Ventura 镍镉电池/飞机电气系统的内部和外部

　　现代运输机是耗电的机器。在过去的几年里，他们变得越来越依赖电力。即使是飞机的最关键部件，如飞行控制系统，也需要电力才能正常工作。最新一代飞机，如波音787和空客A350，由于其关键飞机设备的用电，被称为“更多电动飞机”(MEA)。

　　本文将重点介绍飞机的电气系统是如何工作的。

　　交流(AC)或直流(DC)

　　直流电是小型飞机的主要电源，这是很常见的。例如，在大多数涡轮螺旋桨飞机中，如ATR和Dash 8s，直流电机在启动过程中充当启动发电机。在较大的飞机上，使用交流电。交流电动机具有更好的功率重量比并且在设计上更简单。由于更大的飞机需要更多的电力，直流电机和直流电力系统变得不切实际。

　　在所有飞机上，都有需要直流或交流电力的设备。因此，在直流系统中，一种叫做逆变器的东西被用来将直流电转换为交流电。在交流系统的情况下，变压器整流器(TR)被用来将交流电转换为直流电。一些涡轮螺旋桨飞机有交流发电机，为某些特定设备(如雨刮器和防冰系统)提供变频电源。但这些发电机不如直流发电机强大。

　　飞机的主要电气系统是如何工作的

　　电气系统主要有两种类型。一种被称为分体式总线系统，另一种被称作并联母线系统。还存在一种称为分裂并联母线系统的混合系统。在我们研究这些系统的细节之前，让我们先看看电气系统的各个组件。

　　电池

　　电池是飞机最基本的电力来源。在大型飞机上，有两个单独的电池用于冗余目的。这些电池首先用于给飞机供电。蓄电池接通后，可用于启动辅助动力装置(APU)。在APU可用的情况下，如果电池充满电，就会断开与飞机电气系统的连接，并在剩余的飞行中保持这种状态。由于电池是飞行中发生完全电气故障时的最后电源，因此在飞行的任何阶段都不用于为飞机供电。许多飞机使用镍镉电池。

　　发电机

　　发电机有两种类型——直流发电机和交流发电机，最正确的说法是交流发电机。飞机电气系统中直流发电机和交流发电机之间的主要区别在于，在前者中，发电机的电枢转动，而在后者中，磁场或磁体围绕固定电枢转动。

　　由于大多数大型客机都使用交流发电机，我们将在本文中讨论它们。飞机上使用的交流发电机是三相发电机。这意味着发电机周围的绕组以这样的方式布置，即每相与另一相相差120度。交流发电机的输出以所谓的星形方式连接。在这里，三个相连接起来形成一个接地的中性点。

　　从这种连接可以得出两个电压读数——相电压和线电压。相电压可以通过取中性点和线路引线之间的电压来测量，而两条线路之间的测量电压给出线路电压。在飞机中，线路电压约为200伏，相电压约为115伏，频率为400Hz。因此，飞机的电气系统被称为115V/200V/400Hz/3相系统。400赫兹是飞机上使用的发电机的最佳频率。

　　在飞机上，发电机由发动机转动。这意味着发电机的转速或频率随着发动机转速的变化而变化。在飞行过程中，发动机的转速会发生变化，这可能会影响发电机的转速。因此，控制发电机的速度以保持其频率变得至关重要。为此，使用了一种称为恒速驱动单元(CSDU)的设备。

　　CSDU由一个由发动机运行的液压泵组成。然后，泵运行液压马达。当发电机向液压泵发送低速或超速信号时，它会改变发送到液压泵的油液以控制发电机的速度。大多数IDG可以将频率保持在所需400Hz的5%以内。

　　母线

　　母线是用于将电力从发电机等电源传输到单个设备的金属条。在飞机上，有许多单独的母线。例如，电池有其母线，还有由许多电源供电的主母线，如发动机发电机、APU发电机、外部电源等。当我们在接下来的段落中查看拆分母线和并联母线系统时，您将更好地了解母线。

　　飞机上最重要的公共汽车之一是热电池公共汽车。这些母线与电池热连接，即使飞机完全关闭，也能正常工作。发动机灭火器和疏散滑梯系统由热电池总线供电。

　　并联母线系统

　　由于并联母线系统的复杂性，目前很少在飞机上使用。它主要出现在三引擎或四引擎的飞机上。顾名思义，在并联母线系统中，发电机是并联连接的。

　　在发电机并联之前，应同步发电机，使其电压输出和频率相同。此外，一台发电机上的A、B和C相必须与第二台发电机、第三台发电机的A、B和C相相同。这样可以防止损坏发电机。请记住，一旦发电机并联，它们就会一起工作并共享电力负载。

　　在并联系统中，每台发电机的母线通过其发电机断路器连接。母线由每相(A、B和C)的三个单独母线组成。然后，这些母线通过联络断路器连接到同步母线。该同步总线的功能是允许发电机并联运行。辅助动力装置(APU)和外部电源也连接到同步杆。

　　并联发电机的主要优点之一是，如果其中一台发电机在飞行中发生故障，其余的发电机可以有效地分担负载。另一个优点是，如果发电机出现故障，系统不会中断，因为其他发电机仍在为同步总线供电，从而为连接到同步总线的部件供电。在波音727等老式飞机上，飞行工程师可以利用飞机上发电机的频率。发电机不同步时，同步指示灯点亮。然后，工程师可以手动控制发电机的频率，直到灯熄灭。如果不同步，发电机就无法连接到同步总线。

　　分体式母线系统和分体式并联母线系统

　　大多数现代飞机都使用这种系统。在分体式母线系统中，每台发电机都有自己的母线，并且没有并联。每个发电机分别为其各自的母线供电。如果此系统中的发电机发生故障，则剩余的发电机为发生故障的发电机的总线供电。

　　波音747是唯一一种具有部分并联系统的现代飞机，称为分体式并联总线系统。在该系统中，有两条同步母线通过联络断路器连接。由于飞机上有四台发电机，两台发电机分别为两条同步总线供电。这种类型的系统虽然仍然很复杂，但同时具有拆分总线和并行总线系统的优点。由于并联系统的负载分担能力要好得多，因此在故障条件下，单个发电机上的负载会减少。

　　举个例子，我们可以将B747系统与另一种四引擎飞机——空中客车A340的系统进行比较。A340采用分体式母线系统。在A340中，如果发电机发生故障，同侧发电机将为发生故障的发电机总线供电。剩下的发电机无法帮助容纳发生故障的发电机总线，因为只有同侧发电机才能。这意味着需要进行一些减载，以避免供电发电机过载。

　　在B747中，单个发电机的故障对飞机的发电能力几乎没有影响。剩下的三台发电机仍与同步总线相连。这意味着三台发电机可以共享负载，并通过同步总线为发生故障的发电机总线供电。有了这个系统，就可以通过一台发电机为B747中的所有四条交流母线供电(由于飞机使用的是一台发电机，因此可以预期会有一些减载)。在A340中，三台发电机(剩余一台)发生故障，将完全关闭交流电气系统的一侧。如果右侧的两台发电机发生故障，右侧的交流母线将失去电力。这需要大量的甩负荷。

　　应急电气系统

　　所有运输机都有电气系统的备份。发电机是主要的电力来源，由发动机运行，发动机故障可能会扰乱发电机的工作。发电机本身的故障可能会使其无法工作。由于这个原因，一种用于应急电力的手段变得必要。

　　冲压空气涡轮机(RAT)

　　RAT是一种在主电功率损失的情况下从飞机上脱落的涡轮机。当涡轮机运行时，它会转动液压系统。然后，该液压系统运行应急发电机，该发电机为飞机中的重要系统提供电力。

　　应急发电机不如主飞机发电机，因此它只为飞机安全运行所必需的最关键部件供电。对于电传飞机来说，这意味着它可以支持一些飞行控制计算机和飞行仪器。

　　APU发电机

　　在大多数客机上，APU都可以在空中启动。APU的发电机与飞机上的发电机一样强大。在APU发电机工作的情况下，它可以支持飞机上许多非必要和所有必要的系统。

　　飞机电池是最后的手段

　　法规要求，如果飞机使用纯电池供电，电池至少能使用30分钟。在一些电气系统正常运行的飞机上，这可能是不可能的。在这种飞机上，飞行员可能需要关闭大部分设备，并依靠非常基本的仪器来驾驶飞机。

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