负载量变化对飞机直流电压波动的影响分析

荣 誉

(长沙航空职业技术学院，湖南 长沙 410124)

负载量变化对飞机直流电压波动的影响分析

荣 誉

(长沙航空职业技术学院，湖南 长沙 410124)

飞机电网电压波动幅度大小影响着电子设备的正常工作或性能的发挥。飞机电子设备对电源的电压精度、稳定度、中断供电时间都有严格的要求，供电系统的电压波动可能使电子设备偏离正常工作，进而由于系统交联，造成系统稳定性下降。主要从电压稳态和瞬态变化两个角度出发，研究了负载量变化对电压波动的影响，进而影响到电子设备性能的发挥。

电压波动；负载量；稳态

随着航空工业突飞猛进，航空工业强国其飞机电源的发展也很快。由于现代新型飞机电子设备的大幅度增加，对电源系统的要求不断提高，从而促进了飞机电网供电系统的发展。国外许多厂家为适应这种需求，争上新技术、新材料、新工艺，形成了专业化、系列化生产体系，并且瞄准飞机的发展趋势、预测飞机用电需要而进行研制。飞机供电系统的发展，多电飞机的概念越来越得到大家的认可，在多电飞机中，主要采用电能来代替原来飞机中的机械能、液压能和风能，以提高系统的可靠性和可维修性。现在的电力电子技术、微处理器技术、电气传动以及控制技术的发展为多电飞机的发展奠定了基础。而随着飞机上用电设备的不断增加，飞机电网供电电压的稳定性将直接影响飞行安全，所以在研制新飞机和对现役飞机进行改进时，都要对飞机电网的电压波动情况进行严格测试，测试参数主要包括电压、电流、频率、相间不平衡、相位差等。本文从低压直流供电系统出发，分析了负载量的大小对飞机电压波动的影响情况。

1 背景介绍

随着电子设备技术和测控技术的飞速发展，原先在飞机上无法测量的参数如今都可以进行精确测量，特别是高速数据采集系统的发展，大大促进了短时激变参数的测量分析，并对机上各种参数采集处理以及考核标准都有很大的促进作用，电压波动的各种参数也得以快速精确测量，供电品质关于电压波动的相应标准也进行了更新换代。

我国对飞机供电品质中关于电压波动的限定在以前主要是依据GJB181-1986这个标准，它的更新版本是GJB181A-2003飞机供电特性，新版主要增加了直流供电的相关内容，并对电压波动参数提出了更严格的要求，本文也采用该新标准来考核电压波动情况。而对于电压波动参数的试验测试方法，主要依据GJB5189-2003飞机供电特性参数测试方法，该标准对参数测试和设施要求都进行了明确。测试在研飞机和对现役飞机的供电系统进行改进时，需依据相关标准或相关的设计规范对用电设备和电网的波动等参数进行严格测试，以保证飞机电气系统的电压稳定性。

飞机电气系统的工作分为稳态工作和瞬态工作两个阶段，对应于该两个阶段的电压分别称为稳态电压和瞬态电压。稳态电压是指供电系统正常的、供电负载是固定的工作状态，在这一工作状态下，系统特性在任意长时间间隔内都保持在正常工作稳态特性极限之内；而瞬态电压则是由于工作状态的变化，如供电模式的非正常转换、突加和突卸负载等操作，这些工作状态的变化将使相应汇流条上电压瞬间发生较大变化，随即又进入稳态，瞬态特性往往越出稳态极限范围并在规定的时间范围内恢复到稳态极限范围之内。一般来说，引起直流电压波动的因素主要包括直流发电机控制器的校正作用、负载变化的作用以及整流引起的电压波动等。

2 电压波动测试标准和方法

GJB5189-2003规定，对电压波动的测试，在稳态时需测试稳态电压、脉动幅度、畸变系数和畸变频谱，在瞬态时需测试直流电压的瞬变特性。

稳态测量时，稳态直流电压是指规定时间内采集到的电压瞬时值的平均值，电压脉动幅度是指稳态直流电压和瞬时直流电压最大差值的绝对值，直流畸变是指直流电压中交流电压分量的均方根值，直流畸变系数是指直流畸变与稳态直流电压的比值，畸变频谱是指直流畸变通过每一频率分量的幅值的量化表示。

瞬态测量时，瞬变特性分为正常瞬变和非正常瞬变。正常瞬变是指超出稳态极限但保持在规定的正常瞬变极限之内的瞬变，在正常瞬变试验时，用电设备在试验过程中及经试验后正常稳态供电时均应能正常工作。非正常瞬变是由于非正常扰动使电压超出正常瞬变极限并最后回到稳态极限的瞬变，经过非正常瞬变试验后，用电设备应不发生任何故障，并在恢复正常供电后能够继续正常工作。

2.1 直流28V电压测试标准

(1)直流稳态电压：22.0～29.0V；

(2)直流电压脉动幅度：28V直流电压脉动幅值最大1.5V；

(3)直流畸变系数：28V直流电压畸变系数最大0.035；

(4)电压瞬变：28V直流电压应在GJB181A-2003中相应图示范围内；

(5)畸变频谱：28V直流电压应在GJB181A-2003中相应图示范围内。

2.2 直流28V电压测试方法

(1)直流电压瞬变参数分析

直流电压瞬变参数的测试主要是用于测量直流用电设备在加、卸载过程中产生的瞬态欠、过压浪涌。直流电压瞬变是指电压值超出稳态极限，并在一定时间内回到稳态极限的短暂的变化状态。当电压超出稳态极限时，绘制瞬态电压的变化曲线填充到GJB181A-2003规定的直流电压的过压或欠压包络线图中，以检验参数是否符合标准。该包络线如图1所示：

(2)直流电压畸变频谱分析

直流电压畸变频谱是指直流畸变通过每一频率分量幅度的量化表示，在对直流电压畸变频谱作测试时，按照GJB5189-2003规定的采样频率对直流电压进行连续采样，采集稳态时直流电压中的交流电压分量，将所采集的数据用离散傅里叶变换算法计算出每一频率分量的幅度，即求得直流电压畸变频谱。绘制直流电压畸变频谱图填充到GJB181A-2003规定的直流电压最大畸变频谱包络线图中，以检验参数是否符合标准。该畸变频谱如图2所示：

图2 28V直流系统最大畸变频谱

3 电压波动试验分析

利用飞机直流供电系统地面模拟试验的试验模型，在试验室室温条件下对电压波动情况进行试验，试验分别测试了直流供电电网处于稳态工作和瞬态工作时在各种试验条件下的电压波动参数。

3.1 28V直流供电系统稳态测试

(1) 28V直流供电系统空载试验

对28V直流供电系统不加任何负载进行试验，稳态工作时测得稳态电压为28.925V，最大脉动幅值为0.567V，畸变系数为0.0043，直流脉动幅度和直流畸变频谱如图3和图4所示，各项参数都在正常范围内，电压的波动属于正常范围，供电稳定性满足要求，机上28V电子设备供电电源符合要求。

图3 28V直流系统空载电压脉动

图4 28V直流系统空载电压畸变频谱

(2) 28V直流供电系统过载200%试验

对28V直流供电系统进行过载200%试验，测得稳态电压为28.892V，最大脉动幅值为1.927V，畸变系数为0.0049，直流脉动幅度和直流畸变频谱如图5和图6所示，对比参数，稳态电压脉动幅值超出1.5V的稳态脉动极限值，高频段的噪声明显增加，电压的波动已超出正常范围，供电稳定性已经无法满足要求，在此电压下的长时间工作可能造成机上电子设备寿命降低或损坏。

图5 28V直流系统过载200%电压脉动

图6 28V直流系统过载200%电压畸变频谱

从脉动幅度、畸变频谱及畸变系数的试验结果可以看出，当负载量增大时，稳态电压会逐渐降低，最大脉动幅值增大，畸变系数增大，并且畸变频谱在中频段的交流分压增多，参数开始向极限值靠近，当负载量超过一定的范围时，电压波动就超出了正常值，供电稳定性就不能满足机上供电系统和用电设备的要求。

3.2 28V直流供电系统瞬态测试

对28V直流供电系统进行负载变化20%～170%～20%的瞬态测试。28V直流供电系统的稳态电压极限是22.0～29.0V，瞬变期间正常电压的范围在18.0～50.0V之间。在负载由20%负载突加到170%负载时，欠压瞬变开始，电压迅速下降，电压值最低达到9.836V的极限，在0.01s内电压迅速上升，0.03s后就进入正常电压范围。在负载由170%负载突卸到20%负载时，过压瞬变开始，电压迅速升高，电压值最高达到43.437V的极限，在0.01s内电压迅速下降，0.03s内就进入正常电压范围。

测得过欠压瞬变图分别如图7、图8所示，突卸负载时的过压瞬变在正常瞬变包络线范围内，瞬变过程的电压波动在可接受范围内，供电稳定性满足要求；但在欠压瞬变时，最低电压9.836V已经远远超出了正常瞬变的最低18V的极限值，电压曲线超出包络线范围，供电稳定性已经不能满足要求。

图7 28V直流系统过压瞬变

图8 28V直流系统欠压瞬变

从实验数据来看，突加突卸负载量大小的变化对瞬态测试时电压波动幅度的影响很大，对供电稳定性有较直接的影响。

4 结论

本文针对电压波动影响供电稳定性的情况，主要考察了负载量变化造成的电压波动，及其可能对电子设备和供电品质造成的影响。在供电系统稳态和瞬态工作期间，负载量的增加一般都会导致电压波动的加剧，降低供电稳定性，这是个不利影响，随着设计的优化和技术的进步，应逐步减弱这种不利影响。除了考察负载量变化对电压波动的影响外，在以后的工作中，还可以考察发电机转速变化、负载与转速联合变化等试验方式，对电压波动影响情况进一步深入研究，以验证飞机上更多复杂条件下电压波动和供电稳定性的情况。

飞机电网电压波动与电子设备工作情况是互相关联的，一方面供电电网的电压波动可能造成电子设备的过压、欠压等故障，另一方面电子设备的工作电压不正常又会引起电源的扰动，两者相互影响。改善飞机电网供电电压稳定性不是一个简单的供电设备设计问题，而是一个包括发电、配电和用电设备在内的综合设计问题。因此，要想综合提高供电稳定性，还应该从飞机电气系统顶层设计出发进行综合考虑，整体规划，才能整体提高飞机电网的供电质量。

[1] 严东超.飞机供电系统[M]. 北京: 国防工业出版社，2010.

[2]GJB181A-2003. 飞机供电特性[S].

[3]GJB5189-2003.飞机供电特性参数测试方法[S].

[4] 王宏霞 张晓斌.GJB5189-2003《飞机供电特性参数测试方法》简介[J]. 航空标准化与质量，2005,(1).

[5] 郑先成, 张晓斌, 宋先红. 飞机电气系统直流电压畸变信号检测及处理方法[J]. 测控技术，2006, (1).

[6] 郑泽煜, 张泾周, 刘征科,等. 航空供电系统畸变测试系统设计与实现[J]. 计算机测量与控制，2010, (5).

[编校：杨 琴]

The Analysis of Load Change's Impact on Dc Voltage Fluctuations of the Plane

Rong Yu

(ChangshaAeronauticalVocationalandTechnicalCollege,ChangshaHunan410124)

The aircraft electrical voltage fluctuation amplitude influences normal work or performance exertion of the aircraft electronic equipments. Since the airplane electronic equipments have a strict request for electrical voltage accuracy, stability and electrical supply interruption distance，a voltage fluctuation may make the electrical equipments deviate its normal work, and furthermore, the system associating will cause the descending of the system stability. This paper mainly analyses the voltage transformation in the constant state and instant state，and studies the influence on the aircraft electrical voltage fluctuation and electronic equipment performance while the load is changing.

electrical voltage fluctuation；load；steady state

2015-01-07

荣誉(1983- )，男，湖北武汉人，助理实验师，研究方向为航材管理。

TM31

A

1671-9654(2015)01-052-06