專利名稱：飛行器供電系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種飛行器(例如飛機(jī))供電系統(tǒng)和方法。在下文中，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，考慮例如飛機(jī)類型的飛行器。
背景技術(shù)：
在航空領(lǐng)域，通常使用的中性點(diǎn)狀態(tài)是TN-C狀態(tài)，其意思如下-T :設(shè)備的中性點(diǎn)直接接地；
-N :設(shè)備地線連接至中性點(diǎn)導(dǎo)體；-C :設(shè)備地線的保護(hù)導(dǎo)體和中性點(diǎn)導(dǎo)體合在一起。在飛機(jī)上的供電系統(tǒng)中，每個(gè)主發(fā)電機(jī)G的中性點(diǎn)與飛機(jī)的機(jī)身10’在引擎掛架處連接(一米長(zhǎng)的線纜)，以便確保不平衡電流和默認(rèn)電流的返回。另外，設(shè)備的全部地線均連接至機(jī)身。因此機(jī)身同時(shí)起中性點(diǎn)導(dǎo)體和地導(dǎo)體的作用。因此，在圖I中示出三相發(fā)電機(jī)G，其中性點(diǎn)N連接至機(jī)身10’，該三相發(fā)電機(jī)G被其相線phi、ph2和ph3連接至電芯11’;接地相默認(rèn)負(fù)載12’，其地線連接至機(jī)身10’。還示出了與默認(rèn)負(fù)載12’有關(guān)的默認(rèn)電流id 13’，其流向機(jī)身10’。在這樣的配置中，主發(fā)電機(jī)G執(zhí)行例如在說(shuō)明書(shū)結(jié)尾處給出的參考文件[I]中描述的正序、負(fù)序和零序分量發(fā)電機(jī)的功能。如上定義的中性點(diǎn)狀態(tài)允許在實(shí)現(xiàn)很大的單位質(zhì)量增益的同時(shí)避免添加額外的線纜。然而，由于如下兩個(gè)原因，主發(fā)電機(jī)G的中性點(diǎn)分布導(dǎo)致過(guò)大的重量-每個(gè)發(fā)電機(jī)G的中性點(diǎn)與機(jī)身的連接使得產(chǎn)生三次諧波環(huán)流(即零序環(huán)流)，這會(huì)造成額外的損耗。為了顯著減小這些三次諧波電流的值，可以使用被設(shè)計(jì)為具有2/3節(jié)距的繞組結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)，但這會(huì)使基波產(chǎn)生輕度衰減。因而發(fā)電機(jī)的單位質(zhì)量功率降低。在飛機(jī)機(jī)身由碳制成的情況下，每個(gè)發(fā)電機(jī)G的中性點(diǎn)不能連接至引擎掛架。其被連接至 ESN( “Electrical Structural Network”,即電結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò))10 的 PVR( “PointVoltage Reference”,即電壓參考點(diǎn))，如圖2中所示。負(fù)載的中性點(diǎn)和地線連接至ESN。-如圖3中所示，主發(fā)電機(jī)G在飛機(jī)20的機(jī)翼中在每個(gè)引擎21附近的定位以及電芯22在飛機(jī)前端的定位使得中性點(diǎn)線纜23的長(zhǎng)度不能忽略，這種“電芯”是包括保護(hù)和接觸部件的源-負(fù)載互聯(lián)節(jié)點(diǎn)，其電壓可以由外部元件穩(wěn)定。這導(dǎo)致單位質(zhì)量成本很大，尤其是在飛機(jī)20具有4個(gè)供電通道從而具有4根中性點(diǎn)線纜的情況下。本發(fā)明的目的在于主發(fā)電機(jī)保留正序分量發(fā)電機(jī)和負(fù)序分量發(fā)電機(jī)的作用，而由特定設(shè)備來(lái)保證零序發(fā)電機(jī)的功能，以便撤消上述中性點(diǎn)線纜從而減小飛機(jī)上供電設(shè)備的體積和質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種飛行器供電系統(tǒng)，其包括電網(wǎng)，所述電網(wǎng)包括為配電通道供電的主發(fā)電機(jī)、電芯以及負(fù)載，其特征在于，所述飛行器供電系統(tǒng)包括在所述電芯處設(shè)置人工中性點(diǎn)的裝置，所述裝置包括作為所述電網(wǎng)的設(shè)備的零序發(fā)電機(jī)。該設(shè)備可以包括變壓器。該設(shè)備可以是變壓器整流器單元。這種變壓器整流器單元包括:-具有電流隔離的三相變壓器，其包括 星形連接的初級(jí)，其中性點(diǎn)接地， 三角形連接的次級(jí)，·星形連接的次級(jí)， 成三列的磁性結(jié)構(gòu)。
-十二相整流器級(jí)，用于建立直流網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明還涉及一種飛行器供電方法，所述飛行器包括電網(wǎng)，所述電網(wǎng)包括為配電通道供電的主發(fā)電機(jī)、電芯和負(fù)載，其中借助這些發(fā)電機(jī)來(lái)產(chǎn)生電流的正序分量和負(fù)序分量，其特征在于，在所述電芯處設(shè)置人工中性點(diǎn)和借助特定設(shè)備來(lái)產(chǎn)生零序分量，所述特定設(shè)備是所述電網(wǎng)的設(shè)備。所述電網(wǎng)的設(shè)備可以包括變壓器。其可以是變壓器整流器單元。通過(guò)在電芯處設(shè)置人工中性點(diǎn)，本發(fā)明因此使得能夠撤消在主發(fā)電機(jī)和電芯之間借助線纜來(lái)分布中性點(diǎn)，這使得能夠節(jié)約飛行器的質(zhì)量和發(fā)電機(jī)的尺寸。實(shí)際上，利用零序發(fā)電機(jī)來(lái)創(chuàng)建人工中性點(diǎn)使得不再只能傳送在單個(gè)短路相上分配的默認(rèn)電流，而是能夠以三個(gè)零序分量的形式傳送在三個(gè)相上分配的默認(rèn)電流。使用電網(wǎng)中已有的設(shè)備作為零序發(fā)電機(jī)，這使得能夠避免添加額外的設(shè)備從而節(jié)
約質(zhì)量。使用變壓器整流器單元TRU作為零序發(fā)電機(jī)，這使得能夠通過(guò)將變壓器初級(jí)的中性點(diǎn)連接至飛機(jī)的PVR，來(lái)在已有設(shè)備上同時(shí)實(shí)現(xiàn)零序發(fā)電機(jī)的功能。


圖I、圖2和圖3不出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的飛機(jī)供電系統(tǒng)。圖4示出在根據(jù)本發(fā)明的電網(wǎng)中集成零序發(fā)電機(jī)。圖5示出通過(guò)使用其初級(jí)被連接成星形的變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)圖4中示出的零序發(fā)電機(jī)。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的一種實(shí)施方式，其中將變壓器整流器單元(TRU)用作零序發(fā)電機(jī)。圖7示出在默認(rèn)情況下在如圖6中所示的變壓器整流器單元中的電流分配。
具體實(shí)施例方式在下面的說(shuō)明中，用于圖2中示出的部分的附圖標(biāo)記被保留用于表示圖4、圖5和圖6中的類似部分。如圖4中所示，本發(fā)明的供電系統(tǒng)因此包括電網(wǎng)和飛機(jī)的ESN，該電網(wǎng)包括主發(fā)電機(jī)G、電芯11、默認(rèn)負(fù)載12。該供電系統(tǒng)還包括零序發(fā)電機(jī)30。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，零序發(fā)電機(jī)允許在不包括阻抗中性點(diǎn)的電網(wǎng)上創(chuàng)建阻抗中性點(diǎn)，并通過(guò)該阻抗將網(wǎng)絡(luò)接地。計(jì)算該阻抗以將默認(rèn)電流限制在確定值。默認(rèn)電流的值取決于想要保護(hù)的網(wǎng)絡(luò)。
該零序發(fā)電機(jī)30的特征在于-低零序阻抗，以利于零序分量的流動(dòng)，-高正序阻抗，以使設(shè)備不表現(xiàn)得像負(fù)載。在本發(fā)明中，這樣的零序發(fā)電機(jī)30允許創(chuàng)建人工中性點(diǎn)，該人工中性點(diǎn)允許撤消源自主發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)線纜。因此，如圖4所示，在接地相默認(rèn)負(fù)載12的情況下，通過(guò)零序發(fā)電機(jī)30，默認(rèn)電流id以三個(gè)零序分量L 的形式向三相網(wǎng)絡(luò)傳送，這三個(gè)零序分量& 在這三個(gè)相上分配。在本發(fā)明的一個(gè)有利實(shí)施方式中，如圖5中所示，零序發(fā)電機(jī)的功能可以采用飛 機(jī)電網(wǎng)中的已有設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，這使得能夠節(jié)約質(zhì)量。然而，可以添加允許創(chuàng)建人工中性點(diǎn)從而確保零序發(fā)電機(jī)的功能的額外設(shè)備。該設(shè)備可以例如是變壓器40。變壓器的次級(jí)可以連接或不連接至功能負(fù)載41。該變壓器40應(yīng)當(dāng)具備如下特征-初級(jí)和次級(jí)之間的電流隔離，該電流隔離是與變壓器40的次級(jí)連接的電負(fù)載41不受到默認(rèn)電流增大的影響的必要條件，-星形連接或者“ Z ”字形連接的初級(jí)，-使初級(jí)的中性點(diǎn)接地，-成三列的磁性結(jié)構(gòu)，以使零序阻抗最小。因此，本發(fā)明允許減小飛機(jī)的質(zhì)量，這主要?dú)w因于撤消了中性點(diǎn)線纜。本發(fā)明還允許-通過(guò)增大基波值來(lái)提高發(fā)電機(jī)的單位質(zhì)量功率，-通過(guò)多一點(diǎn)衰減五次和七次諧波來(lái)改善電網(wǎng)的品質(zhì)。實(shí)際上，不再連接發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)阻止了三次諧波的流動(dòng)。因此不再需要2/3節(jié)距的繞組結(jié)構(gòu)(該結(jié)構(gòu)具有衰減電流基波的缺點(diǎn))來(lái)消除三次諧波。因此可以使用其它類型的繞組，例如5/6節(jié)距的繞組，這種繞組可以使五次諧波和七次諧波最小，同時(shí)獲得與2/3節(jié)距的繞組相比高出10%的基波值。最后，與其中全部默認(rèn)電流在短路相上流動(dòng)的現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)相反，本發(fā)明允許獲得以三個(gè)零序分量的形式的默認(rèn)電流在三個(gè)相上的分配。因此，在本發(fā)明中，對(duì)于給定的默認(rèn)電流，在保護(hù)啟動(dòng)之前，發(fā)電機(jī)僅需要在短路相上提供默認(rèn)電流的2/3而不是提供全部的默認(rèn)電流。因此，對(duì)于短路電流而言，發(fā)電機(jī)的尺寸變得不那么嚴(yán)格。應(yīng)用實(shí)例在一個(gè)應(yīng)用實(shí)例中，默認(rèn)電流和不均衡電流的增大是由采用變壓器整流器單元TRU( “Transformer Rectifier Unit”)實(shí)現(xiàn)的人工中性點(diǎn)來(lái)保證的，其中該變壓器整流器單元TRU作為零序發(fā)電機(jī)。用于基于三相交流網(wǎng)絡(luò)來(lái)創(chuàng)建直流網(wǎng)絡(luò)的這種變壓器整流器單元TRU 59包括-具有電流隔離的三相變壓器，其包括·星形連接的初級(jí)60，·三角形連接的次級(jí)62，
·星形連接的次級(jí)61，·成三列的磁性結(jié)構(gòu)63。-十二相整流器級(jí)64，用于建立直流網(wǎng)絡(luò)。在該實(shí)施例中，變壓器60的初級(jí)的中性點(diǎn)N’被連接50連接至飛機(jī)的ESN 10，如圖6中所示。在初級(jí)處的零序電流的增大不影響TRU 59的輸出端處的DC (直流)網(wǎng)絡(luò)。在初級(jí)60與被連接成星形和三角形的未分布中性點(diǎn)的兩個(gè)次級(jí)61和62之間的電流隔離不允許零序分量流動(dòng)。圖7示出在默認(rèn)情況下變壓器59中的電流分配，因此有
-在變壓器59的初級(jí)60，向DC網(wǎng)絡(luò)傳送功率的三相正序電流ipA、ipB、ipC與源自在電網(wǎng)上的不平衡的零相電流i。相疊加。-在變壓器59的次級(jí)61和62，流向十二相整流器64的只有向DC網(wǎng)絡(luò)傳送功率的三相正序電流 isa、isb、isc 和 isa’、isb’、isc’。參考文件[I]由 Claude Corroyer 發(fā)表 的 “Protection desreseaux-generalites^ (Techniques de I' ingenieur D4800,pp 1—16,1991)。
權(quán)利要求
1.一種飛行器供電系統(tǒng)，其包括電網(wǎng)，所述電網(wǎng)包括為配電通道供電的主發(fā)電機(jī)(G)、電芯(11)和負(fù)載(12)，其特征在于，所述飛行器供電系統(tǒng)包括用于在所述電芯處設(shè)置人工中性點(diǎn)的裝置，所述裝置包括作為所述電網(wǎng)的設(shè)備的零序發(fā)電機(jī)(30)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述零序發(fā)電機(jī)包括變壓器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述零序發(fā)電機(jī)是變壓器整流器單元(59)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，所述變壓器整流器單元(59)包括 -具有電流隔離的三相變壓器，其包括 星形連接的初級(jí)(60)，其中性點(diǎn)接地， 三角形連接的次級(jí)(62)， 星形連接的次級(jí)(61)， 成三列的磁性結(jié)構(gòu)(63)； -十二相整流器級(jí)(64)，用于建立直流網(wǎng)絡(luò)。
5.一種飛行器供電方法，所述飛行器包括電網(wǎng)，所述電網(wǎng)包括為配電通道供電的主發(fā)電機(jī)(G)、電芯(11)和負(fù)載(12)，其中借助這些發(fā)電機(jī)來(lái)產(chǎn)生電流的正序分量和負(fù)序分量，其特征在于，在所述電芯處設(shè)置人工中性點(diǎn)和借助特定設(shè)備來(lái)產(chǎn)生零序分量，所述特定設(shè)備是所述電網(wǎng)的設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的飛行器供電方法，其中，所述特定設(shè)備包括變壓器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的飛行器供電方法，其中，所述特定設(shè)備是變壓器整流器單元。
8.一種飛行器，包括根據(jù)權(quán)利要求I到4之一所述的系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種飛行器供電系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)包括電網(wǎng)，所述電網(wǎng)包括主發(fā)電機(jī)(G)，其為配電通道供電；以及零序發(fā)電機(jī)(30)，其允許創(chuàng)建人工中性點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J3/26GK102804539SQ201080028894
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月29日
發(fā)明者盧西恩·普里斯, 布里斯·奧貝爾, 文森特·波韋爾, 多米尼克·阿萊霍 申請(qǐng)人:空中客車(chē)營(yíng)運(yùn)有限公司