CN102347610A - 飞行器的供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及飞行器的供电系统，包括通过至少一个配电通道对至少一个技术负载和至少一个商业负载进行馈电的至少一个主发电机(20)，所述至少一个配电通道包括至少一个配电总线(21，23，25)和至少一个电压转换器(22，24，26)，其中至少一个负载的接地模式是具有绝缘中性线或高阻抗中性线的IT类型接地配置。

Description

飞行器的供电系统
技术领域
本发明涉及飞行器的供电系统，例如飞机的供电系统。
在下文中，为了简明，举例考虑飞机类型的飞行器。
背景技术
在飞行器中，主发电机和辅助发电机通过包括配电总线和电压转换器的配电通道对技术电负载和商业电负载进行馈电。
为了确保货物和人员的保护，航空电网中的接地模式使用TN-C类型配置。尽管所连接的负载数量较大，但该模式使得可以容易地确保保护的选择性。这些负载可以特别是商业负载，其数量取决于由客户公司选择的机舱容量。
该TN-C类型配置的意思是：
-T：设施的直接接地的中性导体，
-N：连接到中性导体的设施框架，
-C：设施框架保护导体和中性导体相一致。
如图1所示，在飞机上的供电系统中，每个主发电机G的中性线连接到飞机的机身10以便确保不平衡相和故障电流的返回路径。此外，不同负载的所有框架连接到该机身。因此该机身同时充当中性导体和地的角色。因此，在图1中示出以下三相发电机G和相到地故障负载12：该发电机G的中性线连接到机身10，该发电机G通过相ph1、ph2和ph3连接到供电中心11，该相到地故障负载12的框架连接到机身10。还示出了与该故障负载12相关联的传递到机身10的故障电流id 13。
然而，在这样的TN-C类型接地配置中，当第一个电故障出现时触发保护，这对于技术负载的设计是很有害的。
在“多电飞机(more electric airplane)”的情况下，如图2所示那样使用配电通道实现向负载供电的连接。在该图中，VFG(变频发电机)HVAC(高压交流)发电机20通过HVAC/HVDC(高压直流)转换器22连接到HVDC配电总线21。该HVDC总线21首先通过HVDC/DC转换器24连接到直流配电总线23，并附加地通过HVDC/AC转换器26连接到交流配电总线25。直流配电总线23连接到电池和充电器装置27。
对电源的要求使得必须使用较高的配电电压，这允许减少飞机系统和线缆的重量。然而，由于与现有设备的兼容性，商业负载和计算器仍然必须被供给115伏特交流电和28伏特直流电。因此通过转换器实现了向这些负载的供电。
本发明的目的是使用转换器实现使电网隔离成“技术”部分和“商业”部分来解决这些问题，这两个部分使用不同的接地模式。
发明内容
本发明涉及一种用于飞行器的供电系统，包括通过至少一个配电通道对至少一个技术负载和至少一个商业负载进行馈电的至少一个主发电机，所述至少一个配电通道包括至少一个配电总线和至少一个电压转换器，其特征在于至少一个负载的接地模式是具有绝缘中性线或高阻抗中性线的IT类型接地配置，高功率技术负载使用IT类型接地配置，商业负载使用TN-C类型接地配置，这样的隔离被实现用于保护负载。
优选地，至少一个负载具有TN-C类型接地配置。
优选地，这两个接地配置之间的隔离是通过电流隔离装置(例如电压转换器)实现的。
优选地，永久绝缘监视器允许由使用IT类型连接配置的系统供电的负载的保护。
优选地，本发明的系统包括不具有中性线连接的至少一个交流发电机，这样的连接对于保护目的而言变得不必要。
本发明还涉及包括该系统的飞行器。
本发明的系统大大地便于在由复合材料建造的飞机的范围中保护不受短路影响。
附图说明
图1和图2示出两个现有技术配置。
图3示出本发明的系统。
图4至图11示出本发明的系统的不同特征。
具体实施方式
在本发明的系统中，使用以下面方式选择的两个不同接地模式：
-高功率技术负载使用IT类型接地配置，也就是说，具有与地绝缘或具有高阻抗的中性线，这些负载的框架连接到飞机的结构或连接到在飞机使用热塑性复合材料的情况下允许电流返回的导体结构。这样的IT配置被用于需要服务的连续性的工业设施中。然而，在航空领域中直到现在并未使用该IT配置。
-商业负载使用TN-C类型的接地配置。
通过提供电流隔离的部件来实现这两种接地配置之间的隔离。
事实上：
-以230伏特交流电或+/-270伏特直流电压工作的高功率技术负载需要较高级别的可用性并且数量不多；
-以115伏特交流电和28伏特直流电压工作的商业负载和某些较低功率技术负载的数量较多。
为了实现将通道隔离成“子网”，如图3所示，以及为了使用不同的接地配置，在“子网”之间使用了电流隔离，这是例如通过使用转换器实现的。因此在图3中有三个子网30、31和32以及三个转换器，分别是HVAC/HVDC 22、HVDC/DC 24以及HVDC/AC 26。事实上：
-HVDC←→DC电压转换可以例如通过具有隔离级41和42的可逆BBCU(降压-升压型转换器单元)转换器40实现，如图4所示。
-HVDC←→AC电压转换可以例如通过转换器26实现，转换器26包括与可以包括绝缘的滤波器44相关联的逆变器模块43，如图5所示。
-HVAC←→AC转换可以例如使用ATU(自动变压器单元)变压器45，其允许实现隔离，如图6所示。
-HVAC←→DC转换可以例如使用TRU(变压整流器单元)变压-整流器46和隔离级47，如图7所示。
图4至图7示出使用Δ-Y连接的转换器。但是可以想到初级和次级之间的任何其它连接组合，只要其允许初级和次级之间的隔离。使用“IT”型接地配置的保护
使用“IT”配置可以保护高电压“子网”，“IT”配置使用永久绝缘监视器(CPI)来保护网络。该监视器可以连接到交流侧或直流侧。在两种情况下，故障检测都工作。
图8至图9示出在单故障或双故障的情况下使用“IT”类型接地配置的保护：
-在单故障的情况下，故障电流由较高的中性线-地阻抗限定。因此没有危险并且检测到故障。
-在双故障的情况下，我们处理与“TN-C”模式中的单故障相似的故障。然后可以使用相同的保护设备。
图8示出包括三个定子电感器的发电机50，该三个定子电感器的中性线(公共)点通过高阻抗Z连接到地，高阻抗Z被调整为使得得到不危险的故障电流。该发电机50可以通过三相开关52连接到电网51。还示出了第二负载55。线PE表示负载54和55的框架到地的连接的等势线。当绝缘故障56发生时，此处在第一负载53的相ph1上，故障电流id遵循环路57流通并因此通过阻抗Z，阻抗Z限制该电流id的值。
在图9中，可见与图8示出的部件相同的部件。第二负载55现在通过三相开关57连接到网络。当双绝缘故障发生时，此处即第一负载53的相ph3上的故障58和第二负载55的相ph1上的故障59，故障电流遵循环路A、B、C、D、E、G、H、I、J、K、A并且不通过阻抗Z。
在单故障的情况下可以保护技术负载。然后手动或自动的故障跟踪使得可以检测故障。
在电力通道上，添加了永久绝缘监视器60，如图10所示。
使用“TN-C”型接地配置的保护
该保护配置在航空领域是广泛使用的。电网被细分为多个子网，其中每一个都具有隔离变压器，其次级具有配电中性线。变压器的中性线可以连接到地并且负载中的每一个的框架也连接到地。就获得“TN”类型配置。
这样的设计使得可以保持该接地模式的实施的简单性以及其与多个负载一起工作的天然容易性。
异常操作
异常操作是指发电机的缺失以及随后由另一发电机对通道的接管，如图11所示。在该图中，示出了图10中已经示出的通道以及第二通道，第二通道的添加了“’”的附图标记对应于图10的附图标记。
在这种情况下，禁止两个通道中的一个通道的永久绝缘监视器60，另一个永久绝缘监视器60’允许实现整个网络的保护。
对配电的影响
根据所执行的电网的细分，由“IT”类型接地配置保护的网络部分包括发电机。因此，不必分配发电机的中性线，这使得可以简化安装并减少相关的馈电线路的重量。
此外，不具有分配的中性线的事实在结构上减少三的倍数的电压谐波。因此可以使用新的允许限制谐波的定子绕组设计。实际上，在发电机设计期间，定子绕组被布置为使得产生损失的谐波最小。由于不可能减少所有谐波，所以选择抑制3阶谐波，这需要特别类型的绕组。在本发明中，消除中性线使得可以还消除3的倍数阶的任意谐波。因此可以抑制或减少更高阶的任意谐波，例如5或7阶谐波，这允许发电机具有更少损失并且因此被针对效率优化。
在由热塑性复合材料(CFRP)制成的飞机的情况下，由于中性线线缆可以一直延伸到电源中心，所以与该线缆相关联的接触器和端子可被减少。
无论使用哪种发电机，本发明都能工作：发电机例如IDG(集成驱动发电机)、VFG(变频发电机)甚至PMG(永磁铁发电机)，具有或不具有启动功能。

Claims (7)

1.一种用于飞行器的供电系统，包括电网，该电网包括通过至少一个配电通道对至少一个技术负载和至少一个商业负载进行馈电的至少一个主发电机(20)，所述至少一个配电通道包括至少一个配电总线(21，23，25)和至少一个电压转换器(22，24，26)，其特征在于至少一个负载的接地模式是具有绝缘中性线或高阻抗中性线的IT类型接地配置，以及高功率技术负载使用IT类型接地配置，所述商业负载使用TN-C类型接地配置。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，至少一个负载具有TN-C类型接地配置。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，这些接地配置之间的隔离是通过所述电压转换器实现的。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述两个接地配置之间的隔离是通过电流隔离装置实现的。
5.根据权利要求1所述的系统，包括永久绝缘监视器，用于由使用所述IT类型连接配置的所述网络供电的所述负载的保护。
6.根据权利要求1所述的系统，包括至少一个不具有中性线连接的交流发电机。
7.一种飞行器，包括根据前述权利要求中任一项所述的系统。
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