PRFE6S9160H图1-6 变速恒频与恒速恒频电源系统供电质量对比.

270V高压直流电源系统,电源系统具有发电效率高、发电和配电易实现不中电及寿命,根据美国对大型运输机供电系统的研究结果可知,高压直流电源系统的综合性能、可罪性、维修性和重量指标都是最好的,因而这是一种很有吸引力的电源系统。

但目前还不会在干线飞机上全面采用高压直流电源系统。因为这样做涉及到供电体制的改变问题,将会出现一个大量更换用电设各或为现有用电设各添加许多功率变换器的局面。因而,在干线飞机上首先考虑的方案是在一些必要的场合局部采用高压直流电,如仅在飞行控制系统部分采用高压直流供电。

交流电源系统的主要优缺点,由前述可知,随着机上用电设各的增多,电源系统的容量也在成倍地增长。低压直流电源系统已不能满足容量及飞行性能的要求,因此在大型运输机上,低压直流电源系统已逐步被交流电源系统所取代。

低压直流电源系统存在的缺点,随着电源容量的增加,低压直流电源系统的重量也在增大现代大中型飞机上的电源容量增加了几百倍,如果仍采用低压直流电源系统,则发电系统和配电系统的重量将会增大很多。对发电机来说,由于受换向条件的限制,使得有电刷的直流发电机电压及转速都不能太高。因此只能以加大电枢电流的方式来提高容量,从而导致了发电机的体积和重量的增大。例如,功率为18kW的航空直流发电机重量为41.5kg,而喷油冷却的60kVA航空交流发电机,其重量只有17kg左右。

飞行高度和速度的不断提高,使低压直流电源系统的工作条件恶化,现代大型喷气式飞机的飞行高度达10000m以上。随着高度的增加,空气变得稀薄,水变频电源系统不需要恒速传动装置,因而系统结构简单、重量轻、可靠性高。但由于喷气式发动机的转速变化范围可达3∶1,其发出的交流电只能供加温、照明等对频率没有要求的设各使用,若要满足某些需要恒频交流电的设各,还需要另加变换装置,增加了设备重量。所以这种变频交流电源更适用于装有涡轮螺旋桨发动机的飞机,因为这种发动机的转速变化范围小,一般为1.15:1,所以交流电的频率变化范围也较小;同时,由于支线飞机上要求高质量供电的设备较少,因此,在支线飞机上单独采用变速变频交流电源系统具有很大的吸引力。

混合电源系统,由低压直流和变频交流电源组成的混合供电系统在支线飞机上得到了广泛应用。在较大的支线飞机上采用混合供电系统可以更经济。负载分析表明,支线飞机上加热和防冰负载占很大比例,由于这类负载对供电质量的要求较低,因而,用变频交流电来满是这类负载的供电要求既经济又有效。另外,这些支线飞机基本上都采用涡桨发动机,在巡航时发动机转速基本不变,从而为采用变频交流电源创造了良好的条件。

一般30座以上80座以下的支线飞机往往采用混合供电系统。其中的低压直流电源系统单机容量一般在7.5~12kW之间。飞机上的重要负载也都接在低压直流电源系统上。混合供电系统中的变频交流系统总容量不大,一般在15~40kVA之间。在大多数情况下,该系统由两台变频交流发电机及其控制保护装置组成,用来向加热和防冰负载供电,也可以向备用燃油泵和一些航空电子设备供电。

与大多数飞机一样,在支线飞机的混合供电系统中,低压直流部分和变频交流部分都各有各的发电机。但在有些支线飞机上,采用了双输出发电机,如肖特330等。在这种飞机上,一台发电机能同时提供低压直流电和变频交流电,并能用于启动发动机。

混合电源的发展方向是采用微处理器型的发电机控制保护装置和汇流条功率控制装置,从而实现电网的监控和保护,同时进一步减轻重量,降低维修费用,恒速恒频交流电源系统(CSCF).

恒速恒频交流电源系统的发电机通过恒速传动装置(CsD)由飞机发动机传动,可以发出频率为400Hz、电压为115/200V的恒频交流电,其传动示意图如图1-4所示。这是目前大型喷气式飞机上最常采用的型式。

图1-4 恒速恒频交流电源系统方块图

恒频交流发电机的额定容量有30、40、60、90、120kVA等数种。辅助电源为辅助动力装置驱动的交流发电机。应急电源有蓄电池、静变流器和冲压空气涡轮发电机。二次电源为变压整流器。

20世纪70年代以来,恒速恒频交流电源系统采用了喷油冷却装置、组合驱动发电机和微型计算机控制装置,大大提高了系统的性能和可靠性,减轻了重量,是目前应用最多的一发动机恒速传动装置发电机.

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