民用飞机变频发电系统的调压设计和过压保护
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【摘 要】由于变频电源系统具有结构简单、体积小、重量轻、可靠性高、运行成本低以及易于实现起动发电等优点，变频电源逐渐取代恒频电源成为民用飞机发电系统的主流。但是由于变频发电机转速和频率变化范围宽，电机磁路饱和度高，为了保护后级用电设备，发电机输出瞬态电压的调节和过压保护设计尤为重要。本文旨在分析变频发电系统三级式航空发电机的调压原理，根据电压瞬态极限和适航安全性要求，提出变频发电系统过压保护架构的设计。
【关键词】变频电源；调压；过压保护
0 概述
在传统民用飞机上，主要使用的电源体制是400Hz恒频交流电，即通过恒速传动装置把发动机的变转速转换为恒定转速，驱动发电机发出恒频交流电。这种电源形式效率较低，维护困难且不能实现起动/发电。变频电源系统取消了恒速传动装置，由发动机齿轮箱直接驱动发电机输出宽变频（360～800Hz）交流电。变频交流电源系统具有结构简单、重量轻、体积小、能量转换效率高、功率密度高、可靠性高、维修费用低等优点，且易于构成起动发电系统。在最新研制的大型民用飞机B787和A380上均采用了变频电源系统。然而，变频发电系统由于转速变化范围宽，具有电压上升速率快、磁路饱和时发电电压高的特点，因此控制变频发电机输出电压保持在规定范围之内，在发生过压故障时能够快速切断发电通道，保护后级用电设备，成为变频电源系统中亟待解决的问题。
1 变频发电系统工作原理
1.1 发电机的结构
目前民用飞机变频电源系统主要应用的发电机为三级式无刷同步发电机。三级式同步发电机结构示意图如图1所示，其内部结构主要由永磁副励磁机、主励磁机、旋转整流器和主发电机组成，其中三个电机转子与旋转整流器共轴安装。当电机运转时，永磁副励磁机的永磁体转子旋转产生旋转磁场，在定子上产生三相交流电；该三相交流电经过主励磁机放大后，再经过旋转整流器整流，得到主发电机的励磁，并在主发电机定子绕组上产生三相交流电，为飞机电网供电。
1.2 发电机的调压和保护原理
飞机电源系统正常工作状态下，三级无刷同步发电机向全机交流用电设备供电，并通过变压整流器向全机直流用电设备供电。三级无刷同步发电机的调压控制通过发...
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