飞机电源系统设计书.docx
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飞机电源系统设计书
中国民航大学
《飞机电源系统》课程设计
设计题目：
飞机电源系统电压故障
保护电路的设计
专业：
电气工程及其自动化
班级：
121142F
学生姓名：
黄万鹏
学号：
121142611
指导教师：
设计时间：
2015.10.1-2015.10.10
飞机电源系统课程设计任务书4
学生1姓名
黄万鹏
学号
121142611
成绩
学生2姓名
尹瑞
学号
120241134
成绩
学生3姓名
陈志鹏
学号
121142604
成绩
学生4姓名
洪彬彬
学号
121142609
成绩
学生5姓名
许远翔
学号
121142631
成绩
学生6姓名
朱元泽
学号
121142640
成绩
设计题目
飞机电源系统电压故障保护电路的设计
设
计
内
容
（1）根据飞机电源系统的标准要求，设计交流电源/直流电源的过/欠压保护电路。
（2过压保护电路，包括检测电路、反延时电路和输出电路的设计（电路图、元件参数、工作原理）。
（3）欠压保护电路，包括检测电路、固定延时电路和输出电路的设计（电路图、工作原理等）。
（4）对
（2）电路进行仿真（如multisim、proteus等）。
（5）最终形成课程设计成品说明书。
设计
要求
（1）熟悉飞机电源系统的结构和工作原理以及交、直流电信号的检测方法，电路设计只需设计到故障信号输出部分，执行电路不需设计。
。
（2）能够用multisim、proteus等软件对指定电路进行仿真。
时间
安排
9月28日布置任务，了解设计内容，收集有关资料。
9月29日选择设计方案，设计相关电路，并计算参数。
9月30日绘制电路图，并进行仿真或实验研究。
10月12日提交课程设计说明书。
参考
资料
（1）《飞机电源系统》教材；
（2）B737NG飞机的AMM、CMM手册；
（3）网络资料。
1波音737型客机GCU……………………………………………………….…..4
1.1GCU功能概述………………………………………………………….......4
1.2过压欠压保护要求…………………………………………………………6
2交流过压保护电路……………………………………………………………….7
2.1保护要求……………………………………………………………………7
2.2电路图………………………………………………………………………8
2.3工作原理……………………………………………………………………8
2.4仿真结果……………………………………………………………………9
2.5电路特点………………………………………………………………..…10
3直流过压保护电路………………………………………………….……….….10
3.1保护要求………………………………………………………….…….…10
3.2电路图………………………………………………………………..……10
3.3工作原理…………………………………………………………..………11
4交流欠压保护电路……………………………………………………….….….11
4.1保护要求………………………………………………………….…….…11
4.2电路图……………………………………………………………………..12
4.3工作原理…………………………………………………………………..12
5设计总结………………………………………………………………………...12
参考资料………………………………………………………………………...13
1波音737型客机GCU
1.1GCU功能概述
每个发电机控制组件（GCU）有下列功能：
－控制发电机控制断路器（GCB）和汇流条断路器（BTB）
－提供／控制给IDG发电机的激励
－保护电源系统和IDG电气参数不在限制
－控制在P5－5和P5－4组件上的电源系统
－对机构内测试设备进行故障隔离
超压和欠压保护：
GCU监控每一调节点（POR）处的相电压。
电压故障指令发电机控制继电器（GCR）和发电机控制断路器（GCB）打开。
当相电压超过130伏时，进行超压保护。
当最低相电压低于101伏持续超过7秒时，进行欠压保护。
频率保护：
GCU监控PMG的频率。
正常的发电机频率是400赫兹。
如果频率超过下列值，GCU输出保护信号：
—425赫兹超过1.5秒
—35赫兹超过35毫秒
如果频率低于下列值，GCU断开GCR和GCB：
—375赫兹超过1.5秒
—355赫兹超过150毫秒
GCU监控IDG电流变压器的三相，如果任何两相间的电流
不平衡超过140安培，时间超过6.3秒，就会发生不平衡相保护。
如果继续出现不平衡，GCU断开BTB，且GCR和GCB断开。
发电机二极管故障保护:
GCU监控励磁回路中的电流脉动，发现IDG中短路的旋转二极管如果电流超过5安培，GCU断开GCR和GCB。
相序保护：
GCU在POR上监控相序，如果出现相序问题，GCU不让GCB
闭合。
过流保护：
如果电流超过274安培300秒，GCU指令汇流条电源控制组件（BPCU）断开次要的电气载荷（卸载）。
如果过流状态持续，BPCU首先断开厨房载荷，使主汇流条卸载。
如果过流状态仍然存在，GCU断开GCR和GCB。
如果电流超过340安培5秒钟，GCU指令BPCU开始卸载。
如
果过流继续0.1秒，GCU断开GCR和GCB。
差动故障保护：
GCU监控中线电流变压器（NCT）和差动保护电流变压器（DPCT）的三相。
GCU比较IDG（通过NCT）中的电流和GCB
（通过DPCT）中的电流。
如果电流差超过20安培70毫秒，GCU
断开GCR和GCB。
欠速保护：
GCU监控来自的显示电子组件（DEU）的准备负载（RTL）信
号。
当发动机位于或高于慢车位置时，并且发动机起动手柄位于慢车位置时，DEU提供RTL信号。
如果出现RTL信号，欠频或欠压故障将导致GCB和GCR断开。
如果由于欠速而产生欠频状态，GCB将断开。
如果RTL信号断开，GCR仍停在闭合位。
1.2过压欠压保护要求
过压：
当三相平均电压达127-133V时，发电机断路器（GB）断
开，发电机磁场去磁，‘HV’灯亮
欠压：
当三相平均电压达97-103V时，GB断开，发电机磁场去
磁，‘LV’灯亮
2.交流过压保护电路
2.1保护要求
a在发电机卸去大功率负载或排除短路故障后，由于调压器的滞后作用，电网电压会产生瞬时过电压，这是电源系统运行过程中的正常现象，这时保护电路通过延时来避免误动作；
b另一种是由于励磁系统的故障，由于励磁系统的故障，如调压器失效、旋转整流器故障等，导致发电机的输出电压高于其额定电压，其三相平均电压达127-133V时，这时保护装置必须动作，断开发电机的GCR和GCB。
2.2电路图
2.3工作原理
a.基本分为两个部分，即敏感电路和反延时及放大电路。
敏感电路敏感的是发电机三项平均电压值，整流后经滤波分压，与稳压管DW1上的基准电压UZ1进行比较。
反延时及放大电路是一个由集成运算放大器组成的比例积分电路。
b．当发电机电压正常时，3端的输入电压U3低于基准电压UZ1，运算放大器处于反相输入状态，输出端6无信号输出，即U6为0，稳压管DW2不导通。
c．当发电机发生过电压时，3端的电位将超过UZ1，运算放大器将输出高电位。
但由于反馈电容C2的积分作用，输出电压不能瞬时变高，而是在经过一定时间的延时后，使稳压管DW2击穿，输出故障保护信号
2.4仿真结果
XMM2：
运放输出电压XMM1：
故障信号
正常情况下（115V），运放输出基本为零，无故障信号输出
过压临界点（130V），随时间增加，输出电压逐渐增大，并在10V左右击穿稳压管输出故障信号
过压越严重，输出电压增长越迅速，达到反延时的目的
2.5电路特点
a.由于采用了集成运算放大器，可以减少大量分立电子元件，使保护电路结构紧凑，简化了电路，提高了可靠性。
另外，也进一步提高了精度及稳定性。
b.因为运算放弃输入阻抗很高，使滤波电容器及反延时电路中电容器的电容量可以大大减少，增加电路的时间常数可以采用增加电阻的办法。
同时，由于电容量的大幅度减少，可以不必再采用温度系数很大的钽质电容器，而采用温度性能稳定的漆膜电容器。
这样既减轻了重量，又提高了稳定性。
c.该线路对动作点电压的调整或反延时特性的调整都比较容易。
3直流过压保护电路
3.1保护要求
a.一般通过设置延时来区分两种不同过电压，使保护电路在瞬时过电压时不动作，而在持续过电压时输出故障信号。
b.过电压故障采用反延时，即故障越严重，延时时间越短，以防止造成严重后果。
3.2电路图
3.3工作原理
a.当发电机无过电压和过载故障时，运放A2反相端的两个输入电压Ui和Ug都小于同相端的基准电压Uz1，两个二极管D1和D2都不导通，运放输出端为高电平。
这时稳压管DW2和PNP型晶体管T1都不导通，电路没有输出信号
b.当发电机发生过电压故障时，电位器W上的电压Ug高于基准电压Uz1，二极管D2导通，D1仍截止，电阻R8中的电流对电容器C开始充电。
这时运放的输出电压从原来的高电平Uz1开始下降，经过一定的延时时间后，使稳压管DW2和晶体管T1导通，输出故障信号，断开发电机的励磁和输出。
过电压值越大，延时时间越短。
4交流欠压保护电路
4.1保护要求
a.在突加大功率负载时，如持续时间很短，保护装置不应动作；另一种由于励磁回路短路，如励磁回路断路、调压器失效或恒速传动装置欠速而造成电压下降保护器应该动作。
b.5-9秒内电压保持在97-103V时，欠压保护装置动作。
c.为了在正常的瞬间欠电压不致产生误动作，保护电路设置7S的固定延时。
4.2电路图
4.3工作原理
a.发电机输出电压正常时，运放反向端2的电压高于基准电压Uz1,因此运放输出端6为低电位，二极管D4不导通，电源E通过R7D5R8，不足以使DW2导通，因此无信号输出
b．当发电机电压降低时，运放输出端变为高电位，使二极管D5不能导通，电源E通过R8对C2充电，当欠压持续一段时间后，C2上的电压达到击穿DW2点数值，输出故障信号，从而实现固定延时的目的
5小结
课程设计是一个重要的教学环节，通过课程设计使我们了解到一些实际与理论之间的差异。
通过课程设计不仅可以巩固专业知识，为以后的工作打下了坚实的基础，而且还可以培养和熟练使用资料、运用工具书的能力，把我们所学的课本知识与实践结合起来，起到温故而知新的作用。
课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门设计课，给了我们很多思考，给了我们莫大的空间，让我们感触很深，使我们对抽象的理论有了具体的认识。
在课程设计过程中。
我们要系统的了解电源系统设计中的每一个环节，包括从总体设计原则，《设计任务书》的指导思想，参照有关资料，有计划有头绪、有逻辑地把这次设计搞好。
总之，这次课程设计使我们收获很多、学会很多、比以往更加耐心很多。
另外，课堂上也有部分知识不太清楚，于是我们又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是我们作本次课程设计的第二大收获。
由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。
希望答辩时，老师多指出问题，由此我们可用更好地了解到自己的不足，以便课后加以弥补。
参考资料
[1]刘建英，任仁良.飞机电源系统。
北京：
中国民航出版社2012
[2]737-6789AMM手册
[3]737-800AMM手册
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