新型民用飞机变频交流供电系统过压保护原理设计

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1、新型民用飞机变频交流供电系统过压保护原理设计　　【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】Thispaperpresentsthedesignprinciplesofthenewcivilaircraftovervoltageprotectionpowersupplysystem，andfocu

2、sesonthearchitectureanddesignofhardware-basedhardwareimplementationoftheprincipleofovervoltageprotectiondevicestomeettheAirworthinessregulationsrequirementsofcivilaircraft，reducingtheriskofAirworthinesscertification.【Keywords】ElectricalpowerSystem；Variablef

3、requencyACgenerator；Overvoltageprotection；Designassurancelevel；Pointofregulation0前言7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。根据某机型供电系统中大功率变频交流发电机（VFG，额定功率120kVA）的电压输出特性可知，在励磁电流饱和条件下，其

4、电压上升率非常高，在电源系统进行大容量负载切换或出现故障时，将会使发电机励磁回路一直处于饱和状态，引起发电机输出过压故障。如果采用与传统飞机供电系统类似的发电机控制器（GCU）单独实现电压调节和保护功能，当GCU过压保护功能起作用后，需要切断发电机励磁绕组，并断开发电机接触器，但是由于GCU的保护控制的延时特性（如延时50ms动作）以及接触器存在固有的响应时间，当发电机在励磁回路电流饱和时，其输出电压会严重超过飞机电网的过压保护门限值，在发电机接触器尚未断开的时间内，机载用电设备将承受过高的电压浪涌冲击，可能

5、导致用电设备故障，从而引起飞机灾难级的飞行事故。1变频交流供电系统过压保护原理设计针对新型民用飞机供电系统的过压保护需求，下面将对供电系统调压点处的过压保护进行原理设计和分析。变频交流发电系统过压冗余保护结构图1.1功能结构和原理7通常飞机供电系统出现过电压的原因主要有三种情况：（1）大容量负载的过程；（2）系统短路故障排除之后，由于发电机调压器的滞后响应引起的过压；（3）励磁系统故障导致励磁回路饱和的过压。若大功率变频交流供电系统发生过压故障，导致用电设备的损坏，可能发生飞机灾难级失效，根据AC25.130

6、9-1B，“一个灾难级的故障不可以由单个设备的失效导致”，需要在单个供电通道额外设置一个过压保护装置。根据SAEARP4754A设备设计保证等级要求的确定和分配原则，A级设备可以由两个独立非相似设计的B级设备实现。因此从适航安全性要求方面考虑，应增加过压保护装置构成冗余过压保护结构，以辅助GCU实现过压保护功能。的变频交流供电系统过压冗余保护结构，在GCU实现保护功能的基础上，需要在发电机输出端增加并联的电源保护控制装置OPU，该装置利用电力电子装置实现发电机输出电压的钳位，并且增加发电机励磁接触器、发电机输

7、出接触器的冗余控制电路，作为GCU的冗余保护，并与GCU独立非相似，即GCU的电源保护功能基于复杂硬件与软件实现，电源保护控制装置OPU不含软件，并且不基于复杂硬件电路实现。当变频交流发电机输出过电压后，GCU和OPU共同进行过压保护，分成三个阶梯过压保护：71）0～1ms内出现过压故障之后，OPU在1ms内快速开始响应系统保护控制功能，进行发电机输出过压箝位；2）1～55ms，在该过程中GCU电压调节（包括电源保护控制）功能与OPU的过压箝位功能同时作用，即通过发电机励磁电流控制及OPU的过压钳位电路共同作

8、用，将发电机输出电压限定在要求范围内（180V以内）；3）当出现过压（180V）超过55ms后，GCU的电压调节（过压保护）不能达到要求时，OPU的冗余保护功能起作用，切断电源。当电源电压恢复到规定值时，OPU将给出电源接通信号。GCU和OPU的接口交互信号包括：1）由GCU提供给OPU永磁副励磁机电源、28V直流电源、GCU28V电源、GCU保护产生的励磁、主发电机接触器控制信号；2）OPU提供给