CN110556819A - 单通道多电飞机asg频率保护结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开单通道多电飞机ASG频率保护结构，ASG频率保护包括欠频保护、过频保护和欠速保护。其中，欠频保护和过频保护又均细分两个子频段，分别对应过频1保护（OF1）和过频2（OF2）保护，以及欠频1保护（UF1）和欠频2（UF2）保护。在实施频率保护时，发电机控制器A GCU会断开断路器APU，在必要时，还会禁能VR，抑制发动机起动功能。
Description
技术领域
本发明涉及单通道多电飞机ASG频率保护结构。
背景技术
发电机控制器（Generator Control Unit，GCU）的作用有两个，一个是为发电机提供励磁调节，另一个功能是为发电机及主功率汇流条提供保护。对于辅助起动发电机ASG而言，频率保护是其对应的GCU，即A GCU（Auxiliary GCU）的一项基本保护功能。
与传统飞机的115VAC/400Hz定频发电机不同，多电飞机采用了235VAC的变频发电机，因此其频率保护阈值需要重新整定，同时要设定相应的保护控制逻辑。
发明内容
本发明提出单通道多电飞机ASG频率保护结构。其中有两个创新点，其一是将欠频和过频细分了2个子频段，根据欠频和过频的恶化程度，设置相应的跳闸保护时间，并设置相应的保护控制逻辑；其二是考虑了欠速状态对频率的影响，降低了误跳闸的可能性。
为了实现这一目的，本发明的技术方案如下：单通道多电飞机ASG频率保护结构，包含有，
主发电机GEN L与断路器L GCB的第一端相连，断路器L GCB的第二端与汇流条L235VAC Bus相连；
主发电机GEN R与断路器R GCB的第一端相连，断路器R GCB的第二端与汇流条R235VAC Bus相连；
辅助发电机APU GEN与断路器APB的第一端相连，汇流条L 235VAC Bus与接触器L BTB的第一端相连，汇流条R 235VAC Bus与接触器R BTB的第一端相连，接触器APB的第二端分别与接触器L BTB的第二端及接触器R BTB的第二端相连；
汇流条L 235VAC Bus与接触器L ATUC的第一端相连，接触器L ATUC的第二端与电能转换装置L ATU相连，电能转换装置L ATU又与接触器L BSB的第一端相连，接触器L BSB的第二端与汇流条L 115VAC Bus相连；
汇流条R 235VAC Bus与接触器R ATUC的第一端相连，接触器R ATUC的第二端与电能转换装置R ATU相连，电能转换装置R ATU又与接触器R BSB的第一端相连，接触器R BSB的第二端与汇流条R 115VAC Bus相连；
地面电源L FWD EP与接触器L EPC的第一端相连，接触器L EPC的第二端与接触器LBSB的第一端相连；
地面电源R FWD EP与接触器R EPC的第一端相连，接触器R EPC的第二端与接触器RBSB的第一端相连；
汇流条L 235VAC Bus与接触器LacT的第一端相连，接触器LacT的第二端与接触器RacT的第一端相连，接触器RacT的第二端与汇流条R 235VAC Bus相连；
接触器L ATUC的第二端与接触器L TRU Rly的第一端相连，接触器L TRU Rly的第二端与电源转换装置TRU L相连，电源转换装置TRU L又与汇流条L 28VDC Bus相连；
接触器R ATUC的第二端与接触器R TRU Rly的第一端相连，接触器R TRU Rly的第二端与电源转换装置TRU R相连，电源转换装置TRU R又与汇流条R 28VDC Bus相连；
汇流条L 28VDC Bus与接触器LdcT的第一端相连，接触器LdcT的第二端与接触器RdcT的第一端相连，接触器RdcT的第二端与汇流条R 28VDC Bus相连；
接触器L ATUC的第二端与接触器E1 TRU ISO Rly的第一端相连，接触器E1 TRU ISORly的第二端分别与电源转换装置TRU E1及接触器E1 TRU Rly的第一端相连，电源转换装置TRU E1又与汇流条ESS1 28VDC Bus的第一端相连，接触器ESS ISO Rly的第二端与汇流条ESS 235VAC Bus相连，汇流条ESS 235VAC Bus与电源转换装置TRU E2相连，电源转换装置TRU E2又与汇流条ESS2 28VDC Bus相连；
发电机GEN RAT与接触器RCB的第一端相连，接触器RCB的第二端与汇流条ESS 235VACBus相连；
汇流条ESS1 28VDC Bus与接触器E1T的第一端相连，接触器E1T的第二端与接触器E2T的第一端相连，接触器E2T的第二端与汇流条ESS2 28VDC Bus相连；
汇流条ESS1 28VDC Bus与接触器MBR的第一端相连，接触器MBR的第二端与汇流条HotBB1相连；
汇流条Hot BB2与接触器SPUC的第一端相连，接触器SPUC的第二端与SPU相连，SPU与接触器SPUB的第一端相连，接触器SPUB的第二端与自耦变压整流器ATRU R相连；
汇流条L 235VAC Bus与接触器L ATRUC的第一端相连，接触器L ATRUC的第二端与自耦变压整流器ATRU L相连，自耦变压整流器ATRU L又与汇流条L 270VDC Bus相连；
汇流条R 235VAC Bus与接触器R ATRUC的第一端相连，接触器R ATRUC的第二端与自耦变压整流器ATRU R相连，自耦变压整流器ATRU R又与汇流条R 270VDC Bus相连；
外部电源L AFT EP与接触器L AEPC的第一端相连，接触器L AEPC的第二端与自耦变压整流器ATRU L相连；
ASG频率保护包括欠频保护、过频保护和欠速保护，其中，欠频保护和过频保护又细分了两个子频段，分别对应过频1保护（Over Frequency 1, OF1）和过频2（OF2）保护，以及欠频1保护（Under Frequency1，UF1）和欠频2（UF2）保护。
主发电机GEN L供电及主发电机GEN R均为额定功率为225kVA、额定电压为235VAC的变频发电机；辅助发电机APU GEN为额定功率为200kVA、额定电压为235VAC的变频发电机；发电机GEN RAT为额度功率50kVA、额度电压为235VAC的变频发电机；地面电源L FWDEP、地面电源R FWD EP及第三外部电源L AFT EP的额定电压为115VAC；自耦变压整流器ATRU L及自耦变压整流器ATRU R的额定功率均为150kVA，电能转换装置L ATU及电能转换装置R ATU的额定容量均为60kVA，电源转换装置TRU L、电源转换装置TRU R、电源转换装置TRU E1及电源转换装置TRU E2的额定输出电流均为240A；蓄电池Main BAT及蓄电池APUBAT均为额定电压为28VDC、容量为75Ah的蓄电池。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：
1.适应235VAC的变频发电机。
2.引入235VAC汇流条，以代替传统飞机的115VAC汇流条，功率等级提高。
3.引入270VDC电压等级，用于给大电机调速（空调压缩机等）。
4.外部电源插座的数量由传统飞机的1个插座变成2个，同时应急电源RAT的电压等级和容量均有所增长，由原来的115VAC 30kVA变成235VAC 50kVA。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果之外，本发明所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将结合附图作出进一步详细的说明。
附图说明
图1为ASG频率保护信息采集点。
图2是单通道多电飞机的电源系统架构。
图3是ASG频率保护的信息输入。
图4是过频1（OF1）保护控制逻辑。
图5是过频2（OF2）保护控制逻辑。
图6是欠频1（UF1）保护控制逻辑。
图7是欠频2（UF2）保护控制逻辑。
图8是欠速输出逻辑。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参见图1至8，本实施例涉及一种新型的单通道多电飞机ASG频率保护结构。包括左右2台额定功率为225kVA的变频主启动发电机GEN L和GEN R，还包括一台额定功率为200kVA的APU启动发电机，以及一台额定功率50kVA的RAT发电机。此外还有三个外部功率源，分别是L FWD EP、R FWD EP和L AFT EP，每个外部功率源的插座可以支持最大90kVA的功率。主启动发电机、APU启动发电机以及RAT发电机的额定电压均为235VAC，三个外部电源的额定电压为115VAC。GEN L，GEN R，以及APU GEN都有各自的发电机断路器L GCB、R GCB以及APB来控制发电机的投切，此外，这3台发电机还有对应的接触器L GNR、R GNR和A GNR来控制与地网络的连接。三个外部电源也有对应的接触器控制电源的接入，分别是L EPC、REPC，以及L AEPC。
该电源系统的二次电源包括2台额定功率为150kVA的ATRU、两台额定容量为60kVA的ATU，以及4台额定输出电流为240A的TRU。其中ATRU将235VAC转换成+/-270VDC，分别输出给左右两路+/-270VDC汇流条，用来给多电负载供电（飞控作动、电环控等）；ATU将230VAC转换成115VAC，分别输出给左右两路115VAC汇流条；TRU将235VAC转换成28VDC，分别输出给左右两路28VDC正常汇流条和左右两路28VDC应急汇流条。
该电源系统有两个额定电压为28VDC，容量为75Ah的蓄电池，即主蓄电池和APU蓄电池，在飞机发电机启动之前，蓄电池可以为关键的电子设备供电。同时，APU蓄电池还可用于启动APU。
主发电机GEN L与断路器L GCB的第一端相连，断路器L GCB的第二端与汇流条L235VAC Bus相连。
主发电机GEN R与断路器R GCB的第一端相连，断路器R GCB的第二端与汇流条R235VAC Bus相连。
辅助发电机APU GEN与断路器APB的第一端相连，汇流条L 235VAC Bus与接触器LBTB的第一端相连，汇流条R 235VAC Bus与接触器R BTB的第一端相连，接触器APB的第二端分别与接触器L BTB的第二端及接触器R BTB的第二端相连。
汇流条L 235VAC Bus与接触器L ATUC的第一端相连，接触器L ATUC的第二端与电能转换装置L ATU相连，电能转换装置L ATU又与接触器L BSB的第一端相连，接触器L BSB的第二端与汇流条L 115VAC Bus相连。
汇流条R 235VAC Bus与接触器R ATUC的第一端相连，接触器R ATUC的第二端与电能转换装置R ATU相连，电能转换装置R ATU又与接触器R BSB的第一端相连，接触器R BSB的第二端与汇流条R 115VAC Bus相连。
地面电源L FWD EP与接触器L EPC的第一端相连，接触器L EPC的第二端与接触器L BSB的第一端相连。
地面电源R FWD EP与接触器R EPC的第一端相连，接触器R EPC的第二端与接触器R BSB的第一端相连。
汇流条L 235VAC Bus与接触器LacT的第一端相连，接触器LacT的第二端与接触器RacT的第一端相连，接触器RacT的第二端与汇流条R 235VAC Bus相连。
接触器L ATUC的第二端与接触器L TRU Rly的第一端相连，接触器L TRU Rly的第二端与电源转换装置TRU L相连，电源转换装置TRU L又与汇流条L 28VDC Bus相连。
接触器R ATUC的第二端与接触器R TRU Rly的第一端相连，接触器R TRU Rly的第二端与电源转换装置TRU R相连，电源转换装置TRU R又与汇流条R 28VDC Bus相连。
汇流条L 28VDC Bus与接触器LdcT的第一端相连，接触器LdcT的第二端与接触器RdcT的第一端相连，接触器RdcT的第二端与汇流条R 28VDC Bus相连。
接触器L ATUC的第二端与接触器E1 TRU ISO Rly的第一端相连，接触器E1 TRUISO Rly的第二端分别与电源转换装置TRU E1及接触器E1 TRU Rly的第一端相连，电源转换装置TRU E1又与汇流条ESS1 28VDC Bus的第一端相连，接触器ESS ISO Rly的第二端与汇流条ESS 235VAC Bus相连，汇流条ESS 235VAC Bus与电源转换装置TRU E2相连，电源转换装置TRU E2又与汇流条ESS2 28VDC Bus相连。
发电机GEN RAT与接触器RCB的第一端相连，接触器RCB的第二端与汇流条ESS235VAC Bus相连。
汇流条ESS1 28VDC Bus与接触器E1T的第一端相连，接触器E1T的第二端与接触器E2T的第一端相连，接触器E2T的第二端与汇流条ESS2 28VDC Bus相连。
汇流条ESS1 28VDC Bus与接触器MBR的第一端相连，接触器MBR的第二端与汇流条Hot BB1相连。
汇流条Hot BB2与接触器SPUC的第一端相连，接触器SPUC的第二端与SPU相连，SPU与接触器SPUB的第一端相连，接触器SPUB的第二端与自耦变压整流器ATRU R相连。
汇流条L 235VAC Bus与接触器L ATRUC的第一端相连，接触器L ATRUC的第二端与自耦变压整流器ATRU L相连，自耦变压整流器ATRU L又与汇流条L 270VDC Bus相连。
汇流条R 235VAC Bus与接触器R ATRUC的第一端相连，接触器R ATRUC的第二端与自耦变压整流器ATRU R相连，自耦变压整流器ATRU R又与汇流条R 270VDC Bus相连。
外部电源L AFT EP与接触器L AEPC的第一端相连，接触器L AEPC的第二端与自耦变压整流器ATRU L相连。
ASG频率保护的信息采集点如图1所示，保护的输入如图4所示。
1 ASG过频1保护（OF1）
GCU会采集ASG PMG（Permanent Magnetic Generator，PMG）频率来执行ASG过频1保护功能，PMG频率（1620-1980Hz）是POR频率（360-440Hz）的4.5倍。在ASG PMG频率大于等于1980Hz（等效于440Hz POR频率）时，保护会禁能VR，在2.1s内断开发电机励磁和APB。
若VR使能命令为假，则ASG过频1保护被抑制。
OF1的保护控制逻辑如图4所示。
2 ASG过频2保护(OF2)
在ASG PMG频率大于等于2070Hz（等效于POR频率460Hz）时，ASG过频2保护会在100ms内禁能VR，断开发电机励磁和APB。
ASG过频2保护会在VR使能命令为假时被抑制。
OF2的保护控制逻辑如图5所示。
3 ASG欠频1保护(UF1)
在ASG PMG频率小于等于1620Hz（等效的POR频率为360Hz）时，ASG欠频1保护会在1.5s内禁能VR，断开发电机励磁和APB。
如果VR使能命令为假，则ASG欠频1保护被抑制。ASG欠频1保护跳闸会抑制/闭锁相应的ASG发动机启动能力。
欠频1保护的触发条件为：发电机频率低于360Hz，“APU带载就绪”信号为真。由于“APU带载就绪”信号是ASG欠速条件的判断依据，若ASG欠速条件为假（转速正常），且频率低于阈值，则ASG欠频1保护可以被激活。
UF1的保护控制逻辑如图6所示。
4 ASG欠频2保护(UF2)
在ASG PMG频率小于等于1575Hz（等效的POR频率为350Hz）时，ASG欠频2保护会在200ms内禁能VR，断开发电机励磁和APB。
如果VR使能命令为假，ASG欠频2保护会被抑制，ASG欠频2保护跳闸后会抑制/闭锁对应ASG的发动机启动能力。
欠频2保护会在发电机频率低于350Hz，且“APU带载就绪”信号为真时激活。如果ASG欠速条件为假（转速正常）且频率低于350Hz，则ASG欠频2保护会激活。
UF2的保护控制逻辑如图7所示。
5 ASG欠速保护(US)
A GCU会采集来自APU的“APU带载就绪”信号，来执行ASG欠速保护功能。“APU带载就绪”信号会在APU达到95%的最大运行转速2s后置为真，APU发电机控制器会将“APU带载就绪”信号通过通信总线发送出去。
若“APU带载就绪”信号为假，则ASG欠速故障会置为真，A GCU会在70ms内断开发电机励磁和APB。
在“APU带载就绪”信号为真时，ASG欠速故障会在150ms内复位。
US的保护控制逻辑如图8所示。
以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (2)
1.单通道多电飞机ASG频率保护结构，其特征在于，包含有，
主发电机GEN L与断路器L GCB的第一端相连，断路器L GCB的第二端与汇流条L235VAC Bus相连；
主发电机GEN R与断路器R GCB的第一端相连，断路器R GCB的第二端与汇流条R235VAC Bus相连；
辅助发电机APU GEN与断路器APB的第一端相连，汇流条L 235VAC Bus与接触器L BTB的第一端相连，汇流条R 235VAC Bus与接触器R BTB的第一端相连，接触器APB的第二端分别与接触器L BTB的第二端及接触器R BTB的第二端相连；
汇流条L 235VAC Bus与接触器L ATUC的第一端相连，接触器L ATUC的第二端与电能转换装置L ATU相连，电能转换装置L ATU又与接触器L BSB的第一端相连，接触器L BSB的第二端与汇流条L 115VAC Bus相连；
汇流条R 235VAC Bus与接触器R ATUC的第一端相连，接触器R ATUC的第二端与电能转换装置R ATU相连，电能转换装置R ATU又与接触器R BSB的第一端相连，接触器R BSB的第二端与汇流条R 115VAC Bus相连；
地面电源L FWD EP与接触器L EPC的第一端相连，接触器L EPC的第二端与接触器LBSB的第一端相连；
地面电源R FWD EP与接触器R EPC的第一端相连，接触器R EPC的第二端与接触器RBSB的第一端相连；
汇流条L 235VAC Bus与接触器LacT的第一端相连，接触器LacT的第二端与接触器RacT的第一端相连，接触器RacT的第二端与汇流条R 235VAC Bus相连；
接触器L ATUC的第二端与接触器L TRU Rly的第一端相连，接触器L TRU Rly的第二端与电源转换装置TRU L相连，电源转换装置TRU L又与汇流条L 28VDC Bus相连；
接触器R ATUC的第二端与接触器R TRU Rly的第一端相连，接触器R TRU Rly的第二端与电源转换装置TRU R相连，电源转换装置TRU R又与汇流条R 28VDC Bus相连；
汇流条L 28VDC Bus与接触器LdcT的第一端相连，接触器LdcT的第二端与接触器RdcT的第一端相连，接触器RdcT的第二端与汇流条R 28VDC Bus相连；
接触器L ATUC的第二端与接触器E1 TRU ISO Rly的第一端相连，接触器E1 TRU ISORly的第二端分别与电源转换装置TRU E1及接触器E1 TRU Rly的第一端相连，电源转换装置TRU E1又与汇流条ESS1 28VDC Bus的第一端相连，接触器ESS ISO Rly的第二端与汇流条ESS 235VAC Bus相连，汇流条ESS 235VAC Bus与电源转换装置TRU E2相连，电源转换装置TRU E2又与汇流条ESS2 28VDC Bus相连；
发电机GEN RAT与接触器RCB的第一端相连，接触器RCB的第二端与汇流条ESS 235VACBus相连；
汇流条ESS1 28VDC Bus与接触器E1T的第一端相连，接触器E1T的第二端与接触器E2T的第一端相连，接触器E2T的第二端与汇流条ESS2 28VDC Bus相连；
汇流条ESS1 28VDC Bus与接触器MBR的第一端相连，接触器MBR的第二端与汇流条HotBB1相连；
汇流条Hot BB2与接触器SPUC的第一端相连，接触器SPUC的第二端与SPU相连，SPU与接触器SPUB的第一端相连，接触器SPUB的第二端与自耦变压整流器ATRU R相连；
汇流条L 235VAC Bus与接触器L ATRUC的第一端相连，接触器L ATRUC的第二端与自耦变压整流器ATRU L相连，自耦变压整流器ATRU L又与汇流条L 270VDC Bus相连；
汇流条R 235VAC Bus与接触器R ATRUC的第一端相连，接触器R ATRUC的第二端与自耦变压整流器ATRU R相连，自耦变压整流器ATRU R又与汇流条R 270VDC Bus相连；
外部电源L AFT EP与接触器L AEPC的第一端相连，接触器L AEPC的第二端与自耦变压整流器ATRU L相连；
ASG频率保护包括欠频保护、过频保护和欠速保护，其中，欠频保护和过频保护又均细分两个子频段，分别对应过频1保护和过频2保护，以及欠频1保护和欠频2保护。
2.根据权利要求1所述的单通道多电飞机ASG频率保护结构，其特征在于，主发电机GENL供电及主发电机GEN R均为额定功率为225kVA、额定电压为235VAC的变频发电机；辅助发电机APU GEN为额定功率为200kVA、额定电压为235VAC的变频发电机；发电机GEN RAT为额度功率50kVA、额度电压为235VAC的变频发电机；地面电源L FWD EP、地面电源R FWD EP及第三外部电源L AFT EP的额定电压为115VAC；自耦变压整流器ATRU L及自耦变压整流器ATRU R的额定功率均为150kVA，电能转换装置L ATU及电能转换装置R ATU的额定容量均为60kVA，电源转换装置TRU L、电源转换装置TRU R、电源转换装置TRU E1及电源转换装置TRUE2的额定输出电流均为240A；蓄电池Main BAT及蓄电池APU BAT均为额定电压为28VDC、容量为75Ah的蓄电池。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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