現(xiàn)代運輸機是耗電的機器。在過去的幾年里，他們變得越來越依賴電力。即使是飛機的最關(guān)鍵部件，如飛行控制系統(tǒng)，也需要電力才能正常工作。最新一代飛機，如波音787和空客A350，由于其關(guān)鍵飛機設(shè)備的用電，被稱為“更多電動飛機”(MEA)。

　　本文將重點介紹飛機的電氣系統(tǒng)是如何工作的。

　　交流(AC)或直流(DC)

　　直流電是小型飛機的主要電源，這是很常見的。例如，在大多數(shù)渦輪螺旋槳飛機中，如ATR和Dash 8s，直流電機在啟動過程中充當(dāng)啟動發(fā)電機。在較大的飛機上，使用交流電。交流電動機具有更好的功率重量比并且在設(shè)計上更簡單。由于更大的飛機需要更多的電力，直流電機和直流電力系統(tǒng)變得不切實際。

　　在所有飛機上，都有需要直流或交流電力的設(shè)備。因此，在直流系統(tǒng)中，一種叫做逆變器的東西被用來將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。在交流系統(tǒng)的情況下，變壓器整流器(TR)被用來將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。一些渦輪螺旋槳飛機有交流發(fā)電機，為某些特定設(shè)備(如雨刮器和防冰系統(tǒng))提供變頻電源。但這些發(fā)電機不如直流發(fā)電機強大。

　　飛機的主要電氣系統(tǒng)是如何工作的

　　電氣系統(tǒng)主要有兩種類型。一種被稱為分體式總線系統(tǒng)，另一種被稱作并聯(lián)母線系統(tǒng)。還存在一種稱為分裂并聯(lián)母線系統(tǒng)的混合系統(tǒng)。在我們研究這些系統(tǒng)的細(xì)節(jié)之前，讓我們先看看電氣系統(tǒng)的各個組件。

　　電池

　　電池是飛機最基本的電力來源。在大型飛機上，有兩個單獨的電池用于冗余目的。這些電池首先用于給飛機供電。蓄電池接通后，可用于啟動輔助動力裝置(APU)。在APU可用的情況下，如果電池充滿電，就會斷開與飛機電氣系統(tǒng)的連接，并在剩余的飛行中保持這種狀態(tài)。由于電池是飛行中發(fā)生完全電氣故障時的最后電源，因此在飛行的任何階段都不用于為飛機供電。許多飛機使用鎳鎘電池。

　　發(fā)電機

　　發(fā)電機有兩種類型——直流發(fā)電機和交流發(fā)電機，最正確的說法是交流發(fā)電機。飛機電氣系統(tǒng)中直流發(fā)電機和交流發(fā)電機之間的主要區(qū)別在于，在前者中，發(fā)電機的電樞轉(zhuǎn)動，而在后者中，磁場或磁體圍繞固定電樞轉(zhuǎn)動。

　　由于大多數(shù)大型客機都使用交流發(fā)電機，我們將在本文中討論它們。飛機上使用的交流發(fā)電機是三相發(fā)電機。這意味著發(fā)電機周圍的繞組以這樣的方式布置，即每相與另一相相差120度。交流發(fā)電機的輸出以所謂的星形方式連接。在這里，三個相連接起來形成一個接地的中性點。

　　從這種連接可以得出兩個電壓讀數(shù)——相電壓和線電壓。相電壓可以通過取中性點和線路引線之間的電壓來測量，而兩條線路之間的測量電壓給出線路電壓。在飛機中，線路電壓約為200伏，相電壓約為115伏，頻率為400Hz。因此，飛機的電氣系統(tǒng)被稱為115V/200V/400Hz/3相系統(tǒng)。400赫茲是飛機上使用的發(fā)電機的最佳頻率。

　　在飛機上，發(fā)電機由發(fā)動機轉(zhuǎn)動。這意味著發(fā)電機的轉(zhuǎn)速或頻率隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化而變化。在飛行過程中，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速會發(fā)生變化，這可能會影響發(fā)電機的轉(zhuǎn)速。因此，控制發(fā)電機的速度以保持其頻率變得至關(guān)重要。為此，使用了一種稱為恒速驅(qū)動單元(CSDU)的設(shè)備。

　　CSDU由一個由發(fā)動機運行的液壓泵組成。然后，泵運行液壓馬達(dá)。當(dāng)發(fā)電機向液壓泵發(fā)送低速或超速信號時，它會改變發(fā)送到液壓泵的油液以控制發(fā)電機的速度。大多數(shù)IDG可以將頻率保持在所需400Hz的5%以內(nèi)。

　　母線

　　母線是用于將電力從發(fā)電機等電源傳輸?shù)絾蝹€設(shè)備的金屬條。在飛機上，有許多單獨的母線。例如，電池有其母線，還有由許多電源供電的主母線，如發(fā)動機發(fā)電機、APU發(fā)電機、外部電源等。當(dāng)我們在接下來的段落中查看拆分母線和并聯(lián)母線系統(tǒng)時，您將更好地了解母線。

　　飛機上最重要的公共汽車之一是熱電池公共汽車。這些母線與電池?zé)徇B接，即使飛機完全關(guān)閉，也能正常工作。發(fā)動機滅火器和疏散滑梯系統(tǒng)由熱電池總線供電。

　　并聯(lián)母線系統(tǒng)

　　由于并聯(lián)母線系統(tǒng)的復(fù)雜性，目前很少在飛機上使用。它主要出現(xiàn)在三引擎或四引擎的飛機上。顧名思義，在并聯(lián)母線系統(tǒng)中，發(fā)電機是并聯(lián)連接的。

　　在發(fā)電機并聯(lián)之前，應(yīng)同步發(fā)電機，使其電壓輸出和頻率相同。此外，一臺發(fā)電機上的A、B和C相必須與第二臺發(fā)電機、第三臺發(fā)電機的A、B和C相相同。這樣可以防止損壞發(fā)電機。請記住，一旦發(fā)電機并聯(lián)，它們就會一起工作并共享電力負(fù)載。

　　在并聯(lián)系統(tǒng)中，每臺發(fā)電機的母線通過其發(fā)電機斷路器連接。母線由每相(A、B和C)的三個單獨母線組成。然后，這些母線通過聯(lián)絡(luò)斷路器連接到同步母線。該同步總線的功能是允許發(fā)電機并聯(lián)運行。輔助動力裝置(APU)和外部電源也連接到同步桿。

　　并聯(lián)發(fā)電機的主要優(yōu)點之一是，如果其中一臺發(fā)電機在飛行中發(fā)生故障，其余的發(fā)電機可以有效地分擔(dān)負(fù)載。另一個優(yōu)點是，如果發(fā)電機出現(xiàn)故障，系統(tǒng)不會中斷，因為其他發(fā)電機仍在為同步總線供電，從而為連接到同步總線的部件供電。在波音727等老式飛機上，飛行工程師可以利用飛機上發(fā)電機的頻率。發(fā)電機不同步時，同步指示燈點亮。然后，工程師可以手動控制發(fā)電機的頻率，直到燈熄滅。如果不同步，發(fā)電機就無法連接到同步總線。

　　分體式母線系統(tǒng)和分體式并聯(lián)母線系統(tǒng)

　　大多數(shù)現(xiàn)代飛機都使用這種系統(tǒng)。在分體式母線系統(tǒng)中，每臺發(fā)電機都有自己的母線，并且沒有并聯(lián)。每個發(fā)電機分別為其各自的母線供電。如果此系統(tǒng)中的發(fā)電機發(fā)生故障，則剩余的發(fā)電機為發(fā)生故障的發(fā)電機的總線供電。

　　波音747是唯一一種具有部分并聯(lián)系統(tǒng)的現(xiàn)代飛機，稱為分體式并聯(lián)總線系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，有兩條同步母線通過聯(lián)絡(luò)斷路器連接。由于飛機上有四臺發(fā)電機，兩臺發(fā)電機分別為兩條同步總線供電。這種類型的系統(tǒng)雖然仍然很復(fù)雜，但同時具有拆分總線和并行總線系統(tǒng)的優(yōu)點。由于并聯(lián)系統(tǒng)的負(fù)載分擔(dān)能力要好得多，因此在故障條件下，單個發(fā)電機上的負(fù)載會減少。

　　舉個例子，我們可以將B747系統(tǒng)與另一種四引擎飛機——空中客車A340的系統(tǒng)進(jìn)行比較。A340采用分體式母線系統(tǒng)。在A340中，如果發(fā)電機發(fā)生故障，同側(cè)發(fā)電機將為發(fā)生故障的發(fā)電機總線供電。剩下的發(fā)電機無法幫助容納發(fā)生故障的發(fā)電機總線，因為只有同側(cè)發(fā)電機才能。這意味著需要進(jìn)行一些減載，以避免供電發(fā)電機過載。

　　在B747中，單個發(fā)電機的故障對飛機的發(fā)電能力幾乎沒有影響。剩下的三臺發(fā)電機仍與同步總線相連。這意味著三臺發(fā)電機可以共享負(fù)載，并通過同步總線為發(fā)生故障的發(fā)電機總線供電。有了這個系統(tǒng)，就可以通過一臺發(fā)電機為B747中的所有四條交流母線供電(由于飛機使用的是一臺發(fā)電機，因此可以預(yù)期會有一些減載)。在A340中，三臺發(fā)電機(剩余一臺)發(fā)生故障，將完全關(guān)閉交流電氣系統(tǒng)的一側(cè)。如果右側(cè)的兩臺發(fā)電機發(fā)生故障，右側(cè)的交流母線將失去電力。這需要大量的甩負(fù)荷。

　　應(yīng)急電氣系統(tǒng)

　　所有運輸機都有電氣系統(tǒng)的備份。發(fā)電機是主要的電力來源，由發(fā)動機運行，發(fā)動機故障可能會擾亂發(fā)電機的工作。發(fā)電機本身的故障可能會使其無法工作。由于這個原因，一種用于應(yīng)急電力的手段變得必要。

　　沖壓空氣渦輪機(RAT)

　　RAT是一種在主電功率損失的情況下從飛機上脫落的渦輪機。當(dāng)渦輪機運行時，它會轉(zhuǎn)動液壓系統(tǒng)。然后，該液壓系統(tǒng)運行應(yīng)急發(fā)電機，該發(fā)電機為飛機中的重要系統(tǒng)提供電力。

　　應(yīng)急發(fā)電機不如主飛機發(fā)電機，因此它只為飛機安全運行所必需的最關(guān)鍵部件供電。對于電傳飛機來說，這意味著它可以支持一些飛行控制計算機和飛行儀器。

　　APU發(fā)電機

　　在大多數(shù)客機上，APU都可以在空中啟動。APU的發(fā)電機與飛機上的發(fā)電機一樣強大。在APU發(fā)電機工作的情況下，它可以支持飛機上許多非必要和所有必要的系統(tǒng)。

　　飛機電池是最后的手段

　　法規(guī)要求，如果飛機使用純電池供電，電池至少能使用30分鐘。在一些電氣系統(tǒng)正常運行的飛機上，這可能是不可能的。在這種飛機上，飛行員可能需要關(guān)閉大部分設(shè)備，并依靠非常基本的儀器來駕駛飛機。

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