直升机防除冰配电盒的电路设计

吴文涛

(海军驻武汉三江航天集团军事代表室，湖北 武汉 430074)



直升机防除冰配电盒的电路设计

吴文涛

(海军驻武汉三江航天集团军事代表室，湖北 武汉 430074)

简要分析了直升机防除冰配电盒的电路设计思路与器件选择；提出了在相同条件下的两种电路设计方式；说明了实现同样的功能，因器件选择的不同，具体的电路设计也不同，电路设计与器件选择、驱动能力、控制信号类型均有关系。

器件选择；驱动能力；控制信号类型

0 引言

防除冰配电盒(以下简称配电盒)作为直升机旋翼防除冰系统的加热电源的供电设备，主要功能是将飞机汇流条上的三相115V交流电传输到配电器和加热组件上。根据不同的设计要求，特别是上游供电的功能要求以及控制信号类型的要求不同，配电盒的电路设计与器件选择也有所不同。

1 配电盒的功能要求与原理

直升机旋翼防除冰系统的工作原理如图1所示。

配电盒是防除冰系统的一个组成部件，其主要功能包括：

1)接收来自控制器的输入信号，将交流电源通过主桨集流环组件接通给主桨加热组件；

2)接收来自控制器的输入信号，将交流电源通过尾桨集流环组件接通给尾桨加热组件；

3)采集主桨和尾桨的防除冰系统工作电流，并将该信号反馈给控制器；

4)接受交流电源的并网信号，将交流电源接通或断开；

5)交流电源单发故障状态下，接收转换信号实现APU电源的自动转换。

配电盒的基本原理如图2所示。

图1 直升机旋翼防除冰系统原理框图

图2 配电盒基本原理框图

根据配电盒的功能要求，在控制信号的作用下，将交流电源接通给主、尾桨集流环和配电器供电，即起开关作用，因此要设计一种受控的通断开关电路。通常大电流的开关器件有接触器和可控硅等类型。接触器的应用较为广泛、成熟，有三相交流接触器成品，承受浪涌电流的能力强，触点形式的通断，隔离性好。可控硅是无触点开关器件，不会产生电弧，寿命高，若传输交流电则需要采用双向可控硅。

作为旋翼防除冰系统中的交流供电设备，配电盒需传输1#电源(主桨线路)、2#电源(尾桨线路)和备用电源共3路三相交流电源，若采用可控硅，按每相设置一个开关器件计算，每一路三相交流电均需要三个双向可控硅，这样难以保证同一电源的三相电同时接通。同时所用的开关器件数量较多，使得产品的体积、重量和功耗增大，因此经对使用条件的综合考虑，配电盒选择三相交流接触器作为开关器件更为合理。

2 配电盒的电路设计

以接触器作为开关器件，由于控制信号的驱动能力、控制信号类型(指高电平有效或低电平/地有效)及所选的器件型号厂家不同，电路的设计也有所不同。现以某产品设计要求为例，分析两种不同的电路设计与器件选择。

设计要求：

1) 上游供电设备提供1#、2#两个三相交流电源，容量分别为30kVA、15kVA，2个电源用1个地有效信号作为并网接通控制信号；

2) 配电盒可分别接收控制器的主桨、尾桨控制信号来接通2个交流电源，两个控制信号均为地有效，表示交流电源接通；

3) 设置本产品接通工作电源的控制信号，控制器的控制信号在该电源控制信号地有效的情况下才能传送。

初步设计分析与计算如下：

假定三相电源对称、负载平衡，按Y-Y接法，则中线的电流为：

iN=iA+iB +iC=0

(1)

即中线如同开路，各相电流独立，彼此无关，由于三相电源、三相负载对称，故可将三相电路归结为一相来计算，且I相=I线。

依据三相负载功率等于各相功率之和，计算出单相的额定电流为：

对于1#电源额定容量为30kVA，最大单相电流为：

(2)

对于2#电源额定容量为15kVA，最大单相电流为：

(3)

因此，所选接触器的主触点的额定电流应分别大于87A和43.5A。

依据上述计算结果，提出两种电路设计方式。

2.1 方式一

电路设计方式一原理框图如图3所示。

图3 方式一原理框图

对应图3，所选接触器的型号与技术指标如表1所示。

表1 接触器型号与指标1

此种方式的接触器有启动和保持两个绕阻，接触器刚加电时，电阻值较小的启动绕阻工作，因此启动电流较大。以28V电压为供电基准，计算接触器启动接触时所需的驱动电流分别为：

(4)

(5)

通常来自控制器的控制信号电流较小，一般不大于0.5A，驱动能力有限，无法推动大电流的接触器工作，因此在电路设计上要解决如何驱动接触器启动工作的问题。

一般的小型继电器即有驱动能力，且其自身所需的驱动电流较小，故在每个接触器的线圈控制端设计一个继电器来驱动，如图3中的K1、K2。理论上所选用的继电器的触点负载电流应大于上述驱动电流值8A、1.87A，且同时自身所需的驱动电流要小于0.5A。综合体积与重量的考虑，选择继电器型号参数如表2所示。

表2 继电器型号与指标1

其中，JQX-20M的负载电流达到10A，大于接触器JQ-47F所要求的8A,其自身所需驱动电流为：

(6)

该电流小于0.5A，能为控制器的控制信号所驱动。

KJZC-4MH的负载电流达到5A，大于接触器JQ-17M所要求的1.87A,其自身所需驱动电流为：

(7)

该电流也能为控制器的控制信号所驱动。

综合上述分析，方式一设计如图4所示。

2.2 方式二

电路设计方式二原理框图如图5所示。

对应图5，所选接触器的型号与技术指标如表3所示。

此种方式的接触器线圈仅有一个绕阻，相对有启动和保持两个绕阻的接触器而言，所需的驱动电流较小，计算接触器动作时所需的驱动电流分别为：

(8)

(9)

该电流小于0.5A，能被电源与控制信号组成的回路电流所驱动。因此对于这种电路设计方式，无需使用继电器来驱动接触器，但在设计要求中，所有的控制信号均为地有效，而仅有地信号作为线圈控

图4 方式一电路设计

图5 方式二原理框图

接触器位置型号主要技术指标主桨J1’H700-B5N115/200VAC,主触点负载范围125A,辅助触点负载电流5A;10000次;线圈额定电压28V,线圈电阻113Ω;约1020g。尾桨J2’H600-A5N115/200VAC,主触点负载范围60A,辅助触点负载电流3A;20000次;线圈额定电压28V,线圈电阻200Ω;约480g。

制端时是无法让接触器、继电器工作的，因此在电路设计上要解决如何满足控制信号类型的问题。

在此将两个继电器串联，将交流电源的并网信号接在一个继电器的线圈一端，从而实现电平过渡，再通过两个继电器触点之间的信号传递来控制主桨或尾桨接通，这样即可满足所有信号的地有效控制。所选继电器见表4，具体电路如图6所示。

表4 继电器型号与指标2

由此可见，两种电路设计方式的不同取决于所选择的器件类型以及驱动能力和控制信号的类型。

3 工程应用

根据两型直升机防除冰系统的需求，将上述两种接触器部分的电路设计方式分别在两型产品中进行了工程应用。通过试验与使用，证明了两种方式的电路的可行性，均能满足配电盒的设计要求。

4 结 论

本文针对直升机防除冰系统的配电要求，提出了配电盒的两种电路设计方式，通过选择器件的特点说明、计算，控制信号的类型要求，解释了这两种不同电路的设计方式，两种电路均具有可行性，并在工程实践中获得了应用与验证。由此说明，电路设计方式与选择器件类型、驱动能力、控制信号类型均有关系，需要根据实际工程条件进行选择。

图6 方式二电路设计

[1] 邱关源.电路[M].北京：高等教育出版社，1999.

[2] 张国雄.测控电路[M].北京：机械工业出版社，2008.

[3] Alexander C K, Sadiku M N O. Fundamentals of Electric Circuits[M].北京：清华大学出版社，2000.

The Circuit Design of the Anti-icing and De-icing Power Distribution Box of Helicopters

WU Wentao

(Navy Representative Office of Wuhan Sanjiang Aerospace Group, Wuhan 430074, China)

This paper analyzed the circuit design ideas and component selection of the anti-icing and de-icing power distribution box of helicopters briefly, and proposed two circuit design approach under the same condition. It explained that to achieve the same function, the specific circuit design is different because the component selection is different. The circuit design has been related to the component selection, drive capability and controlling signal type.

component selection；drive capability； controlling signal type

2015-03-06

吴文涛(1967-)，男，毕业于海军航空工程学院自动控制专业，高工，从事专业为航空机载设备的研究。

1673-1220(2015)02-024-05

V242

A