航空航天器供电系统

目录第1章 概述 1 1.1 航空航天器电气系统基本概念 1 1.1.1 航空航天器的能源 1 1.1.2 航空航天器供电系统组成和功用 2 1.1.3 用电设备 4 1.2 航空航天器电气系统工作条件 5 1.2.1 气候因素 6 1.2.2 机械因素 7 1.2.3 化学和核因素 7 1.3 飞机供电系统的类型、参数和特性 7 1.3.1 基本类型 7 1.3.2 飞机供电系统的基本参数 7 1.3.3 飞机供电系统的特性 8 1.4 飞机供电系统的工作状态、容量和基本要求 9 1.4.1 飞机供电系统的工作状态 9 1.4.2 飞机供电系统的容量及其选择 11 1.4.3 飞机供电系统的基本要求 12 1.5 航空主电源系统的发展 13 1.5.1 低压直流电源 14 1.5.2 恒频交流电源 14 1.5.3 变频交流电源 15 1.5.4 高压直流电源 16 1.5.5 混合电源 16 1.6 飞机输配电系统概述 17 1.6.1 飞机配电系统的构成 17 1.6.2 飞机配电系统的线制 17 1.6.3 飞机配电系统的要求 18 1.7 航天器供电系统概述 18 1.8 小结 20 思考练习题 20 第2章 化学电源和特种电源 22 2.1 概述 22 2.2 化学电池的特性参数 23 2.3 铅蓄电池 24 2.4 镉镍蓄电池 27 2.5 锌银电池 29 2.6 锂电池 32 2.6.1 锂电池概述 32 2.6.2 典型锂离子电池的结构和工作原理 33 2.6.3 锂电池的特性 37 2.6.4 锂电池等效电路模型 39 2.6.5 锂电池在航空航天领域的应用 40 2.7 燃料电池 42 2.7.1 燃料电池的工作原理 42 2.7.2 燃料电池的分类 44 2.7.3 燃料电池的特性 46 2.7.4 燃料电池模型 48 2.7.5 燃料电池在航天领域的应用 50 2.8 太阳能电池 54 2.8.1 太阳能电池概述 54 2.8.2 太阳能电池的发电原理 55 2.8.3 太阳能电池的工作原理 56 2.8.4 太阳能电池的等效电路模型及特性曲线 57 2.8.5 太阳能电池在航空航天领域的应用 59 2.9 空间核电源 61 2.9.1 放射性同位素温差发电器 61 2.9.2 核反应堆温差发电器 62 2.9.3 核反应堆热离子发电器 62 2.10 小结 63 思考练习题 63 第3章 飞机二次电源 64 3.1 概述 64 3.2 直流-直流变换器 65 3.2.1 单向直流变换器 65 3.2.2 双向直流变换器 66 3.3 直流-交流变换器 67 3.3.1 直流-交流变换器的类型 68 3.3.2 阶梯波合成逆变器 71 3.3.3 三相脉宽调制逆变器 73 3.4 交流-直流变换器 81 3.4.1 交流-直流变换器概述 81 3.4.2 磁隔离型变压整流器 83 3.4.3 自耦变压整流器 92 3.4.4 电子式高频变压整流器 94 3.4.5 蓄电池充电器 95 3.4.6 具有功率因数校正的整流电源 98 3.5 交流-交流变换器 99 3.5.1 循环变换器 99 3.5.2 矩阵变换器 100 3.6 航空二次电源中的新型电力电子器件 102 3.6.1 碳化硅电力电子器件 103 3.6.2 氮化镓电力电子器件 105 3.7 航空二次电源中的集成电力电子模块封装 106 3.7.1 集成电力电子模块 106 3.7.2 IPEM 封装的关键技术 107 3.7.3 IPEM 封装的发展趋势 111 3.8 航空二次电源结构及冷却设计 111 3.8.1 二次电源结构设计 111 3.8.2 二次电源冷却方式 112 3.9 航空二次电源电磁干扰问题 113 3.9.1 变换器的电磁干扰 113 3.9.2 电磁干扰的抑制 113 3.9.3 电磁干扰的测试及标准 115 3.10 小结 116 思考练习题 117 第4章 航天器供电系统 118 4.1 航天器供电系统的组成和分类 118 4.2 卫星供电系统 119 4.2.1 卫星供电系统组成 119 4.2.2 太阳电池阵功率调节方式 120 4.2.3 蓄电池的充、放电调节 121 4.2.4 太阳电池阵电源系统的类型 122 4.2.5 太阳电池阵电源系统的控制 128 4.3 载人航天器供电系统 132 4.3.1 载人航天器电源系统特点 132 4.3.2 国外载人航天器电源系统 133 4.4 火箭电源 135 4.5 航天器固态配电技术 137 4.5.1 航天器直流固态配电 137 4.5.2 航天固态功率控制器的特点 138 4.5.3 航天器固态配电应用举例 139 4.6 航天器供电系统的发展 140 4.7 小结 142 思考练习题 143 第5章 飞机低压直流电源 144 5.1 概述 144 5.2 低压直流发电机 144 5.2.1 低压直流发电机结构 144 5.2.2 飞机有刷直流发电机的工作特性 145 5.2.3 飞机直流发电机的冷却 146 5.3 直流发电机的电压调节 148 5.3.1 直流发电机的电压调节概述 148 5.3.2 模拟式电压调节器 150 5.3.3 数字式电压调节器 155 5.4 直流电源的并联运行 157 5.4.1 并联投入条件和负载的分配 157 5.4.2 自动均衡电路 158 5.4.3 发电机与蓄电池的并联运行 159 5.5 直流电源的控制与保护 161 5.5.1 直流发电机过电压保护 162 5.5.2 直流发电机欠电压保护 162 5.5.3 直流发电机的短路保护 163 5.5.4 直流发电机的过载保护 163 5.5.5 直流发电机的励磁过流保护 163 5.5.6 直流发电机的反流保护 164 5.6 直流起动发电系统 164 5.6.1 航空发动机的起动特性和起动要求 164 5.6.2 航空发动机的电力起动 165 5.6.3 典型的喷气发动机起动发电系统 165 5.7 小结 169 思考练习题 169 第6章 飞机恒频交流电源 170 6.1 概述 170 6.1.1 恒速恒频电源 170 6.1.2 变速恒频电源 171 6.2 无刷交流发电机 172 6.2.1 无刷交流发电机的结构 172 6.2.2 无刷交流发电机的特性与基本参数 173 6.2.3 无刷交流发电机的励磁系统 176 6.3 恒速恒频电源系统 180 6.3.1 齿轮差动式液压恒速传动装置 180 6.3.2 发电机电压调节系统 184 6.4 变速恒频电源系统 199 6.4.1 交交型变速恒频电源 199 6.4.2 交直交型变速恒频电源 201 6.5 飞机交流电源的并联运行 205 6.5.1 交流发电机并联条件及其并网控制 206 6.5.2 交流发电机无功功率调节原理及其自动均衡 210 6.5.3 交流发电机有功功率调节及均衡 211 6.6 飞机交流电源的控制 214 6.6.1 单台发电机飞机交流电源系统的控制 215 6.6.2 飞机并联交流电源系统的控制 215 6.6.3 飞机不并联交流电源系统的控制及转换 217 6.6.4 分裂式并联系统的控制 218 6.6.5 飞机地面电源(外电源)的控制 218 6.6.6 飞机交流电源不中断供电转换控制原理 219 6.7 飞机交流电源的故障及其保护 221 6.7.1 单台交流电源的故障及其保护 222 6.7.2 并联交流电源系统的故障及其保护 227 6.7.3 不并联交流电源系统的故障及其保护 228 6.8 小结 230 思考练习题 231 第7章 飞机变频交流电源 232 7.1 概述 232 7.2 变频交流电源系统的影响 233 7.3 飞机变频交流发电机及其起动/发电系统 234 7.4 变频交流发电机电压调节系统 237 7.4.1 基于频率跟踪的三相有效值检测 237 7.4.2 分段PI 控制 238 7.4.3 具有负载电流补偿的双环调压技术 239 7.5 变频交流发电机的过压故障及余度保护 240 7.5.1 变频交流电源系统过电压保护运行过程 241 7.5.2 电源保护控制装置OPU 的功能 242 7.6 变频交流电源的主电源和辅助电源配置 246 7.7 小结 248 思考练习题 248 第8章 飞机高压直流电源 249 8.1 概述 249 8.2 高压直流与变频交流电源系统的对比 249 8.3 高压直流电源系统的结构组成 250 8.4 高压直流起动发电机类型 253 8.5 三级式无刷直流起动发电机 253 8.5.1 三级式无刷直流发电系统 253 8.5.2 三级式无刷直流起动发电系统 254 8.6 开关磁阻起动发电机 255 8.6.1 开关磁阻起动发电系统结构 256 8.6.2 开关磁阻起动发电机数学模型 256 8.6.3 开关磁阻电机起动工作原理 258 8.6.4 开关磁阻电机发电工作原理 260 8.7 电励磁双凸极起动发电机 261 8.7.1 电励磁双凸极起动发电机数学模型 262 8.7.2 电励磁双凸极起动工作原理 264 8.7.3 电励磁双凸极电机发电工作原理 265 8.7.4 电励磁双凸极电机起动、发电切换工作原理 267 8.7.5 两种起动发电系统的对比 267 8.8 小结 268 思考练习题 268 第9章 飞机配电系统 269 9.1 飞机配电系统的基本概念 269 9.1.1 飞机供电网结构 269 9.1.2 飞机配电网结构 273 9.1.3 飞机配电系统的控制方式 275 9.1.4 飞机电网的保护 276 9.1.5 余度和不中断供电 279 9.2 飞机固态功率控制器 281 9.2.1 飞机固态功率控制器的功能和性能特点 281 9.2.2 飞机固态功率控制器的分类 282 9.2.3 直流固态功率