榮 譽(yù)

(長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410124)

負(fù)載量變化對(duì)飛機(jī)直流電壓波動(dòng)的影響分析

榮 譽(yù)

(長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410124)

飛機(jī)電網(wǎng)電壓波動(dòng)幅度大小影響著電子設(shè)備的正常工作或性能的發(fā)揮。飛機(jī)電子設(shè)備對(duì)電源的電壓精度、穩(wěn)定度、中斷供電時(shí)間都有嚴(yán)格的要求，供電系統(tǒng)的電壓波動(dòng)可能使電子設(shè)備偏離正常工作，進(jìn)而由于系統(tǒng)交聯(lián)，造成系統(tǒng)穩(wěn)定性下降。主要從電壓穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)變化兩個(gè)角度出發(fā)，研究了負(fù)載量變化對(duì)電壓波動(dòng)的影響，進(jìn)而影響到電子設(shè)備性能的發(fā)揮。

電壓波動(dòng)；負(fù)載量；穩(wěn)態(tài)

隨著航空工業(yè)突飛猛進(jìn)，航空工業(yè)強(qiáng)國(guó)其飛機(jī)電源的發(fā)展也很快。由于現(xiàn)代新型飛機(jī)電子設(shè)備的大幅度增加，對(duì)電源系統(tǒng)的要求不斷提高，從而促進(jìn)了飛機(jī)電網(wǎng)供電系統(tǒng)的發(fā)展。國(guó)外許多廠家為適應(yīng)這種需求，爭(zhēng)上新技術(shù)、新材料、新工藝，形成了專業(yè)化、系列化生產(chǎn)體系，并且瞄準(zhǔn)飛機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)、預(yù)測(cè)飛機(jī)用電需要而進(jìn)行研制。飛機(jī)供電系統(tǒng)的發(fā)展，多電飛機(jī)的概念越來越得到大家的認(rèn)可，在多電飛機(jī)中，主要采用電能來代替原來飛機(jī)中的機(jī)械能、液壓能和風(fēng)能，以提高系統(tǒng)的可靠性和可維修性?，F(xiàn)在的電力電子技術(shù)、微處理器技術(shù)、電氣傳動(dòng)以及控制技術(shù)的發(fā)展為多電飛機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。而隨著飛機(jī)上用電設(shè)備的不斷增加，飛機(jī)電網(wǎng)供電電壓的穩(wěn)定性將直接影響飛行安全，所以在研制新飛機(jī)和對(duì)現(xiàn)役飛機(jī)進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，都要對(duì)飛機(jī)電網(wǎng)的電壓波動(dòng)情況進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試，測(cè)試參數(shù)主要包括電壓、電流、頻率、相間不平衡、相位差等。本文從低壓直流供電系統(tǒng)出發(fā)，分析了負(fù)載量的大小對(duì)飛機(jī)電壓波動(dòng)的影響情況。

1 背景介紹

隨著電子設(shè)備技術(shù)和測(cè)控技術(shù)的飛速發(fā)展，原先在飛機(jī)上無法測(cè)量的參數(shù)如今都可以進(jìn)行精確測(cè)量，特別是高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展，大大促進(jìn)了短時(shí)激變參數(shù)的測(cè)量分析，并對(duì)機(jī)上各種參數(shù)采集處理以及考核標(biāo)準(zhǔn)都有很大的促進(jìn)作用，電壓波動(dòng)的各種參數(shù)也得以快速精確測(cè)量，供電品質(zhì)關(guān)于電壓波動(dòng)的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)也進(jìn)行了更新?lián)Q代。

我國(guó)對(duì)飛機(jī)供電品質(zhì)中關(guān)于電壓波動(dòng)的限定在以前主要是依據(jù)GJB181-1986這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，它的更新版本是GJB181A-2003飛機(jī)供電特性，新版主要增加了直流供電的相關(guān)內(nèi)容，并對(duì)電壓波動(dòng)參數(shù)提出了更嚴(yán)格的要求，本文也采用該新標(biāo)準(zhǔn)來考核電壓波動(dòng)情況。而對(duì)于電壓波動(dòng)參數(shù)的試驗(yàn)測(cè)試方法，主要依據(jù)GJB5189-2003飛機(jī)供電特性參數(shù)測(cè)試方法，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)參數(shù)測(cè)試和設(shè)施要求都進(jìn)行了明確。測(cè)試在研飛機(jī)和對(duì)現(xiàn)役飛機(jī)的供電系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，需依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)用電設(shè)備和電網(wǎng)的波動(dòng)等參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試，以保證飛機(jī)電氣系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。

飛機(jī)電氣系統(tǒng)的工作分為穩(wěn)態(tài)工作和瞬態(tài)工作兩個(gè)階段，對(duì)應(yīng)于該兩個(gè)階段的電壓分別稱為穩(wěn)態(tài)電壓和瞬態(tài)電壓。穩(wěn)態(tài)電壓是指供電系統(tǒng)正常的、供電負(fù)載是固定的工作狀態(tài)，在這一工作狀態(tài)下，系統(tǒng)特性在任意長(zhǎng)時(shí)間間隔內(nèi)都保持在正常工作穩(wěn)態(tài)特性極限之內(nèi)；而瞬態(tài)電壓則是由于工作狀態(tài)的變化，如供電模式的非正常轉(zhuǎn)換、突加和突卸負(fù)載等操作，這些工作狀態(tài)的變化將使相應(yīng)匯流條上電壓瞬間發(fā)生較大變化，隨即又進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，瞬態(tài)特性往往越出穩(wěn)態(tài)極限范圍并在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)極限范圍之內(nèi)。一般來說，引起直流電壓波動(dòng)的因素主要包括直流發(fā)電機(jī)控制器的校正作用、負(fù)載變化的作用以及整流引起的電壓波動(dòng)等。

2 電壓波動(dòng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和方法

GJB5189-2003規(guī)定，對(duì)電壓波動(dòng)的測(cè)試，在穩(wěn)態(tài)時(shí)需測(cè)試穩(wěn)態(tài)電壓、脈動(dòng)幅度、畸變系數(shù)和畸變頻譜，在瞬態(tài)時(shí)需測(cè)試直流電壓的瞬變特性。

穩(wěn)態(tài)測(cè)量時(shí)，穩(wěn)態(tài)直流電壓是指規(guī)定時(shí)間內(nèi)采集到的電壓瞬時(shí)值的平均值，電壓脈動(dòng)幅度是指穩(wěn)態(tài)直流電壓和瞬時(shí)直流電壓最大差值的絕對(duì)值，直流畸變是指直流電壓中交流電壓分量的均方根值，直流畸變系數(shù)是指直流畸變與穩(wěn)態(tài)直流電壓的比值，畸變頻譜是指直流畸變通過每一頻率分量的幅值的量化表示。

瞬態(tài)測(cè)量時(shí)，瞬變特性分為正常瞬變和非正常瞬變。正常瞬變是指超出穩(wěn)態(tài)極限但保持在規(guī)定的正常瞬變極限之內(nèi)的瞬變，在正常瞬變?cè)囼?yàn)時(shí)，用電設(shè)備在試驗(yàn)過程中及經(jīng)試驗(yàn)后正常穩(wěn)態(tài)供電時(shí)均應(yīng)能正常工作。非正常瞬變是由于非正常擾動(dòng)使電壓超出正常瞬變極限并最后回到穩(wěn)態(tài)極限的瞬變，經(jīng)過非正常瞬變?cè)囼?yàn)后，用電設(shè)備應(yīng)不發(fā)生任何故障，并在恢復(fù)正常供電后能夠繼續(xù)正常工作。

2.1 直流28V電壓測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

(1)直流穩(wěn)態(tài)電壓：22.0～29.0V；

(2)直流電壓脈動(dòng)幅度：28V直流電壓脈動(dòng)幅值最大1.5V；

(3)直流畸變系數(shù)：28V直流電壓畸變系數(shù)最大0.035；

(4)電壓瞬變：28V直流電壓應(yīng)在GJB181A-2003中相應(yīng)圖示范圍內(nèi)；

(5)畸變頻譜：28V直流電壓應(yīng)在GJB181A-2003中相應(yīng)圖示范圍內(nèi)。

2.2 直流28V電壓測(cè)試方法

(1)直流電壓瞬變參數(shù)分析

直流電壓瞬變參數(shù)的測(cè)試主要是用于測(cè)量直流用電設(shè)備在加、卸載過程中產(chǎn)生的瞬態(tài)欠、過壓浪涌。直流電壓瞬變是指電壓值超出穩(wěn)態(tài)極限，并在一定時(shí)間內(nèi)回到穩(wěn)態(tài)極限的短暫的變化狀態(tài)。當(dāng)電壓超出穩(wěn)態(tài)極限時(shí)，繪制瞬態(tài)電壓的變化曲線填充到GJB181A-2003規(guī)定的直流電壓的過壓或欠壓包絡(luò)線圖中，以檢驗(yàn)參數(shù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)。該包絡(luò)線如圖1所示：

(2)直流電壓畸變頻譜分析

直流電壓畸變頻譜是指直流畸變通過每一頻率分量幅度的量化表示，在對(duì)直流電壓畸變頻譜作測(cè)試時(shí)，按照GJB5189-2003規(guī)定的采樣頻率對(duì)直流電壓進(jìn)行連續(xù)采樣，采集穩(wěn)態(tài)時(shí)直流電壓中的交流電壓分量，將所采集的數(shù)據(jù)用離散傅里葉變換算法計(jì)算出每一頻率分量的幅度，即求得直流電壓畸變頻譜。繪制直流電壓畸變頻譜圖填充到GJB181A-2003規(guī)定的直流電壓最大畸變頻譜包絡(luò)線圖中，以檢驗(yàn)參數(shù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)。該畸變頻譜如圖2所示：

圖2 28V直流系統(tǒng)最大畸變頻譜

3 電壓波動(dòng)試驗(yàn)分析

利用飛機(jī)直流供電系統(tǒng)地面模擬試驗(yàn)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在試?yàn)室室溫條件下對(duì)電壓波動(dòng)情況進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)分別測(cè)試了直流供電電網(wǎng)處于穩(wěn)態(tài)工作和瞬態(tài)工作時(shí)在各種試驗(yàn)條件下的電壓波動(dòng)參數(shù)。

3.1 28V直流供電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)測(cè)試

(1) 28V直流供電系統(tǒng)空載試驗(yàn)

對(duì)28V直流供電系統(tǒng)不加任何負(fù)載進(jìn)行試驗(yàn)，穩(wěn)態(tài)工作時(shí)測(cè)得穩(wěn)態(tài)電壓為28.925V，最大脈動(dòng)幅值為0.567V，畸變系數(shù)為0.0043，直流脈動(dòng)幅度和直流畸變頻譜如圖3和圖4所示，各項(xiàng)參數(shù)都在正常范圍內(nèi)，電壓的波動(dòng)屬于正常范圍，供電穩(wěn)定性滿足要求，機(jī)上28V電子設(shè)備供電電源符合要求。

圖3 28V直流系統(tǒng)空載電壓脈動(dòng)

圖4 28V直流系統(tǒng)空載電壓畸變頻譜

(2) 28V直流供電系統(tǒng)過載200%試驗(yàn)

對(duì)28V直流供電系統(tǒng)進(jìn)行過載200%試驗(yàn)，測(cè)得穩(wěn)態(tài)電壓為28.892V，最大脈動(dòng)幅值為1.927V，畸變系數(shù)為0.0049，直流脈動(dòng)幅度和直流畸變頻譜如圖5和圖6所示，對(duì)比參數(shù)，穩(wěn)態(tài)電壓脈動(dòng)幅值超出1.5V的穩(wěn)態(tài)脈動(dòng)極限值，高頻段的噪聲明顯增加，電壓的波動(dòng)已超出正常范圍，供電穩(wěn)定性已經(jīng)無法滿足要求，在此電壓下的長(zhǎng)時(shí)間工作可能造成機(jī)上電子設(shè)備壽命降低或損壞。

圖5 28V直流系統(tǒng)過載200%電壓脈動(dòng)

圖6 28V直流系統(tǒng)過載200%電壓畸變頻譜

從脈動(dòng)幅度、畸變頻譜及畸變系數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)負(fù)載量增大時(shí)，穩(wěn)態(tài)電壓會(huì)逐漸降低，最大脈動(dòng)幅值增大，畸變系數(shù)增大，并且畸變頻譜在中頻段的交流分壓增多，參數(shù)開始向極限值靠近，當(dāng)負(fù)載量超過一定的范圍時(shí)，電壓波動(dòng)就超出了正常值，供電穩(wěn)定性就不能滿足機(jī)上供電系統(tǒng)和用電設(shè)備的要求。

3.2 28V直流供電系統(tǒng)瞬態(tài)測(cè)試

對(duì)28V直流供電系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)載變化20%～170%～20%的瞬態(tài)測(cè)試。28V直流供電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電壓極限是22.0～29.0V，瞬變期間正常電壓的范圍在18.0～50.0V之間。在負(fù)載由20%負(fù)載突加到170%負(fù)載時(shí)，欠壓瞬變開始，電壓迅速下降，電壓值最低達(dá)到9.836V的極限，在0.01s內(nèi)電壓迅速上升，0.03s后就進(jìn)入正常電壓范圍。在負(fù)載由170%負(fù)載突卸到20%負(fù)載時(shí)，過壓瞬變開始，電壓迅速升高，電壓值最高達(dá)到43.437V的極限，在0.01s內(nèi)電壓迅速下降，0.03s內(nèi)就進(jìn)入正常電壓范圍。

測(cè)得過欠壓瞬變圖分別如圖7、圖8所示，突卸負(fù)載時(shí)的過壓瞬變?cè)谡Ｋ沧儼j(luò)線范圍內(nèi)，瞬變過程的電壓波動(dòng)在可接受范圍內(nèi)，供電穩(wěn)定性滿足要求；但在欠壓瞬變時(shí)，最低電壓9.836V已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了正常瞬變的最低18V的極限值，電壓曲線超出包絡(luò)線范圍，供電穩(wěn)定性已經(jīng)不能滿足要求。

圖7 28V直流系統(tǒng)過壓瞬變

圖8 28V直流系統(tǒng)欠壓瞬變

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，突加突卸負(fù)載量大小的變化對(duì)瞬態(tài)測(cè)試時(shí)電壓波動(dòng)幅度的影響很大，對(duì)供電穩(wěn)定性有較直接的影響。

4 結(jié)論

本文針對(duì)電壓波動(dòng)影響供電穩(wěn)定性的情況，主要考察了負(fù)載量變化造成的電壓波動(dòng)，及其可能對(duì)電子設(shè)備和供電品質(zhì)造成的影響。在供電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)工作期間，負(fù)載量的增加一般都會(huì)導(dǎo)致電壓波動(dòng)的加劇，降低供電穩(wěn)定性，這是個(gè)不利影響，隨著設(shè)計(jì)的優(yōu)化和技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)逐步減弱這種不利影響。除了考察負(fù)載量變化對(duì)電壓波動(dòng)的影響外，在以后的工作中，還可以考察發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化、負(fù)載與轉(zhuǎn)速聯(lián)合變化等試驗(yàn)方式，對(duì)電壓波動(dòng)影響情況進(jìn)一步深入研究，以驗(yàn)證飛機(jī)上更多復(fù)雜條件下電壓波動(dòng)和供電穩(wěn)定性的情況。

飛機(jī)電網(wǎng)電壓波動(dòng)與電子設(shè)備工作情況是互相關(guān)聯(lián)的，一方面供電電網(wǎng)的電壓波動(dòng)可能造成電子設(shè)備的過壓、欠壓等故障，另一方面電子設(shè)備的工作電壓不正常又會(huì)引起電源的擾動(dòng)，兩者相互影響。改善飛機(jī)電網(wǎng)供電電壓穩(wěn)定性不是一個(gè)簡(jiǎn)單的供電設(shè)備設(shè)計(jì)問題，而是一個(gè)包括發(fā)電、配電和用電設(shè)備在內(nèi)的綜合設(shè)計(jì)問題。因此，要想綜合提高供電穩(wěn)定性，還應(yīng)該從飛機(jī)電氣系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)出發(fā)進(jìn)行綜合考慮，整體規(guī)劃，才能整體提高飛機(jī)電網(wǎng)的供電質(zhì)量。

[1] 嚴(yán)東超.飛機(jī)供電系統(tǒng)[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社，2010.

[2]GJB181A-2003. 飛機(jī)供電特性[S].

[3]GJB5189-2003.飛機(jī)供電特性參數(shù)測(cè)試方法[S].

[4] 王宏霞 張曉斌.GJB5189-2003《飛機(jī)供電特性參數(shù)測(cè)試方法》簡(jiǎn)介[J]. 航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2005,(1).

[5] 鄭先成, 張曉斌, 宋先紅. 飛機(jī)電氣系統(tǒng)直流電壓畸變信號(hào)檢測(cè)及處理方法[J]. 測(cè)控技術(shù)，2006, (1).

[6] 鄭澤煜, 張涇周, 劉征科,等. 航空供電系統(tǒng)畸變測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2010, (5).

[編校：楊 琴]

The Analysis of Load Change's Impact on Dc Voltage Fluctuations of the Plane

Rong Yu

(ChangshaAeronauticalVocationalandTechnicalCollege,ChangshaHunan410124)

The aircraft electrical voltage fluctuation amplitude influences normal work or performance exertion of the aircraft electronic equipments. Since the airplane electronic equipments have a strict request for electrical voltage accuracy, stability and electrical supply interruption distance，a voltage fluctuation may make the electrical equipments deviate its normal work, and furthermore, the system associating will cause the descending of the system stability. This paper mainly analyses the voltage transformation in the constant state and instant state，and studies the influence on the aircraft electrical voltage fluctuation and electronic equipment performance while the load is changing.

electrical voltage fluctuation；load；steady state

2015-01-07

榮譽(yù)(1983- )，男，湖北武漢人，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)楹讲墓芾怼?/p>

TM31

A

1671-9654(2015)01-052-06