JP2015533699A - 航空機用電気系統安定化システム - Google Patents
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Abstract
Description
まず、本発明の実施の形態1に係る航空機用電気系統安定化システムの全体構成の一例について、図1を参照して具体的に説明する。
次に、各電気系統20L,20Rを構成する電源装置、電源バス、変圧/整流要素等について具体的に説明する。まず、電源装置のうち交流電源の一つである交流発電機14L,14Rは、前述した通り、それぞれ左エンジン11L、右エンジン11Rに設けられており、三相交流電力を発電する。三相交流電力の電圧および周波数は特に限定されないが、本実施の形態では、交流発電機14L,14Rとして、可変周波数(VF)の発電機が用いられてもよいし、一定周波数(CF)の発電機が用いられてもよい。
次に、各電気系統20L,20Rに接続される電源安定化装置30L,30Rの基本構成の一例について、図2ないし図4を参照して具体的に説明する。
次に、電源安定化制御部36の具体的な構成の一例について、図5A,Bを参照して説明する。
次に、電源安定化制御部36の具体的な構成の他の例について、図6を参照して具体的に説明する。
次に、前記構成の電源安定化装置30L,30Rによる各電気系統20L,20Rの安定化の一例について、図2ないし図4に加えて、図7、図8A,B、図9、図10および図11を参照して具体的に説明する。なお、説明の便宜上、図8A,Bおよび図9ないし図11においては、舵面アクチュエータ15以外に電気化された系統の電力負荷(例えば、油圧系統では油圧ポンプ、抽気系統では空調コンプレッサ)を「符号16のブロック」で図示する。
本実施の形態では、直流電源として定格電圧250Vの二次電池13L,13Rを例示しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、同様の定格電圧を有するキャパシタであってもよいし、キャパシタおよび二次電池の組合せであってもよい。ここでいうキャパシタは、ウルトラキャパシタと呼ばれる大容量の電気二重層キャパシタを挙げることができる。このように、本発明においては、直流電源は、舵面アクチュエータ15等の電気機器からの逆起電力を吸収し、過渡的な必要電力を供給するよう構成されていればよく、その具体的な構成は二次電池13L,13Rに限定されない。
11R 右エンジン
12 補助動力装置(APU、電源装置)
13L,13R 二次電池(電源装置、直流電源)
14L,14R 交流発電機(電源装置、交流電源)
15 舵面アクチュエータ
16 他の電力負荷
17 ラムエアタービン(RAT)
20L 左側電気系統
20R 右側電気系統
21L,21R 一次交流電源バス(一次ACバス)
22L,22R エッセンシャルバス
23L,23R 二次交流電源バス(二次ACバス)
24 直流電源バス(DCバス)
30L,30R 電源安定化装置
33 電力変換部
34 一次ACバス監視部
35 二次電池監視部
36 電源安定化制御部
124 APU始動発電機(電源装置、交流電源)
151 舵面アクチュエータモータ
161 油圧/空調用モータ
171 RAT発電機
251L,251R 変圧整流器(TRU)
253L,253R 整流器
261L,261R 変圧器
262L,262R 電圧変換器
331 PWMコンバータ
332 昇圧コンバータ
333,334 モータコントローラ
Claims (18)
- 電源装置としての直流電源および交流電源と、当該交流電源に接続される交流電源バスと、を備える航空機が備える少なくとも一つの電気機器に電力を供給可能とする電気系統と、
前記交流電源バスおよび前記直流電源に接続され、前記電源装置の出力を安定化する電源安定化装置と、
から少なくとも構成され、
前記直流電源は、前記電気機器からの逆起電力を吸収し、かつ、前記電気機器における過渡的な必要電力を供給するよう構成され、
前記電源安定化装置は、
PWMコンバータを備える電力変換部と、
当該電力変換部を制御する電源安定化制御部と、を備え、
当該電源安定化制御部は、前記交流電源バスの電圧の変動および周波数の変動の少なくとも一方を監視し、その監視結果に基づいて、前記直流電源の充放電を制御することにより、前記電気系統の安定化を図る、
航空機用電気系統安定化システム。 - 前記航空機は補助動力装置(APU)およびラムエアタービン(RAT)を備え、
前記電気系統は、
前記交流電源として、前記補助動力装置に設けられ、交流発電を可能とするAPU始動発電機と、エンジンに設けられる交流発電機と、前記ラムエアタービンに設けられるRAT発電機とを備えているとともに、
前記直流電源として、二次電池およびキャパシタの少なくとも一方を備えており、
前記直流電源および前記APU始動発電機は、前記電源安定化装置にそれぞれ接続されているとともに、前記交流発電機および前記RAT発電機は前記交流電源バスを介して前記電源安定化装置に接続され、さらに前記APU始動発電機は、前記交流電源バスを介しても前記電源安定化装置に接続されている、
請求項1に記載の航空機用電気系統安定化システム。 - 前記電気系統は、前記電力変換部を前記APU始動発電機または前記交流発電機に切り換え可能に接続する電源リレーを備え、
前記補助動力装置が停止状態にあって、前記電源リレーが切り換えられて前記電力変換部が前記APU始動発電機に接続されているときには、
前記電源安定化制御部は、前記電力変換部を制御して、前記直流電源からの直流電力を交流電力に変換して前記APU始動発電機に供給することにより、前記補助動力装置を始動させる、
請求項2に記載の航空機用電気系統安定化システム。 - 前記電気系統は、前記電力変換部を前記APU始動発電機または前記交流発電機に切り換え可能に接続する電源リレーを備え、
前記直流電源が充電可能な状態にあって、前記電源リレーが切り換えられて前記電力変換部が前記交流発電機または前記APU始動発電機に接続されているときには、
前記電源安定化制御部は、前記電力変換部を制御して、前記交流発電機または前記APU始動発電機からの交流電力を直流電力に変換して前記直流電源に供給することにより、当該直流電源を充電する、
請求項2に記載の航空機用電気系統安定化システム。 - 前記交流電源バスには、前記電気機器の少なくとも一つが接続されており、
前記電気機器に対して、前記交流電源バスを介して前記交流発電機から交流電力が供給されないときには、
前記電源安定化制御部は、前記電力変換部を制御して、前記直流電源からの直流電力を交流電力に変換して、前記交流電源バスを介して前記電気機器に一時的に供給する、
請求項2に記載の航空機用電気系統安定化システム。 - 前記電気系統は、
前記交流電源バスを介して前記交流発電機から電力供給されるように構成され、前記直流電源よりも低い定格電圧を有するエッセンシャルバスと、
当該エッセンシャルバスおよび前記直流電源の間に介在する電圧変換器と、
を備え、
前記直流電源は、前記電力変換部を介して、常に前記エッセンシャルバスに接続されており、
前記エッセンシャルバスに対して、前記交流発電機から交流電力が供給されないときには、遮断なく前記エッセンシャルバスに電力を供給する、
請求項2に記載の航空機用電気系統安定化システム。 - 前記交流発電機が停止し、前記RAT発電機が前記交流電源バスに交流電力を供給しているときには、
前記電力安定化制御部は、前記電力変換部を制御して、前記RAT発電機からの交流電力を、直流電力に変換して前記エッセンシャルバスに供給する、
請求項6に記載の航空機用電気系統安定化システム。 - 前記航空機は、1台の前記補助動力装置を搭載するとともに、前記交流発電機が設けられたエンジンを、左右それぞれに少なくとも1基ずつ搭載しており、
前記交流電源バスとしては、前記左側の交流発電機に接続される左側の交流電源バスと、前記右側の交流発電機に接続される右側の交流電源バスとを備えており、
前記電気系統は、
前記左側の交流発電機および前記左側の交流電源バスに加えて、前記直流電源、前記電源安定化装置、並びに、前記エッセンシャルバスを備える左側電気系統と、
前記右側の交流発電機および前記右側の交流電源バスに加えて、前記直流電源、前記電源安定化装置、並びに前記エッセンシャルバスを備える右側電気系統と、の二系統となっており、
左右の前記交流電源バス同士と前記APU始動発電機とが電源リレーにより接続可能となっているとともに、左右の前記エッセンシャルバス同士も互いに電源リレーにより接続可能となっている、
請求項6に記載の航空機用電気系統安定化システム。 - 前記電源安定化制御部は、
前記交流電源バスの電圧および周波数の少なくとも一方を計測し、その計測値の一次遅れの値を制御の目標値とし、
この目標値と前記計測値との偏差に応じて、前記直流電源の充放電を制御している、
請求項1に記載の航空機用電気系統安定化システム。 - 前記電源安定化制御部は、
前記直流電源の充電状態を監視し、当該充電状態の計測値と予め設定された充電率の目標値との偏差に基づいて、前記直流電源の充放電の充放電量を補正する、
請求項1に記載の航空機用電気系統安定化システム。 - 前記電源安定化制御部は、
前記目標値と前記計測値との偏差に対して、有効電力用または無効電力用にそれぞれ予め設定される比例定数を乗算することで、有効電力の電力指令信号または無効電力の電力指令信号を生成するとともに、
前記直流電源の充電状態の計測値と予め設定される充電状態の目標値との偏差から有効電力補正値を生成し、
さらに、生成された有効電力の前記電力指令信号を基本値として、この基本値に対して、前記有効電力補正値を加算することで、有効電力の電力指令信号の最終値を生成し、
無効電力の前記電力指令信号と有効電力の前記電力指令信号の最終値とに基づいて、前記直流電源の充放電を制御する、
請求項9に記載の航空機用電気系統安定化システム。 - 前記電源安定化制御部は、有効電力の電力指令信号の前記基本値に対して、前記有効電力補正値に加えて、さらに、前記直流電源から交流電源バスに対して補助的な電力を供給するために予め設定される、過負荷対応補正値を加算することによって、有効電力の電力指令信号の最終値を生成する、
請求項11に記載の航空機用電気系統安定化システム。 - 前記交流電源で発電される交流電力が可変周波数である場合、
前記電源安定化制御部は、
監視による電圧の変動が電圧上昇であれば、前記電力変換部を制御して、前記電圧上昇に比例して前記直流電源に有効電力を充電するか、前記電圧上昇に比例して進み力率の無効電力を出力させるか、あるいはその両方を組み合わせて行い、
監視による電圧の変動が電圧降下であれば、前記電力変換部を制御して、前記電力降下に比例して前記直流電源から有効電力を放電させるか、前記電圧上昇に比例して遅れ力率の無効電力を出力させるか、あるいはその両方を組み合わせて行う、
請求項1に記載の航空機用電気系統安定化システム。 - 前記交流電源で発電される交流電力が一定周波数である場合、
前記電源安定化制御部は、
監視による周波数の変動が周波数上昇であれば、前記電力変換部を制御して、前記周波数上昇に比例して前記直流電源に有効電力を充電し、
監視による周波数の変動が周波数降下であれば、前記電力変換部を制御して、前記周波数降下に比例して前記直流電源から有効電力を放電させる、
請求項1に記載の航空機用電気系統安定化システム。 - 前記交流電源で発電される交流電力が一定周波数である場合、
前記電源安定化装置は、
監視による電圧の変動が電圧上昇であれば、前記電力変換部を制御して、前記電圧上昇に比例して進み力率の無効電力を出力させ、
監視による電圧の変動が電圧降下であれば、前記電力変換部を制御して、前記電圧降下に比例して遅れ力率の無効電力を出力させる、
請求項1に記載の航空機用電気系統安定化システム。 - 前記電気機器が、舵面制御用のアクチュエータである、
請求項1に記載の航空機用電気系統安定化システム。 - 前記航空機は、前記油圧系統および抽気系統の少なくとも一方が電気化されており、
前記電気系統は、前記電気機器の制御器に接続される直流電源バスを備え、
当該直流電源バスには、前記油圧系統および前記抽気系統のうち電気化された系統の制御器も接続されている、
請求項1に記載の航空機用電気系統安定化システム。 - 電源装置としての直流電源および交流電源と、当該交流電源に接続される交流電源バスと、を備える航空機が備える少なくとも一つの電気機器に電力を供給可能とする電気系統において、
前記直流電源として、前記電気機器からの逆起電力を吸収し、かつ、前記電気機器における過渡的な必要電力を供給するよう構成されているものを用い、
前記交流電源バスの電圧の変動および周波数の変動の少なくとも一方を監視し、その監視結果に基づいて、前記直流電源の充放電を制御することにより、前記電気系統の安定化を図る、
航空機用電気系統安定化方法。
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