CN110556915A

CN110556915A - 单通道多电飞机的电源系统架构

Info

Publication number: CN110556915A
Application number: CN201810549336.1A
Authority: CN
Inventors: 万波
Original assignee: Shanghai Aviation Electric Co Ltd
Current assignee: Shanghai Aviation Electric Co Ltd
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2018-05-31
Publication date: 2019-12-10
Anticipated expiration: 2038-05-31
Also published as: CN110556915B

Abstract

本发明公开单通道多电飞机的电源系统架构，其主要由汇流条L 235VAC Bus、汇流条R 235VAC Bus、汇流条L 115VAC Bus、汇流条R 115VAC Bus、汇流条L 28VDC Bus、汇流条R 28VDC Bus、汇流条ESS1 28VDC Bus、汇流条ESS2 28VDC Bus、汇流条L 270VDC Bus、汇流条R 270VDC Bus、汇流条ESS 235VAC Bus组成。本发明的有益效果在于，提供新型的单通道多电飞机的电源系统架构。

Description

单通道多电飞机的电源系统架构

技术领域

本发明涉及单通道多电飞机的电源系统架构。

背景技术

在过去的几十年里，航空工业界在多电（More Electric）领域取得了长足的进步，许多先前由液压、机械和气源驱动的系统逐渐改为电能驱动，以降低飞机污染物的排放，提高燃油经济性。波音787是这一趋势的典型代表。

波音787飞机取消了传统的气源系统，这样的设计优化了飞机能源的使用，提高了发动机的效率。由于取消了气源系统的各个部件（活门，管道等），降低了飞机重量，系统的可靠性得到显著提高，飞机的维修成本也可以得到有效降低。

波音787飞机的电源系统与以往的波音飞机有着很大的区别，飞机上的电源来自4个安装在发动机上的235V交流250kVA变频发电机和两个安装在APU上的235V交流225kVA变频发电机组成，变频系统取代了传统的恒频系统，这种变频电源系统在空中客车A380上也得到了应用。电源经过变频、整流、变压分配后形成飞机的4种电源模式，即传统的115V交流、28V直流和新的235V交流、270V直流。其中235V交流和270V直流电源主要用于以往由气源系统驱动的系统部件。

波音787是采用了多电技术的双通道飞机，现役的单通道飞机如A320和B737，以及正在研制的C919飞机，都采用的是传统动力构型，没有采用多电技术。但下一代单通道飞机会逐步采用多电技术，为顺应这一趋势，本发明提出了一种应用于单通道多电飞机的电源系统架构。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有机载配电装置的结构复杂，组装不便，提供一种新型的装有内部PCB电路板的机载配电装置。

为了实现这一目的，本发明的技术方案如下：单通道多电飞机的电源系统架构，包含有，

汇流条L 235VAC Bus，其选择性地由主发电机GEN L供电、辅助发电机APU GEN及主发电机GEN R中的一者对其供电；

汇流条R 235VAC Bus，其选择性地由主发电机GEN R供电、辅助发电机APU GEN及主发电机GEN L中的一者对其供电；

汇流条L 115VAC Bus，其选择性地由汇流条L 235VAC Bus、地面电源L FWD EP、汇流条R 115VAC Bus中的一者对其供电；

汇流条R 115VAC Bus，其选择性地由汇流条R 235VAC Bus、地面电源R FWD EP、汇流条L 115VAC Bus中的一者对其供电；

汇流条L 28VDC Bus，其选择性地由汇流条L 115VAC Bus、地面电源L FWD EP及汇流条R 28VDC Bus中的一者对其供电；

汇流条R 28VDC Bus，其选择性地由汇流条R 115VAC Bus、地面电源R FWD EP及汇流条L 28VDC Bus中的一者对其供电；

汇流条ESS1 28VDC Bus，其选择性地由汇流条L 235VAC Bus、地面电源L FWD EP、汇流条ESS2 28VDC Bus、汇流条ESS 235VAC Bus及汇流条Hot BB1中的一者对其供电，其中，汇流条Hot BB1由蓄电池Main BAT供电；

汇流条ESS2 28VDC Bus，其选择性地由汇流条R 235VAC Bus、地面电源R FWD EP、汇流条ESS1 28VDC Bus、汇流条ESS 235VAC Bus及汇流条Hot BB2中的一者对其供电，其中，汇流条Hot BB2由蓄电池APU BAT供电；

汇流条L 270VDC Bus，其选择性地由汇流条L 235VAC Bus及第三外部电源L AFT EP中的一者供电；

汇流条R 270VDC Bus，其由汇流条R 235VAC Bus对其供电；以及，

汇流条ESS 235VAC Bus，其选择性地由发电机GEN RAT、汇流条L 235VAC Bus及汇流条R 235VAC Bus中的一者对其供电。

2.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。

作为单通道多电飞机的电源系统架构的优选方案，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 FWD EP、地面电源R FWD EP及第三外部电源LAFT 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APU BAT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.引入235VAC汇流条，以代替传统飞机的115VAC汇流条，功率等级提高。

多电飞机由于235VAC汇流条的引入，还带来了飞机电源系统的另一个架构变化，就是需要从235VAC到115VAC的电能转换装置ATU（Auto Transformer Unit，自藕变压单元），用于给飞机的二次配电汇流条供电。

2.引入了270VDC电压等级，用于给大的电机调速（空调压缩机等）。

3.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。

由于上述功率元件的增加，使得飞机配电盘箱的数量也要相应增加，由原来的左发电配电盘箱P100，应急发电配电盘箱P150和右发电配电盘箱P200，增加为7个配电盘箱，即原有的左右发电配电盘箱P100和P200由原来的1个拆分为2个，P100和P200专用于发电，而P300和P400专用于配电。另外还增加了P500和P600配电盘箱，用于左右270VDC的配电。此外，还增加了P1配电盘箱，用于APU启动。

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是本发明一实施例的结构示意图。

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，图中示出的是一种新型的单通道多电飞机的电源系统架构。

汇流条L 235VAC Bus选择性地由主发电机GEN L供电、辅助发电机APU GEN及主发电机GEN R中的一者对其供电。

汇流条R 235VAC Bus选择性地由主发电机GEN R供电、辅助发电机APU GEN及主发电机GEN L中的一者对其供电。

汇流条L 235VAC Bu与汇流条R 235VAC Bus之间有两个联接接触器L BTB及RBTB。在正常情况下，接触器L BTB和R BTB均处于断开位置。当主发电机GEN L供电及主发电机GEN R中一者发生故障，与其对应的汇流条掉电后，可以通过闭合L BTB和R BTB，经由对侧的汇流条为掉电的汇流条提供电力。也可以通过启动辅助发电机APU GEN，闭合断路器APB，再闭合接触器L BTB及接触器R BTB给掉电的汇流条提供电力。

发电机GEN RAT在紧急情况下启动，为汇流条ESS 235VAC Bus供电。在正常情况下，接触器ESS ISO Rly断开。当发电机GEN RAT启动时，闭合接触器ESS ISO Rly，汇流条ESS 235VAC Bus带电，通过电源转换装置TRU E2给汇流条ESS2 28VDC Bus供电。在接触器E1 TRU Rly闭合的情况下，还可以通过电源转换装置TRU E1给汇流条ESS1 28VDC Bus供电。

电源转换装置TRU E1及电源转换装置TRU E2有5种可能的功率输入源，分别来自汇流条L 235VAC Bus、汇流条R 235VAC Bus、汇流条ESS 235VAC Bus、地面电源L FWD EP及地面电源R FWD EP。

在正常情况下，电源转换装置TRU E1及电源转换装置TRU E2的功率输入来自正常汇流条，即接触器E1 TRU ISO Rly及接触器ESS ISO Rly是闭合的，接触器E1 TRU Rly及接触器RCB是断开的。相反，在紧急情况下，电源转换装置TRU E1及电源转换装置TRU E2从汇流条ESS 235VAC Bus获取电力，接触器E1 TRU ISO Rly及接触器ESS ISO Rly是断开的，接触器E1 TRU Rly和接触器RCB是闭合的。

汇流条L 115VAC Bus选择性地由汇流条L 235VAC Bus、地面电源L FWD EP、汇流条R 115VAC Bus中的一者对其供电。

在正常情况下，汇流条L 115VAC Bus从汇流条L 235VAC Bus获取功率源，即接触器L ATUC是闭合的，接触器L BSB也是闭合的。在地面维护模式下，汇流条L 115VAC Bus可以从地面电源L FWD EP获取功率源。在异常情况下，比如汇流条L 235VAC Bus故障时，汇流条L 115VAC Bus还可以从汇流条R 115VAC Bus获取电力，这时，接触器L BSB会断开，而接触器LacT及接触器RacT会闭合。

同理，汇流条R 115VAC Bus选择性地由汇流条R 235VAC Bus、地面电源R FWD EP、汇流条L 115VAC Bus中的一者对其供电。对应的需要控制的接触器包括接触器R ATUC、接触器R BSB、接触器R EPC，接触器acT及接触器RacT。

汇流条L 28VDC Bus，其选择性地由汇流条L 115VAC Bus、地面电源L FWD EP及汇流条R 28VDC Bus中的一者对其供电。

在正常情况下，汇流条L 28VDC Bus从汇流条L 235VAC Bus获取电力，这通过闭合接触器L ATUC及接触器L TRU Rly而实现。在地面维护模式下，它从地面电源L FWD EP获取电力，这时接触器L ATUC断开，接触器L EPC和接触器L TRU Rly闭合。在出现异常情况下，比如汇流条L 235VAC Bus故障时，汇流条L 28VDC Bus可以从汇流条R 28VDC Bus获取电力，这时需要闭合LdcT和RdcT这两个联接接触器。

同理，汇流条R 28VDC Bus选择性地由汇流条R 115VAC Bus、地面电源R FWD EP及汇流条L 28VDC Bus中的一者对其供电。需要控制的接触器分别是接触器R ATUC、接触器RTRU Rly、接触器R BSB、接触器LdcT以及接触器RdcT。

汇流条ESS1 28VDC Bus选择性地由汇流条L 235VAC Bus、地面电源L FWD EP、汇流条ESS2 28VDC Bus、汇流条ESS 235VAC Bus及汇流条Hot BB1中的一者对其供电。

在正常情况下，汇流条ESS1 28VDC Bus从汇流条L 235VAC Bus获取电力，这通过闭合接触器L ATUC和接触器E1 TRU ISO Rly来实现。在地面维护模式下，该汇流条从地面电源L FWD EP获取电力，通过闭合接触器L EPC及接触器E1 TRU ISO Rly来实现。在RAT工作模式下，汇流条ESS1 28VDC Bus从汇流条ESS 235VAC Bus获取电力，这时接触器E1 TRUISO Rly断开，接触器E1 TRU Rly闭合。由于接触器E1T和接触器E2T均处于常闭状态，所以汇流条ESS1 28VDC Bus总能从汇流条ESS2 28VDC Bus获取电力。在前述功率源均无效时，汇流条ESS1 28VDC Bus还可以从汇流条Hot BB1汇流条获取电力，这通过闭合接触器MBR而实现。

汇流条ESS2 28VDC Bus选择性地由汇流条R 235VAC Bus、地面电源R FWD EP、汇流条ESS1 28VDC Bus、汇流条ESS 235VAC Bus及汇流条Hot BB2中的一者对其供电，其中，汇流条Hot BB2由蓄电池APU BAT供电。需要控制的接触器包括接触器R ATUC、接触器ESSISO Rly、接触器R EPC以及联接Hot BB2的两个断路器。

汇流条Hot BB1由蓄电池Main BAT供电。汇流条Hot BB2由蓄电池APU BAT供电。汇流条Hot BB1和Hot BB2都有对应的蓄电池充电器，给所连接的蓄电池Main BAT和APU BAT充电。

蓄电池有两个作用：1.在紧急情况下，为那些与飞行安全相关的关键电子设备（如飞控计算机）供电；2.用于发动机的启动，可以用蓄电池启动APU，再通过APU启动主发动机。

图1所示的多电飞机电源系统的功率元件（二次电源转换装置TRU、ATRU、ATU；电源系统控制器GCU、BPCU；主功率接触器/断路器/继电器；蓄电池；汇流条等）在物理上布置在8个配电盘箱内，分别是P100、P200、P150、P300、P400、P600、P700以及P1。其中P100、P200和P150是左右主发电机和APU发电机配电盘箱，P300和P400分别对应左右一次配电盘箱，P500和P600分别对应左右270VDC配电盘箱，而P1则是APU启动汇流条的配电盘箱。

在配电盘箱P100、P200和P150中，为每台发电机分别配备了一台发电机控制器GCU；在配电盘箱P300和P400中，为左右一次配电各配备了1台汇流条功率控制器BPCU。

在图1所示的多电飞机电源系统中，左右270VDC汇流条体现了多电的架构，270VDC负载将传统的用汽源和液压驱动的系统用电能来取代。

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

1.单通道多电飞机的电源系统架构，其特征在于，包含有，

汇流条R 270VDC Bus，其由汇流条R 235VAC Bus对其供电；以及，

2.根据权利要求1所述的单通道多电飞机的电源系统架构，其特征在于，主发电机GENL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L 235VAC Bus相连；

3.根据权利要求2所述的单通道多电飞机的电源系统架构，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。