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中國民航大學(xué) 《飛機電源系統(tǒng)》課程設(shè)計 設(shè)計題目：飛機電源系統(tǒng)電壓故障 保護(hù)電路的設(shè)計 專 業(yè)：電氣工程及其自動化 班 級：121142F 學(xué)生姓名：黃萬鵬 學(xué) 號：121142611 指導(dǎo)教師： 設(shè)計時間：2015.10.1-2015.10.10 飛機電源系統(tǒng)課程設(shè)計任務(wù)書4 學(xué)生1姓名 黃萬鵬 學(xué)號 121142611 成績 學(xué)生2姓名 尹瑞 學(xué)號 120241134 成績 學(xué)生3姓名 陳志鵬 學(xué)號 121142604 成績 學(xué)生4姓名 洪彬彬 學(xué)號 121142609 成績 學(xué)生5姓名 許遠(yuǎn)翔 學(xué)號 121142631 成績 學(xué)生6姓名 朱元澤 學(xué)號 121142640 成績 設(shè)計題目 飛機電源系統(tǒng)電壓故障保護(hù)電路的設(shè)計 設(shè) 計 內(nèi) 容 (1) 根據(jù)飛機電源系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計交流電源/直流電源的過/欠壓保護(hù)電路。 （2過壓保護(hù)電路，包括檢測電路、反延時電路和輸出電路的設(shè)計（電路圖、元件參數(shù)、工作原理）。 （3）欠壓保護(hù)電路，包括檢測電路、固定延時電路和輸出電路的設(shè)計（電路圖、工作原理等）。 （4）對（2）電路進(jìn)行仿真(如multisim、proteus等)。 （5）最終形成課程設(shè)計成品說明書。 設(shè)計 要求 （1） 熟悉飛機電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理以及交、直流電信號的檢測方法，電路設(shè)計只需設(shè)計到故障信號輸出部分，執(zhí)行電路不需設(shè)計。。 （2） 能夠用multisim、proteus等軟件對指定電路進(jìn)行仿真。 時間 安排 9月28日 布置任務(wù)，了解設(shè)計內(nèi)容， 收集有關(guān)資料。 9月29日 選擇設(shè)計方案，設(shè)計相關(guān)電路，并計算參數(shù)。 9月30日 繪制電路圖，并進(jìn)行仿真或?qū)嶒炑芯俊? 10月12日 提交課程設(shè)計說明書。 參考 資料 （1）《飛機電源系統(tǒng)》教材； （2）B737NG飛機的AMM、CMM手冊； （3）網(wǎng)絡(luò)資料。 目 錄 1波音737型客機GCU……………………………………………………….…..4 1.1GCU功能概述………………………………………………………….......4 1.2過壓欠壓保護(hù)要求…………………………………………………………6 2交流過壓保護(hù)電路……………………………………………………………….7 2.1保護(hù)要求……………………………………………………………………7 2.2電路圖………………………………………………………………………8 2.3工作原理……………………………………………………………………8 2.4仿真結(jié)果……………………………………………………………………9 2.5電路特點………………………………………………………………..…10 3直流過壓保護(hù)電路………………………………………………….……….….10 3.1保護(hù)要求………………………………………………………….…….…10 3.2電路圖………………………………………………………………..……10 3.3工作原理…………………………………………………………..………11 4交流欠壓保護(hù)電路……………………………………………………….….….11 4.1保護(hù)要求………………………………………………………….…….…11 4.2電路圖……………………………………………………………………..12 4.3工作原理…………………………………………………………………..12 5設(shè)計總結(jié)………………………………………………………………………...12 參考資料………………………………………………………………………...13 14 1波音737型客機GCU 1.1GCU功能概述 每個發(fā)電機控制組件（GCU）有下列功能： － 控制發(fā)電機控制斷路器（GCB）和匯流條斷路器（BTB） － 提供／控制給IDG發(fā)電機的激勵 － 保護(hù)電源系統(tǒng)和IDG電氣參數(shù)不在限制 － 控制在P5－5和P5－4 組件上的電源系統(tǒng) － 對機構(gòu)內(nèi)測試設(shè)備進(jìn)行故障隔離 超壓和欠壓保護(hù)： GCU監(jiān)控每一調(diào)節(jié)點（POR）處的相電壓。電壓故障指令發(fā)電機控制繼電器（GCR）和發(fā)電機控制斷路器（GCB）打開。 當(dāng)相電壓超過130 伏時，進(jìn)行超壓保護(hù)。 當(dāng)最低相電壓低于101 伏持續(xù)超過7 秒時，進(jìn)行欠壓保護(hù)。 頻率保護(hù)： GCU監(jiān)控PMG的頻率。正常的發(fā)電機頻率是400 赫茲。如果頻率超過下列值，GCU輸出保護(hù)信號： — 425 赫茲超過1.5 秒 — 35 赫茲超過35毫秒 如果頻率低于下列值，GCU斷開GCR和GCB： — 375 赫茲超過1.5 秒 — 355 赫茲超過150毫秒 GCU 監(jiān)控IDG 電流變壓器的三相，如果任何兩相間的電流 不平衡超過140 安培，時間超過6.3秒，就會發(fā)生不平衡相保護(hù)。 如果繼續(xù)出現(xiàn)不平衡，GCU斷開BTB，且GCR和GCB 斷開。 發(fā)電機二極管故障保護(hù): GCU 監(jiān)控勵磁回路中的電流脈動，發(fā)現(xiàn)IDG 中短路的旋轉(zhuǎn)二極管如果電流超過5安培，GCU斷開GCR和GCB。 相序保護(hù)： GCU在POR上監(jiān)控相序，如果出現(xiàn)相序問題，GCU不讓GCB 閉合。 過流保護(hù)： 如果電流超過274安培300秒，GCU指令匯流條電源控制組件（BPCU）斷開次要的電氣載荷（卸載）。如果過流狀態(tài)持續(xù)，BPCU 首先斷開廚房載荷，使主匯流條卸載。如果過流狀態(tài)仍然存在，GCU斷開GCR和GCB。 如果電流超過340安培5秒鐘，GCU指令BPCU開始卸載。如 果過流繼續(xù)0.1秒，GCU斷開GCR和GCB。 差動故障保護(hù)： GCU 監(jiān)控中線電流變壓器（NCT）和差動保護(hù)電流變壓器（DPCT）的三相。GCU 比較IDG（通過NCT）中的電流和GCB （通過DPCT）中的電流。如果電流差超過20 安培70 毫秒，GCU 斷開GCR和GCB。 欠速保護(hù)： GCU監(jiān)控來自的顯示電子組件（DEU）的準(zhǔn)備負(fù)載（RTL）信 號。當(dāng)發(fā)動機位于或高于慢車位置時，并且發(fā)動機起動手柄位于慢車位置時，DEU 提供RTL 信號。如果出現(xiàn)RTL 信號，欠頻或欠壓故障將導(dǎo)致GCB 和GCR斷開。如果由于欠速而產(chǎn)生欠頻狀態(tài)，GCB將斷開。如果RTL 信號斷開，GCR仍停在閉合位。 1.2過壓欠壓保護(hù)要求 過壓：當(dāng)三相平均電壓達(dá)127-133V時，發(fā)電機斷路器（GB）斷 開，發(fā)電機磁場去磁，‘HV’燈亮 欠壓：當(dāng)三相平均電壓達(dá)97-103V時，GB斷開，發(fā)電機磁場去 磁，‘LV’燈亮 2.交流過壓保護(hù)電路 2.1保護(hù)要求 a在發(fā)電機卸去大功率負(fù)載或排除短路故障后，由于調(diào)壓器的滯后作用，電網(wǎng)電壓會產(chǎn)生瞬時過電壓，這是電源系統(tǒng)運行過程中的正常現(xiàn)象，這時保護(hù)電路通過延時來避免誤動作； b另一種是由于勵磁系統(tǒng)的故障，由于勵磁系統(tǒng)的故障，如調(diào)壓器失效、旋轉(zhuǎn)整流器故障等，導(dǎo)致發(fā)電機的輸出電壓高于其額定電壓，其三相平均電壓達(dá)127-133V時，這時保護(hù)裝置必須動作，斷開發(fā)電機的GCR和GCB。 2.2電路圖 2.3工作原理 a. 基本分為兩個部分，即敏感電路和反延時及放大電路。敏感電路敏感的是發(fā)電機三項平均電壓值，整流后經(jīng)濾波分壓，與穩(wěn)壓管DW1上的基準(zhǔn)電壓UZ1進(jìn)行比較。反延時及放大電路是一個由集成運算放大器組成的比例積分電路。 b．當(dāng)發(fā)電機電壓正常時，3端的輸入電壓U3低于基準(zhǔn)電壓UZ1，運算放大器處于反相輸入狀態(tài)，輸出端6無信號輸出，即U6為0，穩(wěn)壓管DW2不導(dǎo)通。 c．當(dāng)發(fā)電機發(fā)生過電壓時，3端的電位將超過UZ1，運算放大器將輸出高電位。但由于反饋電容C2的積分作用，輸出電壓不能瞬時變高，而是在經(jīng)過一定時間的延時后，使穩(wěn)壓管DW2擊穿，輸出故障保護(hù)信號 2.4仿真結(jié)果 XMM2：運放輸出電壓 XMM1：故障信號 正常情況下（115V），運放輸出基本為零，無故障信號輸出 過壓臨界點（130V），隨時間增加，輸出電壓逐漸增大，并在10V左右擊穿穩(wěn)壓管輸出故障信號 過壓越嚴(yán)重，輸出電壓增長越迅速，達(dá)到反延時的目的 2.5電路特點 a.由于采用了集成運算放大器，可以減少大量分立電子元件，使保護(hù)電路結(jié)構(gòu)緊湊，簡化了電路，提高了可靠性。另外，也進(jìn)一步提高了精度及穩(wěn)定性。 b.因為運算放棄輸入阻抗很高，使濾波電容器及反延時電路中電容器的電容量可以大大減少，增加電路的時間常數(shù)可以采用增加電阻的辦法。同時，由于電容量的大幅度減少，可以不必再采用溫度系數(shù)很大的鉭質(zhì)電容器，而采用溫度性能穩(wěn)定的漆膜電容器。這樣既減輕了重量，又提高了穩(wěn)定性。 c.該線路對動作點電壓的調(diào)整或反延時特性的調(diào)整都比較容易。 3直流過壓保護(hù)電路 3.1保護(hù)要求 a.一般通過設(shè)置延時來區(qū)分兩種不同過電壓，使保護(hù)電路在瞬時過電壓時不動作，而在持續(xù)過電壓時輸出故障信號。 b.過電壓故障采用反延時，即故障越嚴(yán)重，延時時間越短，以防止造成嚴(yán)重后果。 3.2電路圖 3.3工作原理 a.當(dāng)發(fā)電機無過電壓和過載故障時，運放A2反相端的兩個輸入電壓Ui和Ug都小于同相端的基準(zhǔn)電壓Uz1，兩個二極管D1和D2都不導(dǎo)通，運放輸出端為高電平。這時穩(wěn)壓管DW2和PNP型晶體管T1都不導(dǎo)通，電路沒有輸出信號 b.當(dāng)發(fā)電機發(fā)生過電壓故障時，電位器W上的電壓Ug高于基準(zhǔn)電壓Uz1，二極管D2導(dǎo)通，D1仍截止，電阻R8中的電流對電容器C開始充電。這時運放的輸出電壓從原來的高電平Uz1開始下降，經(jīng)過一定的延時時間后，使穩(wěn)壓管DW2和晶體管T1導(dǎo)通，輸出故障信號，斷開發(fā)電機的勵磁和輸出。過電壓值越大，延時時間越短。 4交流欠壓保護(hù)電路 4.1保護(hù)要求 a.在突加大功率負(fù)載時，如持續(xù)時間很短，保護(hù)裝置不應(yīng)動作；另一種由于勵磁回路短路，如勵磁回路斷路、調(diào)壓器失效或恒速傳動裝置欠速而造成電壓下降保護(hù)器應(yīng)該動作。 b.5-9秒內(nèi)電壓保持在97-103V時，欠壓保護(hù)裝置動作。 c.為了在正常的瞬間欠電壓不致產(chǎn)生誤動作，保護(hù)電路設(shè)置7S的固定延時。 4.2電路圖 4.3工作原理 a.發(fā)電機輸出電壓正常時，運放反向端2的電壓高于基準(zhǔn)電壓Uz1,因此運放輸出端6為低電位，二極管D4不導(dǎo)通，電源E通過R7D5R8，不足以使DW2導(dǎo)通，因此無信號輸出 b．當(dāng)發(fā)電機電壓降低時，運放輸出端變?yōu)楦唠娢?，使二極管D5不能導(dǎo)通，電源E通過R8對C2充電，當(dāng)欠壓持續(xù)一段時間后，C2上的電壓達(dá)到擊穿DW2點數(shù)值，輸出故障信號，從而實現(xiàn)固定延時的目的 5小結(jié) 課程設(shè)計是一個重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計使我們了解到一些實際與理論之間的差異。通過課程設(shè)計不僅可以鞏固專業(yè)知識，為以后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)，而且還可以培養(yǎng)和熟練使用資料、運用工具書的能力，把我們所學(xué)的課本知識與實踐結(jié)合起來，起到溫故而知新的作用。課程設(shè)計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門設(shè)計課，給了我們很多思考，給了我們莫大的空間，讓我們感觸很深，使我們對抽象的理論有了具體的認(rèn)識。在課程設(shè)計過程中。我們要系統(tǒng)的了解電源系統(tǒng)設(shè)計中的每一個環(huán)節(jié)，包括從總體設(shè)計原則，《設(shè)計任務(wù)書》的指導(dǎo)思想，參照有關(guān)資料，有計劃有頭緒、有邏輯地把這次設(shè)計搞好?？傊?，這次課程設(shè)計使我們收獲很多、學(xué)會很多、比以往更加耐心很多。 另外，課堂上也有部分知識不太清楚，于是我們又不得不邊學(xué)邊用，時刻鞏固所學(xué)知識，這也是我們作本次課程設(shè)計的第二大收獲。由于水平有限，難免會有錯誤，還望老師批評指正。希望答辯時，老師多指出問題，由此我們可用更好地了解到自己的不足，以便課后加以彌補。 參考資料 [1]劉建英，任仁良.飛機電源系統(tǒng)。北京：中國民航出版社2012 [2]737-6789AMM手冊 [3]737-800AMM手冊