目錄
第1章 概述 1
1.1 航空航天器電氣系統(tǒng)基本概念 1
1.1.1 航空航天器的能源 1
1.1.2 航空航天器供電系統(tǒng)的組成和功用 2
1.1.3 用電設(shè)備 4
1.2 航空航天器電氣系統(tǒng)工作條件 5
1.2.1 氣候因素 6
1.2.2 機(jī)械因素 7
1.2.3 化學(xué)和核因素 7
1.3 飛機(jī)供電系統(tǒng)的類型、參數(shù)和特性 7
1.3.1 基本類型 7
1.3.2 飛機(jī)供電系統(tǒng)的基本參數(shù) 7
1.3.3 飛機(jī)供電系統(tǒng)的特性 8
1.4 飛機(jī)供電系統(tǒng)的工作狀態(tài)、容量和基本要求 9
1.4.1 飛機(jī)供電系統(tǒng)的工作狀態(tài) 9
1.4.2 飛機(jī)供電系統(tǒng)的容量及其選擇 11
1.4.3 飛機(jī)供電系統(tǒng)的基本要求 12
1.5 航空主電源系統(tǒng)的發(fā)展 13
1.5.1 低壓直流電源 14
1.5.2 恒頻交流電源 14
1.5.3 變頻交流電源 15
1.5.4 高壓直流電源 16
1.5.5 混合電源 16
1.6 飛機(jī)輸配電系統(tǒng)概述 17
1.6.1 飛機(jī)配電系統(tǒng)的構(gòu)成 17
1.6.2 飛機(jī)配電系統(tǒng)的線制 17
1.6.3 飛機(jī)配電系統(tǒng)的要求 18
1.7 航天器供電系統(tǒng)概述 18
1.8 小結(jié) 20
思考練習(xí)題 20
第2章 化學(xué)電源和特種電源 22
2.1 概述 22
2.2 化學(xué)電池的特性參數(shù) 23
2.3 鉛蓄電池 25
2.4 鎘鎳蓄電池 28
2.5 鋅銀電池 30
2.6 鋰電池 33
2.6.1 鋰電池概述 33
2.6.2 典型鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和工作原理 34
2.6.3 鋰電池的特性 39
2.6.4 鋰電池等效電路模型 40
2.6.5 鋰電池在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用 42
2.7 燃料電池 43
2.7.1 燃料電池的工作原理 43
2.7.2 燃料電池的特性 45
2.7.3 燃料電池模型 48
2.7.4 燃料電池的分類 50
2.7.5 燃料電池在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用 52
2.8 太陽(yáng)能電池 56
2.8.1 太陽(yáng)能電池概述 56
2.8.2 太陽(yáng)能電池的發(fā)電原理 57
2.8.3 太陽(yáng)能電池的工作原理 58
2.8.4 太陽(yáng)能電池的等效電路模型及特性曲線 59
2.8.5 太陽(yáng)能電池在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用 61
2.9 空間核電源 62
2.9.1 放射性同位素溫差發(fā)電器 63
2.9.2 核反應(yīng)堆溫差發(fā)電器 64
2.9.3 核反應(yīng)堆熱離子發(fā)電器 64
2.9.4 空間核電源在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用 64
2.10 小結(jié) 65
思考練習(xí)題 65
第3章 飛機(jī)二次電源 66
3.1 概述 66
3.2 直流-直流變換器 67
3.2.1 單向直流變換器 67
3.2.2 雙向直流變換器 68
3.3 直流-交流變換器 69
3.3.1 直流-交流變換器的類型 70
3.3.2 階梯波合成逆變器 73
3.3.3 三相脈寬調(diào)制逆變器 75
3.4 交流-直流變換器 82
3.4.1 交流-直流變換器概述 82
3.4.2 磁隔離型變壓整流器 85
3.4.3 自耦變壓整流器 93
3.4.4 電子式高頻變壓整流器 95
3.4.5 蓄電池充電器 96
3.4.6 具有功率因數(shù)校正的整流電源 99
3.5 交流-交流變換器 100
3.5.1 循環(huán)變換器 100
3.5.2 矩陣變換器 102
3.6 航空二次電源中的新型電力電子器件 104
3.6.1 碳化硅電力電子器件 104
3.6.2 氮化鎵電力電子器件 106
3.7 航空二次電源中的集成電力電子模塊封裝 108
3.7.1 集成電力電子模塊 108
3.7.2 IPEM 封裝的關(guān)鍵技術(shù) 108
3.7.3 IPEM 封裝的發(fā)展趨勢(shì) 112
3.8 航空二次電源結(jié)構(gòu)及冷卻設(shè)計(jì) 112
3.8.1 二次電源結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 112
3.8.2 二次電源冷卻方式 113
3.9 航空二次電源電磁干擾問(wèn)題 113
3.9.1 變換器的電磁干擾 113
3.9.2 電磁干擾的抑制 114
3.9.3 電磁干擾的測(cè)試及標(biāo)準(zhǔn) 116
3.10 小結(jié) 117
思考練習(xí)題 117
第4章 航天器供電系統(tǒng) 119
4.1 航天器供電系統(tǒng)的組成和分類 119
4.2 衛(wèi)星供電系統(tǒng) 120
4.2.1 衛(wèi)星供電系統(tǒng)的組成 120
4.2.2 太陽(yáng)電池陣的功率調(diào)節(jié)方式 121
4.2.3 蓄電池的充、放電調(diào)節(jié) 122
4.2.4 太陽(yáng)電池陣電源系統(tǒng)的類型 123
4.2.5 太陽(yáng)電池陣電源系統(tǒng)的控制 129
4.3 載人航天器供電系統(tǒng) 133
4.3.1 載人航天器電源系統(tǒng)的特點(diǎn) 133
4.3.2 國(guó)外載人航天器電源系統(tǒng) 134
4.4 火箭電源 136
4.5 航天器固態(tài)配電技術(shù) 138
4.5.1 航天器直流固態(tài)配電 138
4.5.2 航天固態(tài)功率控制器的特點(diǎn) 139
4.5.3 航天器固態(tài)配電應(yīng)用舉例 140
4.6 航天器供電系統(tǒng)的發(fā)展 141
4.7 小結(jié) 143
思考練習(xí)題 143
第5章 飛機(jī)低壓直流電源 145
5.1 概述 145
5.2 低壓直流發(fā)電機(jī) 145
5.2.1 低壓直流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu) 145
5.2.2 飛機(jī)有刷直流發(fā)電機(jī)的工作特性 146
5.2.3 飛機(jī)直流發(fā)電機(jī)的冷卻 147
5.3 直流發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié) 149
5.3.1 直流發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)概述 149
5.3.2 模擬式電壓調(diào)節(jié)器 151
5.3.3 數(shù)字式電壓調(diào)節(jié)器 156
5.4 直流電源的并聯(lián)運(yùn)行 158
5.4.1 并聯(lián)投入條件和負(fù)載的分配 158
5.4.2 自動(dòng)均衡電路 159
5.4.3 發(fā)電機(jī)與蓄電池的并聯(lián)運(yùn)行 161
5.5 直流電源的控制與保護(hù) 162
5.5.1 直流發(fā)電機(jī)的過(guò)電壓保護(hù) 163
5.5.2 直流發(fā)電機(jī)的欠電壓保護(hù) 164
5.5.3 直流發(fā)電機(jī)的短路保護(hù) 164
5.5.4 直流發(fā)電機(jī)的過(guò)載保護(hù) 164
5.5.5 直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁過(guò)流保護(hù) 165
5.5.6 直流發(fā)電機(jī)的反流保護(hù) 165
5.6 直流起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng) 165
5.6.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性和起動(dòng)要求 165
5.6.2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的電力起動(dòng) 166
5.6.3 典型的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng) 167
5.7 小結(jié) 170
思考練習(xí)題 170
第6章 飛機(jī)恒頻交流電源 171
6.1 概述 171
6.1.1 恒速恒頻電源 171
6.1.2 變速恒頻電源 172
6.2 無(wú)刷交流發(fā)電機(jī) 173
6.2.1 無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu) 173
6.2.2 無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)的特性與基本參數(shù) 174
6.2.3 無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng) 177
6.3 恒速恒頻電源系統(tǒng) 181
6.3.1 齒輪差動(dòng)式液壓恒速傳動(dòng)裝置 181
6.3.2 發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) 185
6.4 變速恒頻電源系統(tǒng) 200
6.4.1 交交型變速恒頻電源 200
6.4.2 交直交型變速恒頻電源 202
6.5 飛機(jī)交流電源的并聯(lián)運(yùn)行 206
6.5.1 交流發(fā)電機(jī)并聯(lián)條件及其并網(wǎng)控制 207
6.5.2 交流發(fā)電機(jī)無(wú)功功率調(diào)節(jié)原理及其自動(dòng)均衡 211
6.5.3 交流發(fā)電機(jī)有功功率調(diào)節(jié)及均衡 212
6.6 飛機(jī)交流電源的控制 215
6.6.1 單臺(tái)發(fā)電機(jī)飛機(jī)交流電源系統(tǒng)的控制 216
6.6.2 飛機(jī)并聯(lián)交流電源系統(tǒng)的控制 216
6.6.3 飛機(jī)不并聯(lián)交流電源系統(tǒng)的控制及轉(zhuǎn)換 218
6.6.4 分裂式并聯(lián)系統(tǒng)的控制 219
6.6.5 飛機(jī)地面電源(外電源)的控制 219
6.6.6 飛機(jī)交流電源不中斷供電轉(zhuǎn)換控制原理 220
6.7 飛機(jī)交流電源的故障及其保護(hù) 222
6.7.1 單臺(tái)交流電源的故障及其保護(hù) 223
6.7.2 并聯(lián)交流電源系統(tǒng)的故障及其保護(hù) 228
6.7.3 不并聯(lián)交流電源系統(tǒng)的故障及其保護(hù) 229
6.8 小結(jié) 231
思考練習(xí)題 232
第7章 飛機(jī)變頻交流電源 233
7.1 概述 233
7.2 變頻交流電源系統(tǒng)的影響 233
7.3 飛機(jī)變頻交流發(fā)電機(jī)及其起動(dòng)/發(fā)電系統(tǒng) 235
7.4 變頻交流發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) 238
7.4.1 基于頻率跟蹤的三相有效值檢測(cè) 238
7.4.2 分段PI控制 240
7.4.3 具有負(fù)載電流補(bǔ)償?shù)碾p環(huán)調(diào)壓技術(shù) 240
7.5 變頻交流發(fā)電機(jī)的過(guò)壓故障及余度保護(hù) 241
7.5.1 變頻交流電源系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)運(yùn)行過(guò)程 242
7.5.2 電源保護(hù)控制裝置OPU的功能 243
7.6 變頻交流電源的主電源和輔助電源配置 247
7.7 小結(jié) 249
思考練習(xí)題 249
第8章 飛機(jī)高壓直流電源 250
8.1 概述 250
8.2 高壓直流與變頻交流電源系統(tǒng)的對(duì)比 251
8.3 高壓直流電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成 252
8.4 三級(jí)式高壓直流起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng) 254
8.4.1 三級(jí)式無(wú)刷直流發(fā)電系統(tǒng) 254
8.4.2 三級(jí)式無(wú)刷直流起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng) 255
8.5 永磁無(wú)刷直流起動(dòng)發(fā)電機(jī) 256
8.5.1 永磁同步電機(jī)基本工作原理 256
8.5.2 永磁無(wú)刷直流起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng) 257
8.5.3 永磁同步電機(jī)起動(dòng)工作原理 257
8.5.4 永磁同步電機(jī)發(fā)電工作原理 260
8.6 故障保護(hù)策略 261
8.7 開(kāi)關(guān)磁阻起動(dòng)發(fā)電機(jī) 263
8.7.1 開(kāi)關(guān)磁阻起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 264
8.7.2 開(kāi)關(guān)磁阻起動(dòng)發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型 265
8.7.3 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)起動(dòng)工作原理 265
8.7.4 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)電工作原理 268
8.8 電勵(lì)磁雙凸極起動(dòng)發(fā)電機(jī) 269
8.8.1 電勵(lì)磁雙凸極起動(dòng)發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型 270
8.8.2 電勵(lì)磁雙凸極起動(dòng)工作原理 272
8.8.3 電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)發(fā)電工作原理 273
8.8.4 電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)起動(dòng)、發(fā)電切換工作原理 275
8.8.5 兩種起動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)的對(duì)比 275
8.9 先進(jìn)高壓直流飛機(jī)供電系統(tǒng)實(shí)例 276
8.9.1 典型高壓直流飛機(jī)供電系統(tǒng)實(shí)例 276
8.9.2 eVTOL供電系統(tǒng)案例 277
8.9.3 電動(dòng)飛機(jī) 277
8.10 小結(jié) 278
思考練習(xí)題 278
第9章 飛機(jī)配電系統(tǒng) 279
9.1 飛機(jī)配電系統(tǒng)的基本概念 279
9.1.1 飛機(jī)供電網(wǎng)結(jié)構(gòu) 279
9.1.2 飛機(jī)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu) 283
9.1.3 飛機(jī)配電系統(tǒng)的控制方式 285
9.1.4 飛機(jī)電網(wǎng)的保護(hù) 287
9.1.5 余度和不中斷供電 289
9.2 飛機(jī)固態(tài)功率控制器 291
9.2.1 飛機(jī)固態(tài)功率控制器的功能和性能特點(diǎn) 291
9.2.2 飛機(jī)固態(tài)功率控制器的分類 292
9.2.3 直流固態(tài)功率控制器 293
9.2.4 交流固態(tài)功率控制器 297
9.2.5 飛機(jī)固態(tài)功率控制器的發(fā)展趨勢(shì) 299
9.2.6 機(jī)電混合式功率控制器 299
9.3 飛機(jī)電網(wǎng)導(dǎo)線計(jì)算 300
9.3.1 電網(wǎng)計(jì)算的任務(wù) 300
9.3.2 按發(fā)熱來(lái)計(jì)算導(dǎo)線截面積 301
9.3.3 直流電網(wǎng)電壓降計(jì)算 303
9.3.4 交流電網(wǎng)的電壓降和電壓損失計(jì)算 306
9.4 機(jī)載設(shè)備總線 308
9.4.1 飛機(jī)通信總線技術(shù)概述 308
9.4.2 幾種機(jī)載數(shù)據(jù)總線 309
9.4.3 AFDX總線 311
9.4.4 TTP總線 314
9.5 飛機(jī)電氣綜合管理 322
9.5.1 飛機(jī)電氣綜合管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 322
9.5.2 飛機(jī)供電系統(tǒng)的機(jī)內(nèi)自檢測(cè) 324
9.5.3 飛機(jī)電氣綜合控制系統(tǒng)的軟件 324
9.6 電能管理 325
9.6.1 電能管理策略基本要求 325
9.6.2 電網(wǎng)管理 326
9.6.3 電氣負(fù)載管理 329
9.7 先進(jìn)客機(jī)供電系統(tǒng)實(shí)例 333
9.7.1 A380電氣系統(tǒng)概述 333
9.7.2 B787電氣系統(tǒng)綜述 335
9.8 小結(jié) 340
思考練習(xí)題 340
參考文獻(xiàn) 342
注釋表 344