1、工程技术训练中心,航空器电源,1.1 概述,电源的用途 （1）电能转换成热能：如厨房用电、电热防冰类负载； （2）给电子设备供电：如计算机、显示器、传感器、控制器等； （3）电能转换成机械能：如电动油泵、电动机、电磁活门等； （4）照明：如驾驶舱、客舱照明，航行灯、着陆灯等,航空器电源主要有两种形式 ： 一种是直流电源，一种是交流电源 直流电源 直流发电机容量较小，一般为十几kW，电压采用低压28V 交流电源 交流发电机的容量较大，目前单机容量已超过150kVA，电压为115/200V。,电源系统的组成飞机电源系统主要由电源、控制及保护装置和供电网络等组成 飞机电源主要有：主电源、辅助电源、应
2、急电源、二次电源和地面电源 主电源：是指由航空器发动机驱动的发电机提供的电源。 辅助电源：是指APU驱动的发电机或机载电瓶提供的电源，飞机在地面或空中主发电机失效时，可以由APU发电机或电瓶提供电源。,应急电源：在飞行中主电源失效时，飞机主要设备由应急电源供电。应急电源有机载电瓶、变流机（器）、冲压空气涡轮发电机（RAT）、液压驱动发电机（HDG）等。 地面电源：飞机在地面时，由地面电源车或静变电源（逆变器）向飞机供电。 二次电源：是将主电源的电能转变为另一种形式或规格的电能，以满足不同用电设备的需要。如变压整流器（TRU）和变流机（器）（INV），前者将115/200V的交流电变成28V直流
3、电，后者将28V直流电变成115V交流电。,电源的控制包括：对发电机进行调压、发电机的励磁控制、发电机输出控制、发电机并联控制和汇流条控制等。 设置的主要保护项目有：交流电源系统：过压（OV）、欠压（UV）、过频（OF）、欠频（UF）、过流（OC）、差动（DP）保护等，并联供电还有过激（OE）、欠激（UE）和同步汇流条保护等；直流电源系统：过压（OV）、欠压（UV）、反流保护等。 供电网络是指将电能输送到负载的电网，它包括汇流条、电源分配系统、过流（短路）保护器（跳开关）等。,1.2直流电源系统,1.2.1 直流发电机 1.2.2 调压器 1.2.3 反流割断器 1.2.4 直流电源的并联供电
4、 1.2.5 直流电源系统的优缺点 1.2.6 直流电源系统的质量要求,1.2.1 直流发电机,常用的航空直流发电机有两种形式一种是直流发电机（DC generator） 一种是交流-直流发电机（DC alternator）,直流发电机的结构,典型的飞机直流发电机其结构主要由定子、转子、整流子（换向器）、电刷组件等部分组成。,直流发电机的结构,定子：定子主要由磁极、励磁线圈、电刷组件和壳体组成。 磁极和励磁线圈：用来产生磁场； 壳体的作用：一是为磁极产生的磁场提供磁通路，二是作为发电机的机械结构，用于安装其它部件和固定发电机。壳体由铁磁材料构成。 电刷组件：连接电枢绕组和外电路,直流发电机的结
5、构,定子结构图,转子：转子由铁心、电枢线圈、换向器和转轴组成。 电枢线圈在转子转动时，切割磁力线，产生交流电动势。每个电枢线圈的两端按规定的顺序连接在换向器上。 换向器和电刷组件的作用： 是将电枢线圈产生的交流电 转换成直流电，由电刷输出。,直流发电机的结构,根据励磁线圈的接线不同，直流发电机可以分为串励式、并励式和复励式。,直流发电机的励磁方式,串励式,串励式发电机：励磁线圈与负载电路串联，励磁电流随负载的增加（电阻减小）而增大，使发电机输出电压上升。要维持电压不变，可在励磁线圈两端并联一可变电阻（调压器）分流一部分励磁电流。这种发电机多用在恒速恒负载或负载启动电流大的负载情况下。其缺点是电
6、压调整困难，因此飞机上一般不使用。,并励发电机的励磁电流小，电压调整相对容易，一般小型飞机都采用这种发电机。 复励发电机兼有串励和并励发电机的特点，常用于直流启动发电机。,直流发电机的励磁方式,并励式 复励式,电枢磁场：当接通发电机负载时，电枢线圈中就有电流流过。根据电磁定律，在电枢线圈中就会产生磁场，该磁场称为电枢磁场。,直流发电机的电枢反应,电枢磁场与主磁场（由励磁线圈产生）相互作用，使主磁场发生扭曲，如图 合成磁场。磁场扭曲程度随发电机输出电流的增大而增大。主磁场畸变除了降低发电机效率外，还使换向时（电枢线圈中的电流随转子旋转而快速改变方向的现象称为换向）产生火花，严重时会烧坏整流子和电
7、刷。励磁磁场：没有电枢电流（发电机不输出）时的磁力线分布情况； 电枢磁场：表示发电机没有励磁，只有电枢电流产生的磁场。 两个磁场同时存在时，电流产生的磁场对主磁场产生的影响，这种影响称为电枢反应。,直流发电机的电枢反应,解决电枢反应的方法： 是电刷架可调；使电刷安装在合成磁场的中性面上。但当发电机输出电流变化时，产生的磁场强度也改变，磁 场中性面的位置也会发生变化。一般 将电刷调定在发电机输出额定电流时 的中性面位置上，但当发电机的负载 电流偏离额定值时换向会产生火花。 小型发电机一般采用调整电刷位置的方法。,直流发电机的电枢反应,解决电枢反应的方法： 增加换向磁极，换向磁极线圈与电枢线圈串联
8、。换向磁极线圈与电枢线圈串联。输出电流越大，产生的换向磁场就越强，用于抵消电枢反应的影响。较大的发电机一般采用换向磁极的方法或两种方法都采用。,直流发电机的电枢反应,为了克服直流发电机换向困难（尤其是在高空）、 换向时产生火花及换向器和电刷的维护工作量大的缺点，可以采用交流-直流发电机 。基本原理：采用交流发电机，交流发电机发出的交流电经二极管整流后变成直流电，再输送到飞机电网供负载使用。,交流-直流发电机,交流-直流发电机组成：转子、定子和整流器,交流-直流发电机的组成,交流-直流发电机 转子 定子,交流-直流发电机的全波整流电路,与直流发电机相反，交流-直流发电机的励磁线圈装在转子上，励磁
9、电流通过电刷和滑环加到励磁线圈上。因此磁场是转动的，由于输入的是直流电，所以没有换向问题。,三相星型联接的电枢线圈装在定子上，三相交流电通过6只整流二极管全波整流成直流电后输出。图中F1为励磁线圈，装在转子上，三相电枢线圈和整流二极管装在定子上。,直流发电机主要有以下几方面的优点： 能作为启动发电机用。启动发动机时，用作电动机，发动机启动后转为发电机状态，一机两用，从而减轻机载设备的重量。 改变励磁方式可以做成不同特性的发电机或电动机。 直流发电机也有以下缺点： 高空时由于湿度低，换向困难，电刷磨损严重。 换向时产生火花，对机载电子设备产生干扰；换向器和电刷磨损大，维护工作量大。 结构复杂，重
10、量重。,两种直流发电机的优缺点,交流-直流发电机有以下优点： 结构简单，重量轻。 无机械换向装置，高空性能良好，工作可靠，维护工作量小。 主要缺点有： 不能作为启动-发电机用。 过载能力较差。,两种直流发电机的优缺点,飞机直流电源的额定电压为28V，但当负载变化或发电机转速改变时，电压将偏离额定值，因此，必须有调压器来自动调整发电机的励磁电流，以保持输出电压恒定。增加发电机的励磁电流，发电机输出电压增高，反之则减小。常用的调压器有：振动式调压器、炭片调压器和晶体管调压器等。,1.2.2调压器,（1）电磁铁 用于敏感发电机的电压。电磁线圈并联在发电机输出端，电压越高，电磁铁产生的电磁吸力越大。电
11、磁铁的作用是要拉开触点。 （2）弹簧弹簧的作用是要使触点闭合。 （3）触点触点闭合，使电阻短路，励磁电流增大，发电机电压升高。 （4）电阻触点断开时，将电阻串入励磁线圈，使励磁电流减小，发电机电压下降。,振动式调压器的组成,振动式调压器的原理图,振动式调压器的工作原理,当发电机开始转动时，发电机自激发电。此时由于发电机电压低，电磁铁吸力小，弹簧的拉力大于电磁铁的吸力，使触点闭合，励磁电流上升，发电机输出电压上升。当发电机电压上升到一定值（大于额定 值）时，电磁铁吸力大于弹簧拉力，触点打开，这时电阻串入到励磁线圈中，使励磁电流下降，发电机电压下降。当发电机输出电压下降到一定值（小于额定电压）时，
12、弹簧拉力又大于电磁铁吸力，触点合上，将电阻短路，发电机电压上升。如此循环，使发电机电压恒定在28V。调整弹簧拉力，就能调整发电机的输出电压值。,这种调压器主要用于小型发电机，其优点是结构简单，重量轻。缺点是触点频繁开合，容易磨损和产生干扰；发电机输出电压有微小波动。,振动式调压器的工作波形,为克服振动式调压器机械触点开合引起的问题，可以采用无触点开关，即用大功率晶体管代替机械触点 晶体管调压器具有调压精度高、体积小、重量轻、工作可靠等优点，目前被大多数飞机所采用。,晶体管调压器,晶体管调压器的原理图,电路主要由两部分组成 （1）电压敏感电路由电阻R3、R4、R5和电容C2组成。 （2）开关放大
13、电路由三极管T1、T2和二极管D1、D2及电阻R1、R2组成。,晶体管调压器的工作原理,晶体管调压器的工作原理与振动式调压器基本相同。当发电机电压低于一定电压时，稳压管Z2截止T1截止T2导通，电源“”端通过D1、T2加到励磁线圈的F2端，再回到电源的“”端，使发电机电压上升。当电压上升到一定值时，Z2击穿导通T1导通T2截止，励磁线圈断电，（励磁线圈中的反电势通过续流二极管D3 释放），发电机输出电压下降。当电压下降到一定值时，Z2又截止。如此循环，使发电机输出电压保持在额定值上。当负载增大时，T2的导通时间变长，截止时间变短，以维持输出电压不变。调整R4，就能调定发电机的输出电压值。C1为
14、负反馈电容，用于提高调压的稳定性。二极管 D4的作用是防止发电机极性接反，起到保护调压器的作用。,炭片调压器,晶体管调压器和振动式调压器都采用通断励磁电流来调节发电机电压，这会引起发电机电压在小范围内波动，从而影响动态稳定性。是否能在励磁电路中串联一个可变电阻，通过改变可变电阻值来改变励磁电流，从而使发电机输出电压的波动减小？回答是肯定的，炭片调压器就是采用了上述原理,炭片调压器各组成部分及功用如下： （1）炭柱由一片一片炭片叠成，炭柱电阻的大小与加在炭柱上的压力成反比，压力越大，电阻越小。炭柱上所受的压力等于弹簧压力减去电磁吸力。,炭片调压器的原理图及功用,（2）弹簧弹簧的作用是压紧炭柱，使
15、炭柱电阻减小。 （3）电磁铁电磁铁产生的电磁力的作用是拉松炭柱，使炭柱电阻增加。 （4）调节电位器或调节螺钉用于调整电磁铁的电流，从而调整发电机的额定输出电压。,当电压升高时电磁拉力增大炭柱被拉松电阻增大励磁电流减小电压下降；当电压下降时电磁拉力下降炭柱被压紧电阻减小励磁电流增大电压升高。这样就可以使电压保持恒定。炭片调压器一般用于大功率直流发电机中。,炭片调压器的工作原理简述,当某些原因造成发电机电压低于电瓶电压时，电瓶电流就会倒流入发电机，使发电机变成电动机。这样会导致电瓶电能在很短的时间内耗尽，失去应急电源的功能，给飞行安全带来隐患，这是绝对不允许的。因此，直流电源系统都装有反流割断器，
16、当出现反流时，及时切断发电机输出与电瓶的联系。,1.2.3反流割断器,反流割断器的组成及原理图,反流割断器主要由电磁铁和一个触点组成 。,1.2.4直流电源的并联供电,直流电源并联供电的条件 ： （1）发电机极性相同；（2）发电机输出电压相同。并联供电主要有以下优点： （1）供电质量高。并联供电时电网总容量增大，当负载突变时，对电网造成的扰动小。 （2）供电可靠性高。在并联供电系统中，各发电机互为备用，当其中一台发电机故障时，不会对电网上的用电设备造成影响，可以实现不间断供电。由于直流电源并联控制比较简单，两台及以上直流发电机多采用并联供电。,负载均衡原理,飞机上一般采用同容量的发电机并联，并
17、联运行时要求各台发电机承担的负载要相同，以防止有的发电机过载、有的发电机欠载的情况。虽然在飞机上一般都采用同型号的发电机和调压器，但由于发电机及调压器的特性和安装不可避免地存在一定的差异，因此并联供电时负载分配一般是不均衡的，这就需要采取措施来均衡负载。调压器不同，均衡措施也不同。,炭片调压器均衡电路,在均衡线圈之间必须装一个开关，便于发电机单独供电时调压器的正常工作。,晶体管调压器均衡电路,在均衡电阻之间必须装一个开关，便于发电机单独供电时调压器的正常工作。,1.2.5直流电源系统的优缺点,1、直流电运系统的优点 2、直流电源系统的缺点,直流电源系统的优点,（1）直流电能可以用电瓶储存，使飞
18、机在失去主电源后，能由电瓶供电而安全着陆； （2）容易实现并联供电，提高供电质量； （3）直流电源系统供电简单，只需一根导线，另一端接机体； （4）供电电压低（28V），对人员比较安全； （5）直流电机的起动力矩比交流电机大；且能实现启动机和发电机合二为一，从而减轻重量； （6）控制保护设备简单； （7）对小型飞机来说，电源系统的重量相对比较轻；,直流电源系统的缺点,（1）高空换向困难（对直流发电机）； （2）产生噪音和干扰（电刷和换向器）； （3）电压变换困难，变换效率低； （4）功率小，一般不超过13.5kW； （5）由于电压低，配电导线粗，重量重（对较大容量发电机）； （6）功率/重量比
19、小，直流-启动发电机的功率/重量比仅为0.7，而变频交流电源为2.5，恒速恒频交流电源为1.9。,1.2.6直流电源系统的质量要求,为了飞行安全，适航条例规定，所有运输机必须有直流应急电源系统（电瓶），并保证在主电源失效后至少能飞行半小时。在飞机上安装的直流电源系统必须满足航空电源的要求（ISO1540），直流电源系统应分为主电源系统和应急电源系统。,1.3航空蓄电池,1.3.1航空蓄电池的功用和构造 1.3.2电瓶的容量 1.3.3铅蓄电池 1.3.4碱性蓄电池 1.3.5充电方式 1.3.6飞机上的电瓶充电器 1.3.7电瓶的维护,1.3.1航空蓄电池的功用和构造,航空蓄电池（或称电瓶）是
20、任何运输飞机必须安装的设备。它的功用主要有： （1）在直流电源系统中，切换大负载时起到维持系统电压稳定的作用； （2）用于启动发动机或APU； （3）在应急情况下（主电源失效），向重要的飞行仪表和导航等设备供电，保证飞机安全着陆。,根据电解液性质不同，航空蓄电池分为酸性蓄电池和碱性蓄电池两大类。飞机上常用的酸性蓄电池为铅蓄电池，其电解液为稀硫酸;碱性蓄电池主要为镍镉蓄电池，其电解液为氢氧化钾溶液。航空蓄电池由多个单体电池串联而成，它们置于蓄电池箱内。单体电池由容器、正极板、负极板、隔板和电解液构成。,航空蓄电池的构造,1.3.2电瓶的容量,电瓶的容量是指电瓶从充满电状态以一定电流放电到放电终止
21、电压所放出的电量。 放电终止电压是指电瓶以一定电流在25环境温度下放电至能反复充电使用的最低电压。,电瓶的容量,铅酸电瓶单体电池放电终止电压为1.8V（5小时放电）。飞机上使用的铅酸电瓶一般由12个单体电池组成，因此铅酸电瓶放电终止电压为21.6V； 碱性电瓶的终止电压为每单元电池1V，碱性电瓶由19个或20个单体电池组成，终止总电压为19V或20V。 电瓶的容量用安培小时（Ah）来表示。1个安培小时是指电瓶用1A电流向负载放电可持续放电1小时。,电瓶的容量,理论上讲，1个100Ah的电瓶用100A放电能放一个小时，50A可以放电2小时，20A可以放电5个小时。实际上，这一结论对于碱性电瓶基本
22、上是正确的（碱性电瓶内阻很小）。而对于酸性电瓶，大电流放电时由于极板迅速被硫酸铅覆盖，使电瓶内阻增加，电瓶容量迅速下降，这是酸性电瓶的主要缺点之一。例如，一个25Ah的电瓶用5A放电能放5个小时，用48A放电只能维持20分钟，容量仅为16Ah，如用140A放电仅为5分钟放完，电瓶的容量下降到11.7Ah。为了准确定义酸性电瓶的容量，一般采用5小时放电准则，即让一个充满电的电瓶用5小时放完。如一个40Ah的电瓶，用8A放电，应能持续5个小时。,主要有四个方面： （1）极板活性物质的多少； （2）极板面积的大小； （3）电解液的多少（密度一定时）； （4）温度。增加活性物质的数量，增大极板面积并有
23、足够的电解液，电瓶的容量将增加；温度下降，则电瓶的容量也下降。 随着充放电次数的增加，电瓶容量会逐步下降，一般当容量低于额定容量的85时，就不能装上飞机使用。,影响电瓶容量的因素,1.3.3铅蓄电池,结构任何化学电池都由电极、电解液、隔板、电池容器及附件组成。航空铅酸电池由12个单体电池串联组成，每个单体电池输出电压为2.1V。,1.3.3铅蓄电池,单体电池的极板由铅-锑合金栅架组成，其中锑含量约在7 10。正极板上涂有糊状的二氧化铅（PbO2），负极板上涂有金属铅（Pb）。二氧化铅和铅都是参与化学反应的有效材料，称为活性物质。为充分利用活性物质，极板多为疏松多孔状，以便电解液渗入。正负极板间
24、的隔板由多孔的高绝缘性能材料制成。电解液为稀硫酸（H2SO4）。为减小重量，航空蓄电池的电解液数量相 对较少，而浓度相应增加，密度为1.280 1.300g/cm3（25）。因为单体电池的内阻随正负极板的距离变大而迅速变大，为减小内阻，极板之间的隔隙应尽可能小。单体电池装在防酸容器中。由于电池工作时，有气体逸出，所以每个单体电池上方装有泄气阀，用于排出气体，但电解液不会因飞机机动飞行而溅出。,铅蓄电池,铅酸蓄电池的原理,当正负极板全部被PbSO4覆盖后，电池放电完毕。由于在放电过程中产生了水，使电解液比重不断下降，放电完毕时的电解液比重约为1.150g/cm3。因此，可以用测量电解液的比重来判
25、别电池的状态。,铅蓄电池,铅酸蓄电池的原理,充电状态的判别 电池放电时，只能放到电池放电终止电压（1.8V），否则将影响电池的容量和寿命。充电时（指电瓶离位充电），为保证飞行安全，电池必须充足电，但也不能过充。判断是否充足电可用以下三个方面来衡量： （1）单体电池电压达到最大值（2.1V）（开路电压）并保持恒定； （2）电解液比重不上升并维持不变； （3）电池开始冒气泡。,铅蓄电池,铅蓄电池,充电状态的判别 用电解液比重来衡量电瓶充放电状态是比较可靠的方法。用比重计测量时，应考虑温度的影响。在27（80）时，比重计读出的数不需要补偿。,1.3.4碱性蓄电池,飞机常用的碱性蓄电池为镍镉蓄电池。镍
26、隔蓄电池与铅酸蓄电池相比，具有比能大、自放电小、低温性能好、耐过充电和耐过放电能力强、寿命长、内阻小、维护性好等优点，尤其是大电流放电时，电压平稳，非常适合于启动发动机等短时大电流放电场合。目前大多数运输机上都采用碱性电瓶。,碱性蓄电池,结构镍镉蓄电池由20个或19个单体电池串联组成，每个单体电池输出电压为1.22V。单体电池的基本结构与铅蓄电池相同 。,碱性蓄电池,镍镉蓄电池正极板为活性物质三价镍的氢氧化物 (Nickel Oxy Hydroxide)（NiOOH），负极板为镉（Cd）。电解液为氢氧化钾（KOH）水溶液（30%氢氧化钾和70%的水），KOH的密度为1.241.30g/cm3。
27、每个单体电池上安装有泄气阀，泄气阀开启压力范围为210PSI（13.869Kpa）。当蓄电池充放电时，尤其是过充时，会产生气体，当气体压力大于2个PSI时，泄气阀打开，否则会引起电瓶爆裂。另外，蓄电池还装有温度保护开关，当蓄电池温度超过130（54.44）时切断蓄电池的充电电源。由于碱性电瓶在低温充放电时，如充电电压不变，会引起充电不足或放电容量下降。某些碱性电池上装有低温敏感开关和加热装置，当温度低于30（2）时，接通加热电路，当温度达40（5）时断开。,碱性蓄电池的原理,碱性蓄电池,碱性蓄电池的原理,碱性蓄电池,电解液KOH没有参与化学反应，仅起到了导电作用,充电状态的判别电池放电时，只能
28、放到放电终止电压1V（单体），否则将影响电池的容量和寿命。充电时（指电瓶离位充电），为保证飞行安全，电池必须充足，但也不能长时间过充。由于碱性电瓶的电解液不参加化学反应，电解液比重基本不变，因此不能象铅酸电瓶一样用测量电解液比重的方法来判断充电状态。在实际使用中，可以利用充电电流和时间来确定电瓶是否充足。,碱性蓄电池,充电状态的判别将放完电的电瓶用恒流充电法充电，充电的安时数大约为电瓶额定容量的140。大多数碱性电瓶要求采用二阶段恒流充电法。,碱性蓄电池,碱性电瓶容量的确定当电瓶容量低于额定容量的85时，电瓶就不能重新装上飞机。碱性电瓶的容量只能用放电的方法来确定。,碱性蓄电池,1.3.5充电
29、方式,1恒压充电方式（Constant Potential） 2恒流充电方式（Constent Current） 3恒流恒压充电方式 4快速充电方式（Reflex） 5浮充电,充电方式,1恒压充电（Constant Potential）恒压充电是指在充电过程中，充电电压恒定不变，同时，充电设备的输出电压应高于电瓶电压。这种充电方式的优点是： 在充电设备能提供足够充电电流的情况下（大于10C），充电速度快。在开始充电的30分钟内，就可以将完全放电的电瓶充到90的容量。 充电设备简单。 电解液的水分损失比较小。,充电方式,1恒压充电（Constant Potential）这种充电方式的缺点是： 冲
30、击电流大。随着电瓶电压的上升，充电电流逐步减小。 由于各单元电池的内阻、极板、电解液不能完全一样，恒压充电时，每个单元电池分配的电压不相等，容易造成单元电池充电不平衡，有些单元过充，有些单元充不足。 当充电设备的电压设定过高或过低时，容易造成电瓶过充或充电不足。对碱性电瓶容易造成“热击穿”（thermal runaway）和“容量失效”(capacity fading)。为了防止冲击电流过大，损伤电瓶和充电设备，有些充电设备采用恒压限流的充电方式。,充电方式,2恒流充电方式（Constent Current）恒流充电是指在充电过程中，电流维持恒定，充电设备的输出电压随电瓶电压的变化而改变。这种
31、充电方式的优点是： 没有过大的冲击电流。 不会引起单元电池充电不平衡。 容易测量和计算出充入电瓶的电能（Ah）。目前电瓶离位充电大多采用这种充电方式。,充电方式,2恒流充电方式（Constent Current）缺点是： 充电时间长。 过充时电解液水分损失相对要多。 充电设备比较复杂。采用二阶段恒流充电法可以克服恒流充电时间长的缺点，一般采用大电流（C）充1个小时，再用小电流（C/10）充34小时。这种充电方式有效地克服了恒流充电法充电时间长的缺点，并且减小了充电过程中的水分损失，但充电设备比较复杂。没有大、小电流自动转换功能的充电设备需要人工调节。,充电方式,3恒流恒压充电方式当电瓶开始充电
32、时采用恒流充电方式，充电一定时间后自动转换到恒压充电方式。这种充电方式集中了恒压、恒流充电的优点，克服了恒压、恒流充电的不足，但充电设备比较复杂。现代飞机上安装的充电器大多采用这种方式。,充电方式,4快速充电方式（Reflex）快速充电时，为了缩短充电时间（充电时间为1小时），一般采用大电流（2C）充电。但是，大电流充电会使电池产生极化现象。所谓极化现象是指电瓶在充（放）电过程中，尤其是大电流充（放）电时，电池的极板电阻增加（欧姆极化）；另一方面，造成正负极板附近电解液浓度与其他地方不一样（浓差极化），从而使电化学反应速度减慢，导致温度上升，析气增加。为了克服电池极化，在充电过程中加入放电脉冲
33、，即采用充电放电充电模式。当然是充入的电量多，放出的少。在航空和地面电瓶充电中得到了广泛应用。但这种方法容易出现过充或单体电池损坏的后果。充电时要严格按照程序进行。,充电方式,5浮充电由于电瓶存在自放电现象，因此为维持电瓶容量不减少，必须对充满的电瓶进行浮充电。在飞机上进行浮充电时，将电瓶连接到比电瓶电压略高的直流电源上。浮充电电流的大小与电瓶的环境温度、清洁程度和容量有关。在1533范围内，对于一般碱性电瓶来说，1Ah需要浮充电电流3mA左右（酸性电瓶略高），一个40Ah的电瓶需浮充电120 mA左右。当温度升高时，浮充电流应有所增加。,1.3.6飞机上的电瓶充电器,在现代飞机上都装有专用电
34、瓶充电器。电瓶充电器有两种基本形式：一种是充电器只有恒压充电模式，另一种充电器具有恒流和恒压充电模式。 目前，现代飞机上一般安装具有恒流和恒压充电模式都有的电瓶充电器。电瓶充电器在开始给电瓶充电时，采用恒流充电方式，当电瓶电压达到转折电压时，充电器自动转换到恒压模式。恒压充电模式主要用于给电瓶浮充电（Top charging）并向热电瓶汇流条供电。,当符合下列情况之一时，电瓶充电器自动进入恒流充电模式： （1）电瓶电压低于23V； （2）电瓶充电器刚通电时； （3）电瓶充电器输入电源中断0.5秒以上时。,飞机上的电瓶充电器,恒流和恒压充电曲线图,有些充电器还具有变压整流器（TR）工作模式，TR
35、模式的输出电压也是27.75V，可代替TRU。 在下列情况下，充电器将直接转换到TR模式，给飞机直流电源系统供电。 （1）APU启动。 （2）备用汇流条选择开关置电瓶位。 （3）飞机处于自动着陆模式。,飞机上的电瓶充电器,电瓶充电器的保护,下列情况下，充电器将停止向电瓶充电 （1）电瓶温度超过63； （2）充电器过载；,（3）在APU启动时，停止向电瓶充电。具有TR模式的充电器将转换到TR模式，可以向启动机提供电源。,1.3.7电瓶的维护,维护电瓶应该严格按照生产厂家的使用说明书和维护手册进行。 由于酸性电瓶和碱性电瓶的电解液在化学性能上是相反的，因此，酸碱电瓶的维护车间应该间隔开，并保持良好
36、的通风。 由于电瓶的电解液具有腐蚀性，不要让手或皮肤直接接触电解液。如不慎溅出了电解液，应立即中和。碱性电瓶电解液应用醋或硼酸进行中和，酸性电瓶电解液用苏打中和，然后用清水冲干净。 使用中应保持电瓶清洁，防止自放电。 在充电过程中，随着化学反应的进行，电瓶温度随之升高。一般要求电瓶温度不超过125，如果电瓶温度太高，应降低充电速度。 充电时排气孔一定要畅通。由于在充电过程中或过充时，会释放出氢气和氧气，形成易爆的混合气体，因此不能有明火存在，应采用防爆电气设备并保持良好的通风。,酸性电瓶的维护应该注意以下几点：, 放电终了的电瓶必须在24小时内充电；充满电的电瓶每月至少复充一次，以防止极板硬化
37、。 经常检查电解液是否充足。如电解液不足，会降低电瓶容量，极板暴露在空气中也会使极板硬化。如果电解液不足，应加蒸馏水，不能加自来水或矿溶水。 在制作电解液时，先准备好一定量的蒸馏水，将硫酸慢慢倒进水里，并搅匀。注意的是，千万不能将蒸馏水倒在硫酸里，因为水的密度小，浮在酸的表面，剧烈的化学反应产生的热量能将水烧开，并溅出来使人员受伤。 不能将航空电瓶的电解液与其它酸性电瓶电解液混用，因为航空电瓶电解液比重比其它地面用酸性电瓶电解液的比重大。,碱性电瓶的维护还应注意以下几点：, 电解液加注：当电解液液面高度低于规定值时，应加蒸馏水，但同样不能超过规定值。要注意的是，充电结束后应马上检查和调整电解液
38、高度，这是因为镍镉电瓶在放电或放置很长一段时间后，极板会吸收电解液。如果在放电后调整电解液高度，在充电时电解液可能会冒出来。 漏电检测：电瓶内部短路是碱性电瓶的常见故障，检查各个单体电池的漏电情况，利用mA表检查，将表的一端与外壳相联，另一端接到单体电池的正极。如果漏电超过100mA，该电瓶必须分解清洁和维修。 深度放电：采用恒压充电方式一段时间后，会造成单体电池不平衡，充电时测量电压正常，但放电时放出的电量不足，这时需要深度放电。用放电设备将电瓶的电全部放完，每当单体电池的电压低于0.2V时，用短路夹将单体电池正负极短路，放置8个小时，然后重新充电,1.4交流电源系统,1.4.1交流电源系统
39、的分类 1.4.2恒速恒频交流电源系统的基本要求 1.4.3恒速传动装置的工作原理 1.4.4交流发电机的结构和工作原理 1.4.5调压器 1.4.6交流电源的故障保护 1.4.7交流电源的并联供电,交流电源系统与直流电源系统相比具有的优点：,（1）发电机没有换向问题，减少了噪音、电磁干扰和维护工作量； （2）电压变换容易，适用于不同电压等级的用电设备； （3）交流电经变压整流器很容易变成低压直流电，且转换效率高； （4）发电机输出功率大，最大可超过150kVA； （5）输出电压高，使配电导线重量下降。,交流电源的不足之处,（1）并联供电比较困难； （2）恒频电源系统需要恒速传动装置或变频设备
40、； （3）交流电机起动力矩比直流电机小； （4）交流电不能象直流电一样用电瓶储存起来。由于交流电源优点突出，目前大型运输机上都采用交流电源系统。,1.4.1交流电源系统的分类,航空交流电源系统主要有三种形式：变速变频交流电源系统（VSVF）。 恒速恒频交流电源系统（CSCF）。 变速恒频交流电源系统（VSCF）。,变速变频交流电源系统（VSVF）,这种系统不需要恒速传动装置，结构简单，可靠性高，维护工作量小，重量轻。不足之处是：由于频率的变化，对电机类用电设备的要求随之提高。需要恒频交流电的场合，由逆变器提供。随着飞机用电量的增加，变速变频系统将成为飞机电源的主要形式， 变速变频电源系统比较适
41、合于装有涡轮螺旋桨发动机的飞机或直升机，因为涡轮螺旋桨发动机转速变化范围小，交流电的频率变化在400 600Hz范围内。,恒速恒频交流电源系统（CSCF）,恒速恒频电源系统的优点是：恒频交流电对飞机上的各种负载都适用，配电简单；恒频交流电源系统可以单台运行，也可以并联运行，以提高供电可靠性和供电质量。不足之处是：CSD增加了重量和成本，功率/重量比小于变速变频电源系统。为进一步减轻重量，提高可靠性，可将CSD和发电机组合在一起，组成整体驱动发电机（IDG）。这一构型已在现代飞机上得到了广泛应用。,变速恒频交流电源系统（VSCF）,该系统不用CSD，发电机由发动机直接驱动，发电机输出的变频交流电
42、经整流器整流成直流电，再由逆变器将直流电变成恒频交流电。 变速恒频交流电源系统的主要优点是：取消了CSD，重量有所减轻。不足之处是：允许的工作环境温度比较低，过载能力差，结构复杂，可靠性相对较低，维护比较困难。目前该系统已在飞机上得到了应用。,1.4.2恒速恒频交流电源系统的基本要求,恒频交流电源参数,1.4.3恒速传动装置的工作原理,恒速传动装置（CSD）：将变化的发动机转速变成恒定转速，使发电机发出恒频交流电 。恒速传动装置的主要形式有两种：一种是电磁式，一种是机械式。,恒速传动装置的输入转速范围,电磁式恒速传动装置,电磁式CSD的工作原理与电磁滑差离合器的原理相似。当发动机转速增大（或减
43、小）时，转速传感器控制电路使励磁电流减小（或增大），滑差转速增加（或减小），这样就可以维持输出转速不变。但因其效率低，传输功率小，一般只能在发电机容量小（最大不超过25kVA）、发动机转速变化范围不大的场合使用。,机械式恒速传动装置,现代运输机上都采用液压机械式恒速转动装置。,恒装组成原理图,液压机械式恒装主要由差动游星齿轮系、液压泵-液压马达组件、调速系统、滑油系统和保护装置五部分组成。 差动游星齿轮系的主要功用有两个，一是传递发动机的转速，二是传递由液压马达输出的补偿转速，并使两个转速叠加，从而保持输出转速不变。 液压泵-液压马达组件是调速系统的执行机构，其输出转速用来补偿发动机转速的变化
44、。,组成和功用,调速装置：采用离心飞重式调速器或电子式调速器。其功能是敏感恒装输出转速，并改变液压泵可变斜盘的偏转角度和方向，从而改变液压马达的转速和转向，以补偿发动机转速的偏离。另外，为了满足有些飞机交流发电机并联供电的需要，使并联供电时有功负载能均衡分配，还引入了电调线圈用于转速的附加调节。 滑油系统：除对齿轮系统起润滑和散热作用外，还作为液压泵-液压马达组件传递功率的介质。 保护装置的作用是当恒装故障时，如滑油压力低或温度高时，人工脱开恒装与发动机的联系，以保护恒装的安全，在空中脱开恒装后，只有在地面才能恢复。,组成和功用,恒装的输出转速由两个转速决定，一是发动机经游星齿轮架直接传递过来
45、的转速，该转速随发动机转速的变化而变化；二是液压泵-液压马达组件通过环形齿轮传递的转速，该传递用来补偿发动机转速的变化，以保持恒装的输出转速不变。,恒装的工作原理,恒装的工作原理,恒装的输出转速no 等于输入转速 n i加上或减去液压马达的转速 nm，当齿轮系传动比为1时，可表示为：两个转速的叠加由差动游星齿轮系完成。当没有液压马达的补偿作用，而恒装的输出转速正好等于额定转速时，恒装工作于零差动方式。这时的恒装输入轴转速称为制动点转速。,恒装的工作原理,当恒装输入轴转速小于制动点转速时，液压马达正方向旋转，通过差动游星齿轮系的作用使恒装输出转速上升，即 。恒装输入转速ni越小，液压马达转速就越
46、大，从而使输出转速保持不变。恒装的这种工作方式称为正差动方式。当恒装输入轴转速大于制动点转速时，液压马达反方向旋转，同样通过差动游星齿轮系的作用使恒装输出转速下降，即 。恒装输入转速ni越大，液压马达反方向的转速就越大，从而使恒装输出转速保持不变。恒装的这种工作方式称为负差动方式。,恒装调速器有离心飞重式调速器及电子式调速器两种。 离心飞重式：离心飞重式调速器是目前广泛采用的一种调速器，它利用离心飞重来测量CSD的输出转速。 电子式调速器：在一些现代飞机上也采用电子式调速器，利用发电机控制组件GCU中的频率控制电路 。,恒装调速系统的工作原理,离心飞重式调速器,电子式调速器,恒装的脱开和复位,
47、恒装的脱开 当恒装滑油压力低（小于140PSI）或温度高（大于365/185）时，CSD或IDG故障灯亮，此时必须人工按下脱开开关，使恒速传动装置与发动机脱开。脱开装置由离合器、涡轮机构、电磁铁、复位机构四个主要部件组成。,恒装的脱开和复位机构,脱开复位 恒装复位只能在地面进行。当发动机完全停转时，拉下在CSD外壳上的环，将涡块下拉，直到它被电磁铁的卡销锁住，并能听到“咔哒”的声音，这样恒装就被完全复位了。,恒装的脱开和复位,1.4.4交流发电机的结构和工作原理,在飞机交流电源中，普遍采用同步发电机。同步发电机类型可以根据其励磁方式来划分。按励磁系统结构中是否带有电刷，可分为有刷交流发电机和无
48、刷交流发电机两大类。每一类中又包含自励和他励两种方式。由于有刷交流发电机存在输出功率小、可靠性差、维护工作量大的缺点，目前飞机上大多采用无刷交流发电机。,对飞机交流发电机励磁系统的基本要求是：起激可靠，短路时具有瞬时强激磁能力，从而保证保护装置可靠动作。下面重点介绍无刷交流发电机的结构和工作原理。根据励磁方式不同，可分为自励和他励两种方式，又称为二级式和三级式无刷交流发电机。,1.4.4交流发电机的结构和工作原理,1二级式无刷交流发电机（自励）,交流励磁机的励磁线圈和主交流发电机的三相输出线圈装在定子上。交流励磁机的三相输出线圈、旋转整流器和主交流发电机的励磁线圈装在转子上。,二级式无刷交流发
49、电机主要由交流励磁机、主交流发电机和旋转整流器组成。ABC为三相输出，AF接调压器。,1二级式无刷交流发电机原理电路,二级无刷交流发电机的发电原理分析,当发动机带动发电机转子转动后，交流励磁机的转子电枢绕组切割剩磁产生剩磁电压，经旋转整流器整流后输送到主交流发电机的转子励磁线圈上，从而产生磁场。主交流发电机定子电枢绕组切割磁力线，也产生一个剩磁电压，剩磁电压大约在15V左右。该电压通过调压器使交流励磁机的磁场增大，交流励磁机的输出电压增加，当电压增加到额定电压时，调压器限制交流励磁机的励磁电流，使主发电机输出电压保持恒定。由以上分析可知，二级式发电机是靠剩磁起激发电的。在发电机振动、受干扰等情况下，剩磁会消失，需进行充磁。为保证起激可靠，可以在交流励磁机的磁极中嵌入永久磁铁。,当交流发电机输出端短路时，也会导致励磁消失，也就是说没有了强激磁能力。为了克服这个缺点，可以采用复励或相复励电路。相复励电路有电压相加型、电流相加型和磁势相加型三种。以电压相加型相复励电路为例，它由一组电流互感器和一个降压变压器组成，励磁电源除了与发电机电压有关外，还与发电机输出电流有关。即使发电机输出短路，励磁电源仍可由电流互感器提供，即具有强激磁能力，使发电机保护装置能可靠动作。同时这种励磁方式可以改善发电机的外特性。,
