为计算基准,5min过载50%为45kVA,5s过载100%为60kVA。

与恒速恒频交流电源系统相比,变速恒频交流电源系统主要有以下优点:

电能质量高,电力电子构成的功率变换装置不会有频率瞬变现象;

电能转换效率高,变速恒频电源的效率一般比恒速恒频电源高10%左右;

旋转部件少,工作可靠;

结构灵活性大,除发电机必须装在发动机上外,其他部件安装位置灵活多样;

能实现无刷启动发电;

电源的生产、使用、维护方便。

这种电源也有缺点,主要表现在:

电力电子器件结温的限制使得这种系统允许的工作环境温度较低;

电力电子器件承受过载和短路能力较差;

控制保护系统较为复杂。

由于现代电力电子器件及其控制技术的发展,以上缺点逐渐在被克服,因此,变速恒频交流电源系统的使用场合已越来越广泛。

变速恒频交流电源的发展和应用,1972年美国通用电气(GE)公司研制的20kVA变速恒频交流电源首次装机(A-4飞机)使用,20多年来VSCF电源有了迅速的发展,经历了由交一交型到交一直一交型两个阶段。

20世纪70年代,由于可关断电力电子器件的发展限制,大功率的电能变换只能由半控器件晶闸管实现,逆变器一般均采用交一交型的晶闸管循环变换器方案。晶闸管允许结温低,高温工作故障多,可靠性差,因而限制了这种电源系统的应用。

随着可关断电力电子器件的成熟,发展了交 直 交型变速恒频电源。交一直一交型变速恒频电源的逆变器采用多通道阶梯波方案。该方案对功率晶体管的要求较低,易于实现,但系统较复杂,有400Hz输出变压器,体积重量较大。到20世纪80年代中期,交 直一交脉宽调制型变速恒频电源变换器研制成功。这种电源优点较多,是目前变速恒频电源的主要方案。表9-1所列为几种安装变速恒频电源的飞机及其类型。

变速恒频电源在结构上有部件式和组合式两种形式。部件式的形式较多。组合式变速恒频电源的结构与恒速恒频电源一样,能够很方便地取代恒速恒频电源。

以下以B737飞机采用的变速恒频电源为例,主要分析交 直 交脉宽调制型变速恒频电源系统的原理、结构及其控制保护系统特点。

交 直 交型变速恒频电源系统,脉宽调制(PWM)型交一直 交变速恒频电源由无刷交流发电机、变换器和控制器等构成。无刷交流发电机采用高速油冷发电机。变换器中的变频器按最优PWM方式工作,可

用油冷,也可用风冷。通常若变换器和发电机组装在一起,电机和变换器都可用油冷;两者不组装在一起时,变换器常用风冷,冷风来自飞机空调系统。

图9-2所示为波音737-300采用的变速恒频电源系统的结构框图,大致可以分为四部分:三级无刷交流发电机、功率变换组件、输出组件和发电机/变换器控制组件(GCCU)。三级无刷交流发电机的结构和恒速恒频电源系统的发电机没有什么区别,故不再讨论。这里主要分析其余几部分的原理与结构。

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