（91697部隊 青島 266000）

1 引言

自20世紀40年代以來，世界各國在飛機電氣系統(tǒng)的研究方面變得日趨先進和完善，理論水平和實踐應(yīng)用都有了質(zhì)的飛躍和提高［1］，飛機性能不斷提高的同時，飛機機載用電設(shè)備也越來越復(fù)雜和完善，這意味著對飛機供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和均衡性都提出了更高的要求，我們采用環(huán)形配電系統(tǒng)的配電方案，使運X飛機原有供電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)的分布結(jié)構(gòu)作重新分布和設(shè)計，使用電設(shè)備從多個方向獲得電源輸入，同時使供配電回路采用真空接觸器或者環(huán)網(wǎng)開關(guān)進行控制，在供配電過程中，當出現(xiàn)供電故障時，要求環(huán)網(wǎng)開關(guān)具有自動連接和斷開功能以達到配電網(wǎng)能夠具備一定的容錯和重構(gòu)能力［2］。

運X飛機共有八臺發(fā)電機為其供電，我們?nèi)我膺x取兩臺發(fā)電機進行分組并聯(lián)，當向機載用電設(shè)備供電時，若兩臺發(fā)電機輸出電流不同必然導(dǎo)致負載分配不均衡，當差值大于臨界值時，可能會導(dǎo)致一臺發(fā)電機過熱而損壞。找到兩臺發(fā)電機并聯(lián)供電時的負載分配均衡性條件，會大大提高供電可靠性和安全性［3］。

2 配電系統(tǒng)形式

現(xiàn)代飛機的快速發(fā)展對供配電系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求越來越高，飛機配電系統(tǒng)到目前為止總共經(jīng)歷過三種形式的變化，一是常規(guī)配電系統(tǒng)，二是遙控配電系統(tǒng)，三是電氣多路傳輸配電系統(tǒng)［4］。三種配電系統(tǒng)在應(yīng)用過程中各有利與弊，總的來說，電氣多路傳輸配電系統(tǒng)更適合現(xiàn)代飛機高速發(fā)展的配電需要，因為它采用了較先進的分布式配電方法，其應(yīng)用范圍也越來越廣，它主要由數(shù)據(jù)處理機、發(fā)電機控制裝置及總線等組成，同時該配電系統(tǒng)形式主要以計算機作為控制方式，這樣就極大的簡化了飛行員和空勤人員的操作程序和步驟，節(jié)省了大量人力資源，同時為機務(wù)人員維護飛機提供了極大的方便，以運X飛機為應(yīng)用背景，采用分布式環(huán)形配電系統(tǒng)對飛機負載進行配電，能夠極大的提升飛機供配電系統(tǒng)的安全性和可靠性，同時能在最大程度上提高了飛機的容錯和重構(gòu)能力。確保飛機安全可靠［5］。

圖1 某型飛機環(huán)形配電系統(tǒng)示意圖

配電系統(tǒng)采用環(huán)形系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，用電匯流條能從兩個或兩個以上方向獲得電能，這樣能保證對飛機各部分可靠地輸配電能并管理各類電氣負載并保護機載設(shè)備［6］。環(huán)網(wǎng)由電纜、匯流條、配電板、負載及多個繼電器構(gòu)成，由于繼電器中的執(zhí)行機構(gòu)能夠?qū)Ρ豢刂齐娐穼崿F(xiàn)通斷，因此可以有效地實現(xiàn)環(huán)形配電網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)來提高容錯水平。圖1為運X飛機環(huán)形配電系統(tǒng)示意圖，從圖中可以看出，環(huán)網(wǎng)的主電源由F1-F8組成，此八臺發(fā)電機由主發(fā)動機驅(qū)動，其中，單發(fā)的容量值為12kW，飛機直流供電電壓為27V，環(huán)網(wǎng)中的輔助發(fā)電機APU為整個系統(tǒng)提供輔助電源供電［7］，飛機在地面工作時，外電源通過1號和2號插座對整個環(huán)網(wǎng)匯流條進行供電，飛機蓄電池在飛機主電源不工作或者一些特殊情況發(fā)生時作為應(yīng)急電源對飛機上的能夠保證飛機安全降落的負載進行不間斷供電。

3 影響負載分配均衡性的關(guān)鍵因素

以環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的配電系統(tǒng)為切入點，配電網(wǎng)中的單組并聯(lián)發(fā)電機為相應(yīng)匯流條進行供電，總?cè)萘繛?4kW，如果供配電系統(tǒng)可靠且無故障，能夠保證負載供電的均衡性，當輸出電流出現(xiàn)偏差超出一定范圍時，負載得到的輸入必然不同，如果超過極限值，將會損壞其中一臺發(fā)電機，這樣將大大降低飛機的可靠性和安全性［9］。兩臺發(fā)電機并聯(lián)供電的原理電路圖如圖2所示，由圖可知：

圖2 兩臺發(fā)電機并聯(lián)供電原理電路

式中U代表16、1、2、3匯流條總電壓，U2和U5為供電發(fā)電機的調(diào)節(jié)電壓，R2a和R5a分別表示兩臺發(fā)電機的電阻，I2和I5為兩臺發(fā)電機的輸出電流，I和R分別為負載電流和負載電阻［10］。

假設(shè)兩臺發(fā)電機的調(diào)壓器為有差調(diào)節(jié)，系數(shù)分別為K2和K5，則有

U20和U50分別為發(fā)電機的空載電壓。整理得

通過相關(guān)計算可知，影響飛機負載分配均衡性的關(guān)鍵因素主要有以下幾個方面：一是發(fā)電機的正線電阻；二是空載電壓；三是發(fā)電機調(diào)壓器的坡率系統(tǒng)［11］。

4 負載均衡分配方法設(shè)計實現(xiàn)

無論是電氣多路傳輸供電系統(tǒng)，還是分布式環(huán)形配電系統(tǒng)，同時滿足正線電阻相等、空載電壓相同及發(fā)電機調(diào)壓器坡率相等很難，依托運X飛機，我們可以設(shè)計一個晶體管調(diào)壓器電路，其均衡電路模型如圖3所示。

圖3 帶晶體管調(diào)節(jié)器的并聯(lián)供電系統(tǒng)均衡回路

R24表示負載均衡電路的均衡敏感電阻，兩個均衡敏感電阻的一端接發(fā)電機F2和F5的負端A和B兩點，當發(fā)電機輸出負載不同，如果此時I2大于I5，當均衡電路接通時，均衡敏感電阻上的壓降將使得F1發(fā)電機調(diào)壓器敏感點的電壓Ua2升高，末級功率管的導(dǎo)通比減小，平均激磁電流減小，F(xiàn)1發(fā)電機電壓降低，輸出電流I2減小；同樣的對于F5發(fā)電機的這些參數(shù)將會升高，最終將使得電流差ΔI=I2-I5減小［12］。

以γ表示均衡靈敏系數(shù)，經(jīng)大量數(shù)據(jù)驗證和計算，最終得到

式（6）、式（7）表明，在飛機供配電過程中若使得負載均衡配電，必須同時滿足以下四個條件：

一是兩臺發(fā)電機的正線電阻相等即R+1=R+2；

二是兩臺發(fā)電機的空載電壓相等即R10=R20；

三是兩個調(diào)壓系統(tǒng)的坡率系數(shù)相同即k1=k2；

四是并聯(lián)供電系統(tǒng)的兩個均衡靈敏系數(shù)相等即γ1=γ2。

5 結(jié)語

在后續(xù)的學(xué)術(shù)研究或?qū)嵺`應(yīng)用中，應(yīng)注重確保兩臺發(fā)電機的正線電阻、兩臺發(fā)電機的空載電壓、兩個調(diào)壓系統(tǒng)的坡率系數(shù)及并聯(lián)供電系統(tǒng)的兩個均衡靈敏系數(shù)相同，這四個必要條件滿足后，在低壓直流小區(qū)域多電源多負載特殊環(huán)境下的配電系統(tǒng)中，應(yīng)用繼電保護技術(shù)完成故障隔離與配電系統(tǒng)重構(gòu)對于拓展繼電保護技術(shù)的應(yīng)用有著積極的意義。