直升機防除冰配電盒的電路設計

吳文濤

(海軍駐武漢三江航天集團軍事代表室，湖北 武漢 430074)

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直升機防除冰配電盒的電路設計

吳文濤

(海軍駐武漢三江航天集團軍事代表室，湖北 武漢 430074)

簡要分析了直升機防除冰配電盒的電路設計思路與器件選擇；提出了在相同條件下的兩種電路設計方式；說明了實現同樣的功能，因器件選擇的不同，具體的電路設計也不同，電路設計與器件選擇、驅動能力、控制信號類型均有關系。

器件選擇；驅動能力；控制信號類型

0 引言

防除冰配電盒(以下簡稱配電盒)作為直升機旋翼防除冰系統的加熱電源的供電設備，主要功能是將飛機匯流條上的三相115V交流電傳輸到配電器和加熱組件上。根據不同的設計要求，特別是上游供電的功能要求以及控制信號類型的要求不同，配電盒的電路設計與器件選擇也有所不同。

1 配電盒的功能要求與原理

直升機旋翼防除冰系統的工作原理如圖1所示。

配電盒是防除冰系統的一個組成部件，其主要功能包括：

1)接收來自控制器的輸入信號，將交流電源通過主槳集流環組件接通給主槳加熱組件；

2)接收來自控制器的輸入信號，將交流電源通過尾槳集流環組件接通給尾槳加熱組件；

3)采集主槳和尾槳的防除冰系統工作電流，并將該信號反饋給控制器；

4)接受交流電源的并網信號，將交流電源接通或斷開；

5)交流電源單發故障狀態下，接收轉換信號實現APU電源的自動轉換。

配電盒的基本原理如圖2所示。

圖1 直升機旋翼防除冰系統原理框圖

圖2 配電盒基本原理框圖

根據配電盒的功能要求，在控制信號的作用下，將交流電源接通給主、尾槳集流環和配電器供電，即起開關作用，因此要設計一種受控的通斷開關電路。通常大電流的開關器件有接觸器和可控硅等類型。接觸器的應用較為廣泛、成熟，有三相交流接觸器成品，承受浪涌電流的能力強，觸點形式的通斷，隔離性好。可控硅是無觸點開關器件，不會產生電弧，壽命高，若傳輸交流電則需要采用雙向可控硅。

作為旋翼防除冰系統中的交流供電設備，配電盒需傳輸1#電源(主槳線路)、2#電源(尾槳線路)和備用電源共3路三相交流電源，若采用可控硅，按每相設置一個開關器件計算，每一路三相交流電均需要三個雙向可控硅，這樣難以保證同一電源的三相電同時接通。同時所用的開關器件數量較多，使得產品的體積、重量和功耗增大，因此經對使用條件的綜合考慮，配電盒選擇三相交流接觸器作為開關器件更為合理。

2 配電盒的電路設計

以接觸器作為開關器件，由于控制信號的驅動能力、控制信號類型(指高電平有效或低電平/地有效)及所選的器件型號廠家不同，電路的設計也有所不同?，F以某產品設計要求為例，分析兩種不同的電路設計與器件選擇。

設計要求：

1) 上游供電設備提供1#、2#兩個三相交流電源，容量分別為30kVA、15kVA，2個電源用1個地有效信號作為并網接通控制信號；

2) 配電盒可分別接收控制器的主槳、尾槳控制信號來接通2個交流電源，兩個控制信號均為地有效，表示交流電源接通；

3) 設置本產品接通工作電源的控制信號，控制器的控制信號在該電源控制信號地有效的情況下才能傳送。

初步設計分析與計算如下：

假定三相電源對稱、負載平衡，按Y-Y接法，則中線的電流為：

iN=iA+iB +iC=0

(1)

即中線如同開路，各相電流獨立，彼此無關，由于三相電源、三相負載對稱，故可將三相電路歸結為一相來計算，且I相=I線。

依據三相負載功率等于各相功率之和，計算出單相的額定電流為：

對于1#電源額定容量為30kVA，最大單相電流為：

(2)

對于2#電源額定容量為15kVA，最大單相電流為：

(3)

因此，所選接觸器的主觸點的額定電流應分別大于87A和43.5A。

依據上述計算結果，提出兩種電路設計方式。

2.1 方式一

電路設計方式一原理框圖如圖3所示。

圖3 方式一原理框圖

對應圖3，所選接觸器的型號與技術指標如表1所示。

表1 接觸器型號與指標1

此種方式的接觸器有啟動和保持兩個繞阻，接觸器剛加電時，電阻值較小的啟動繞阻工作，因此啟動電流較大。以28V電壓為供電基準，計算接觸器啟動接觸時所需的驅動電流分別為：

(4)

(5)

通常來自控制器的控制信號電流較小，一般不大于0.5A，驅動能力有限，無法推動大電流的接觸器工作，因此在電路設計上要解決如何驅動接觸器啟動工作的問題。

一般的小型繼電器即有驅動能力，且其自身所需的驅動電流較小，故在每個接觸器的線圈控制端設計一個繼電器來驅動，如圖3中的K1、K2。理論上所選用的繼電器的觸點負載電流應大于上述驅動電流值8A、1.87A，且同時自身所需的驅動電流要小于0.5A。綜合體積與重量的考慮，選擇繼電器型號參數如表2所示。

表2 繼電器型號與指標1

其中，JQX-20M的負載電流達到10A，大于接觸器JQ-47F所要求的8A,其自身所需驅動電流為：

(6)

該電流小于0.5A，能為控制器的控制信號所驅動。

KJZC-4MH的負載電流達到5A，大于接觸器JQ-17M所要求的1.87A,其自身所需驅動電流為：

(7)

該電流也能為控制器的控制信號所驅動。

綜合上述分析，方式一設計如圖4所示。

2.2 方式二

電路設計方式二原理框圖如圖5所示。

對應圖5，所選接觸器的型號與技術指標如表3所示。

此種方式的接觸器線圈僅有一個繞阻，相對有啟動和保持兩個繞阻的接觸器而言，所需的驅動電流較小，計算接觸器動作時所需的驅動電流分別為：

(8)

(9)

該電流小于0.5A，能被電源與控制信號組成的回路電流所驅動。因此對于這種電路設計方式，無需使用繼電器來驅動接觸器，但在設計要求中，所有的控制信號均為地有效，而僅有地信號作為線圈控

圖4 方式一電路設計

圖5 方式二原理框圖

接觸器位置型號主要技術指標主槳J1’H700-B5N115/200VAC,主觸點負載范圍125A,輔助觸點負載電流5A;10000次;線圈額定電壓28V,線圈電阻113Ω;約1020g。尾槳J2’H600-A5N115/200VAC,主觸點負載范圍60A,輔助觸點負載電流3A;20000次;線圈額定電壓28V,線圈電阻200Ω;約480g。

制端時是無法讓接觸器、繼電器工作的，因此在電路設計上要解決如何滿足控制信號類型的問題。

在此將兩個繼電器串聯，將交流電源的并網信號接在一個繼電器的線圈一端，從而實現電平過渡，再通過兩個繼電器觸點之間的信號傳遞來控制主槳或尾槳接通，這樣即可滿足所有信號的地有效控制。所選繼電器見表4，具體電路如圖6所示。

表4 繼電器型號與指標2

由此可見，兩種電路設計方式的不同取決于所選擇的器件類型以及驅動能力和控制信號的類型。

3 工程應用

根據兩型直升機防除冰系統的需求，將上述兩種接觸器部分的電路設計方式分別在兩型產品中進行了工程應用。通過試驗與使用，證明了兩種方式的電路的可行性，均能滿足配電盒的設計要求。

4 結 論

本文針對直升機防除冰系統的配電要求，提出了配電盒的兩種電路設計方式，通過選擇器件的特點說明、計算，控制信號的類型要求，解釋了這兩種不同電路的設計方式，兩種電路均具有可行性，并在工程實踐中獲得了應用與驗證。由此說明，電路設計方式與選擇器件類型、驅動能力、控制信號類型均有關系，需要根據實際工程條件進行選擇。

圖6 方式二電路設計

[1] 邱關源.電路[M].北京：高等教育出版社，1999.

[2] 張國雄.測控電路[M].北京：機械工業出版社，2008.

[3] Alexander C K, Sadiku M N O. Fundamentals of Electric Circuits[M].北京：清華大學出版社，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

吳文濤(1967-)，男，畢業于海軍航空工程學院自動控制專業，高工，從事專業為航空機載設備的研究。

1673-1220(2015)02-024-05

V242

A