多電飛機(jī)與電力電子

1、多電飛機(jī)與電力電子,南京航空航天大學(xué),民用航空技術(shù)交流會(huì),嚴(yán)仰光，張方華,多電飛機(jī)與電力電子： 提綱,多電飛機(jī)的誕生多電飛機(jī)的特征多電飛機(jī)的電源和用電設(shè)備DC電源和AC電源系統(tǒng)的比較南航大學(xué)在航空電源方面的研究結(jié)論,21世紀(jì)初的三種新飛機(jī),A380歐洲空客公司,B787美國波音公司,F-35美國洛·馬公司,21世紀(jì)初的三種新飛機(jī),A380 歐洲空客公司,空機(jī)重量 ：280,000公斤 最大載客量：555-8

2、53人 四發(fā)，雙通道，雙層 發(fā)動(dòng)機(jī)：4臺(tái)渦輪風(fēng)扇噴氣式 發(fā)動(dòng)機(jī)　- 羅爾斯-羅伊斯公司Trent900 - 發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)盟GP7200,21世紀(jì)初的三種新飛機(jī),21世紀(jì)初的三種新飛機(jī),空機(jī)重量 ：115,000公斤 載客量：210~330人 雙發(fā)，雙通道 發(fā)動(dòng)機(jī)：　- 通用電氣GEnx - 勞斯萊斯(Rolls-Royce)Trent 1000,21世紀(jì)初的三種新飛

3、機(jī),B787 美國波音公司,21世紀(jì)初的三種新飛機(jī),6,F-35 美國洛·馬公司,21世紀(jì)初的三種新飛機(jī),空機(jī)重量 ：13,020公斤 標(biāo)準(zhǔn)的武器配備：2枚空空 彈和2 枚JDAM Pratt & Whitney JSF119-611加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),21世紀(jì)初的三種新飛機(jī),多電飛機(jī)與電力電子： 提綱,多電飛機(jī)的誕生多電飛機(jī)的特征多電飛機(jī)的電源和用電設(shè)備DC電源和AC電源系統(tǒng)的比較南航大學(xué)在航空

4、電源方面的研究結(jié)論,多電飛機(jī)的特征：概要,多電發(fā)動(dòng)機(jī)是多電飛機(jī)技術(shù)的核心不提取發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮空氣取消或簡化附件傳動(dòng)機(jī)匣采用氣浮/磁浮軸承，省去滑油系統(tǒng)電能代替集中式的液壓、氣壓能、機(jī)械能,多電飛機(jī)的特征：傳統(tǒng)飛機(jī)的能量分配,電能，航電、照明、風(fēng)機(jī)、娛樂等,氣壓能，高溫高壓空氣用于座艙增壓、防冰和環(huán)控,液壓能，舵面、起落架、艙門等操縱,機(jī)械能，發(fā)電機(jī)、燃油和滑油泵,推力,提取發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮空氣,電氣加溫和防冰設(shè)備； 電動(dòng)飛機(jī)環(huán)境

5、控制系統(tǒng)（增壓，溫度和濕度的調(diào)節(jié)）； 提取軸馬力比引氣更省燃油。,,,,多電飛機(jī)的優(yōu)點(diǎn),多電飛機(jī)的特征：(1-1)不提取發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮后的空氣,大大提高可靠性,,,多電飛機(jī)的優(yōu)點(diǎn),多電飛機(jī)的特征：(1-1)不提取發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮后的空氣,多電飛機(jī)的優(yōu)點(diǎn),是一個(gè)復(fù)雜的齒輪傳動(dòng)裝置；將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能傳到各設(shè)備；包括滑油泵、燃油泵、液壓泵、發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)。,附件機(jī)匣,多電飛機(jī)的特征：(1-2)簡化或取消附件機(jī)匣,B787——簡化附件機(jī)匣，附

6、件機(jī)匣上僅有起動(dòng)發(fā)電機(jī)F-35的IPU ——取消附件機(jī)匣，起動(dòng)發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)組合于一體。,簡化或取消附件機(jī)匣，省去了空氣或燃?xì)馄饎?dòng)機(jī)及相關(guān)設(shè)備。,,,IPU和內(nèi)裝起動(dòng)發(fā)電機(jī),采用氣浮/磁浮軸承，省去滑油系統(tǒng)，可靠性高,,,,多電飛機(jī)的特征：(1-3)采用氣浮/磁浮軸承,機(jī)械能液壓能氣壓能電 能,多電飛機(jī)的特點(diǎn),現(xiàn)有飛機(jī)的二次能源,多電飛機(jī)的二次能源,氣壓能機(jī)械能液壓能電 能,電能,多電飛機(jī)的特征：(2)飛機(jī)上的

7、二次能源用電能代替,B787使用的變頻交流和28V直流電動(dòng)機(jī),氣壓能和機(jī)械能,多電飛機(jī)的特征：(2)飛機(jī)上的二次能源用電能代替,B787大功率調(diào)速電動(dòng)機(jī),氣壓能和機(jī)械能,多電飛機(jī)的特征：(2)飛機(jī)上的二次能源用電能代替,電動(dòng)環(huán)境控制系統(tǒng)壓氣機(jī),氣壓能和機(jī)械能,電動(dòng)環(huán)境控制系統(tǒng)壓氣機(jī),多電飛機(jī)的特征：(2)飛機(jī)上的二次能源用電能代替,集中式飛機(jī)液壓能源的替代,飛機(jī)舵面和其它機(jī)構(gòu)的操縱,集中式液壓系統(tǒng),機(jī)電作動(dòng)機(jī)構(gòu)或電液作動(dòng)機(jī)構(gòu),,提高飛機(jī)

8、的可靠性生命力和經(jīng)濟(jì)性,附件機(jī)匣傳動(dòng)的液壓泵和飛機(jī)的液壓管路,,?,多電飛機(jī)的優(yōu)點(diǎn),多電飛機(jī)的特征：(2)飛機(jī)上的二次能源用電能代替,,A380飛機(jī)的操縱部件和作動(dòng)功率,集中式飛機(jī)液壓能源的替代,多電飛機(jī)的特征：(2)飛機(jī)上的二次能源用電能代替,機(jī)電作動(dòng)機(jī)構(gòu)EMA,使用EMA和EHA,EMA替代液壓作動(dòng)機(jī)構(gòu),多電飛機(jī)的特征：(2)飛機(jī)上的二次能源用電能代替,電液作動(dòng)機(jī)構(gòu)EHA,使用EMA和EHA,EHA替代液壓作動(dòng)機(jī)構(gòu),多電飛機(jī)的特征：

9、(2)飛機(jī)上的二次能源用電能代替,,Controls,,Output Filter,Common Motor Start Controller (CMSC),大功率調(diào)速電機(jī)控制器,集中式飛機(jī)液壓能源的替代,多電飛機(jī)的特征：(2)飛機(jī)上的二次能源用電能代替,大功率調(diào)速電機(jī)控制器,多電飛機(jī)的特征：總結(jié),多電發(fā)動(dòng)機(jī)是多電飛機(jī)技術(shù)的核心不提取發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮空氣取消或簡化附件傳動(dòng)機(jī)匣采用氣浮/磁浮軸承，省去滑油系統(tǒng)電能代替集中式的液壓、氣

10、壓能、機(jī)械能多電飛機(jī)是飛機(jī)技術(shù)的全局性優(yōu)化簡化了飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，迎風(fēng)面積小，節(jié)省能源減少了地面支援設(shè)備改善了飛機(jī)的可靠性、維護(hù)性、生命力和經(jīng)濟(jì)性,多電飛機(jī)與電力電子： 提綱,多電飛機(jī)的誕生多電飛機(jī)的特征多電飛機(jī)的電源和用電設(shè)備DC電源和AC電源系統(tǒng)的比較南京航空航天大學(xué)在航空電源方面的研究結(jié)論,910kVA,1460kVA,250kW,多電飛機(jī)的特點(diǎn),MEA的電源總?cè)萘浚?MEA的電源和用電設(shè)備：(1) 電源容量顯

11、著增大,2×120,4×150,2007,560,A380,2×225,4×250,2010,163,B787,F-35,31.8,2007,250kW,IPU *,MEA的電源總?cè)萘刻嵘?倍以上,多發(fā)動(dòng)機(jī)客機(jī)電源額定功率,** 輔助動(dòng)力裝置與發(fā)電機(jī)組合,* 恒速恒頻電源115/200VAC 400Hz組合傳動(dòng)發(fā)電機(jī)IDG, 75/90中75為額定功率，50%過 載和100%過載以75kVA

12、計(jì)，為112.5kVA和150kVA，90kVA時(shí)可長期工作。,MEA的電源和用電設(shè)備：(1) 電源容量顯著增大,雙發(fā)動(dòng)機(jī)客機(jī)電源額定功率,MEA的電源和用電設(shè)備：(1) 電源容量顯著增大,戰(zhàn)斗機(jī)電源額定功率,MEA的電源和用電設(shè)備：(1) 電源容量顯著增大,Rating: 250 kVAFrequency: 360–800 HzWeight – dry: 203 lbsMTBF: 30,000 FHMTBUR: 20,000

13、FH,B787的起動(dòng)發(fā)電機(jī)(VFSG),MEA的電源和用電設(shè)備：(1) 電源容量顯著增大,B787的起動(dòng)發(fā)電機(jī)的技術(shù)指標(biāo),MEA的電源和用電設(shè)備：(1) 電源容量顯著增大,B787 VFAC S/G發(fā)電機(jī)電路圖,MEA的電源和用電設(shè)備：(1) 電源容量顯著增大,B787的APU,,APU,,,ASGs InstalledOn APU,,Rating: 225 kVA Frequency: 360–440 Hz Weight – d

14、ry: 122.7 lbs. MTBF: 40,000 FH MTBUR: 30,000 FH,,Lifting Lug,Alignment Pin,Input Shaft,ScavengeCore,Supply Core,,,,,,ASG,MEA的電源和用電設(shè)備：(1) 電源容量顯著增大,結(jié)構(gòu)簡單的開關(guān)磁阻起動(dòng)/發(fā)電機(jī)，互為備份的兩個(gè)獨(dú)立的變換器通道,F-35飛機(jī)的開關(guān)磁阻起動(dòng)發(fā)電機(jī),MEA的電源和用電設(shè)備：(1) 電源容量顯

15、著增大,F-35飛機(jī)的開關(guān)磁阻起動(dòng)發(fā)電機(jī)技術(shù)指標(biāo),MEA的電源和用電設(shè)備：(1) 電源容量顯著增大,功率大、效率高、體積重量小要求多種電能（B787 中8種以上）電能質(zhì)量要高不中斷供電內(nèi)裝起動(dòng)/發(fā)電機(jī),MEA的電源和用電設(shè)備：(2) 電源的其他特點(diǎn),MEA的電源和用電設(shè)備：(3) 非線性負(fù)載顯著增加,雷達(dá)等通訊設(shè)備的脈沖負(fù)載特性,EMA和EHA的輸入特性曲線,線性負(fù)載和恒功率負(fù)載的輸入特性,電源功率顯著增大；非線性負(fù)載顯著增加

16、；電力電子變換器廣泛應(yīng)用；多微處理器的智能配電系統(tǒng)。A380、B787、F35等多電飛機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)、二次電源及用電設(shè)備和電力電子緊密結(jié)合，是電機(jī)、機(jī)械、電力電子、傳感器、控制理論和計(jì)算機(jī)及通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的集成機(jī)電系統(tǒng)，使多電飛機(jī)電氣系統(tǒng)有高的可靠性、好的維修性、小的體積重量、低的成本和優(yōu)良性能。,MEA的電源和用電設(shè)備,多電飛機(jī)與電力電子： 提綱,多電飛機(jī)的誕生多電飛機(jī)的特征多電飛機(jī)的電源和用電設(shè)備DC電源和AC電源系統(tǒng)的比

17、較南京航空航天大學(xué)在航空電源方面的研究結(jié)論,非線性負(fù)載使電源畸變， 必須有TRU、ATRU、PFC、APF；電源重量增加。不易承受能量回饋，B787用耗能電阻或用矩陣變換器、AC/DC/AC變換器與電能存儲(chǔ)設(shè)備如蓄電池、超級電容等接口復(fù)雜發(fā)電系統(tǒng)重量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。B787 發(fā)電機(jī)，250kVA，92Kg; F35 發(fā)電機(jī) 250kW 46.6Kg交流電網(wǎng)電壓降大，損耗大不易實(shí)現(xiàn)并聯(lián)和不中斷供電交流固態(tài)功率控制器結(jié)構(gòu)復(fù)

18、雜，損耗大交流電源飛機(jī)離不開28V直流電,DC電源和AC電源的比較：(1)AC電源的缺點(diǎn),B787 VFAC S/G起動(dòng)工作系統(tǒng)圖ATRU單向能量流動(dòng),自耦變壓整流器（ATRU）的電路波形質(zhì)量高、過載強(qiáng)、效率高、重量輕,DC電源和AC電源的比較：(1)AC電源的缺點(diǎn),VFAC電源給調(diào)速電動(dòng)機(jī)的供電耗能電阻防止母線電壓升高,反流保護(hù)二極管D和SSPC組合實(shí)現(xiàn)不中斷供電電源故障；饋線故障；配電線故障；負(fù)載故障。以上4種故障

19、不會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備供電中斷。,DC電源和AC電源的比較：(1)AC電源的缺點(diǎn),不能用結(jié)構(gòu)簡單使用方便的異步電機(jī)和變壓器。二次大戰(zhàn)時(shí)某些大型飛機(jī)使用110V直流電，遇到三個(gè)難題：有刷直流電機(jī)高空換向；開關(guān)電器高空斷?。恢绷麟娔茏儞Q和電壓電流隔離檢測。電工科技發(fā)展特別是電力電子學(xué)的發(fā)展克服了三個(gè)難題1997年裝備270V直流電源的F-22飛機(jī)升空（主電源 2臺(tái)65kW無刷直流發(fā)電機(jī)，輔助電源1臺(tái)22kW APU ）。,D

20、C電源和AC電源的比較：(2)DC電源的缺點(diǎn),多電飛機(jī)與電力電子： 提綱,多電飛機(jī)的誕生多電飛機(jī)的特征多電飛機(jī)的電源和用電設(shè)備DC電源和AC電源系統(tǒng)的比較南京航空航天大學(xué)在航空電源方面的研究結(jié)論,航空電源的研究工作：(1) 起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng),提出電勵(lì)磁雙凸極直流電機(jī)，適用于起動(dòng)/發(fā)電場合，具有電勵(lì)磁電機(jī)控制簡單、開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)。,航空電源的研究工作：(2)二次電源,研制成功20W-10kW功率等級的多種靜止變流器。,多

21、電飛機(jī)與電力電子： 提綱,多電飛機(jī)的誕生多電飛機(jī)的特征多電飛機(jī)的電源和用電設(shè)備DC電源和AC電源系統(tǒng)的比較南京航空航天大學(xué)在航空電源方面的研究展望與結(jié)論,多電飛機(jī)對電氣設(shè)備提出了更高的要求,惡劣環(huán)境下工作的能力，如內(nèi)裝起動(dòng)發(fā)電機(jī)更高的可靠性、更小的體積重量電能管理與熱管理穩(wěn)態(tài)功率的管理?瞬態(tài)功率的管理嚴(yán)峻的熱管理挑戰(zhàn)全電化：節(jié)能環(huán)保,多電飛機(jī)與電力電子： 總結(jié),多電發(fā)動(dòng)機(jī)是多電飛機(jī)的核心技術(shù)，取消引氣大幅度降低了燃料