机载直流用电设备电源特性要求及试验方法.doc

1、3 号宋体，居中；固定行距 40 磅。填写册数、册号、页数。阶段 密级 内部 编号 机载直流用电设备供电适应性要求及试验方法共 1 册 第 1 册 共 11 页北京中北创新科技发展有限公司2016年3月2机载直流用电设备供电适应性要求及试验方法1 概述飞机供电特性标准是飞机电气系统的飞机电气系统设计的一项重要标准，是协调飞机供电系统与用电设备的牵头标准。在 20 世纪八十年代，在综合分析研究美标 704 系列标准、DO-160、3G100 以及ISO1540 等国外相应标准的基础上，总结国内航空电气系统领域的工作经验，并结合国内航空电气系统领域实际情况，制定出 GJB181-1986飞机供电特

2、性及对用电设备的要求 。2003 年根据国内航空电气技术的发展需求，在总结 GJB181-1986 颁布实施后近 20 年的使用经验基础上，研究分析了美标 MIL-STD-704E，在此基础上制定了GJB181A-2003飞机供电特性 、GJB 5189-2003 飞机供电特性参数测试方法和 GJB 5558-2006 飞机供电特性测试要求 。2012 年，根据国内航空电气领域的发展，研究分析了美标 MIL-STD-704F，针对国内具体情况，制定了 GJB181B-2012飞机供电特性及 HB XXXX-XX机载用电设备的供电适应性试验方法 （暂未颁布） 。目前，我国新旧机型同时在役，三个版

3、本的 181 标准同时运行，对于新研制及即将定型的机载武器装备需要同时适用多个版本 181 标准。因此，为了便于武器装备的研制和定型，有必要对不同版本的181 标准的兼容性进行分析研究。本报告主要研究 28V 低压直流用电设备的供电适应性及试验方法。综合分析 GJB181-86、 GJB181A-2003 和 GJB181B-2012 三个标准，对于 28V 低压直流用电设备，在标准的编制思路、测试项目限值等方面，3GJB181A-2003 与 GJB181B-2012 的内容基本一样，但跟 GJB181-86相比有较大的变化。GJB181-86 标准包含飞机供电特性和对用电设备的要求，而 G

4、JB181A-2003 与 GJB181B-2012 只描述了飞机供电特性。2 直流供电特性要求对比2.1 测试状态GJB181-86 标准规定了供电系统正常工作期间、非正常工作期间、应急工作期间和供电特性超出非常极限范围期间（供电故障）四种状态。GJB181A-2003 与 GJB181B-2012 明确了供电系统正常工作、转换、非正常工作、应急工作、发动机启动和供电故障六大类的电源特性要求。供电转换和发动机启动均是属于正常工作状态，在 GJB181-86 中这两项直接包含在正常工作状态内，而 GJB181A-2003 与 GJB181B-2012 将其单独列出。2.2 设备分类为保证用电设

5、备输入端的电压要求， GJB181-1986 把用电设备按电压等级分为 A、B、C 三类。虽然大部分用电设备都属于 B 类，但设计供电系统时不得不考虑 A 类用电设备的要求。无论发电系统和配电网路都必须保证这一要求，这也将增加制造成本和飞机重量。另一方面，由于电力电子技术的发展，使得发电设备电压输出品质和用电设备的稳态电压适应范围都有所改进。基于这些原因，GJB181A-2003与 GJB181B-2012，标准中对用电设备不再按电压等级分类，而是依据设备功能的重要性分为一般用电设备、重要用电设备和关键用电设4备。这种分类不再影响稳态电压范围或其它极限电压，但可影响用电设备电源适应性试验的敏感

6、度判据。2.3 直流稳态电压GJB181-1986 把用电设备按电压等级分为 A、B 、C 三类，各类供电电压范围见 GJB181-1986“2.3.1.1 中表 3 直流供电系统稳态电压范围” ， B 类设备的正常工作稳态电压均为 25V30V，非正常工作稳态电压为 23V32V，蓄电池供电电压为 18V24V ，发动机起动电压为 18V30V。GJB181A-2003 与 GJB181B-2012，所有设备的正常工作稳态电压均为 22V29V，非正常工作稳态电压为20V31.5V，应急工作的稳态直流电压为 18V29V，电起动工作的直流电压为 12V29V。2.4 直流电压脉动和畸变电压脉

7、动是稳态工作期间直流电压围绕直流电压平均值所作的交变性变化。GJB181-1986 标准要求脉动电压幅度（峰值与平均电压之差）不大于 2V，脉动电压频谱在 GJB181-1986 中图 9 所示范围内，频谱范围 10Hz200KHz。GJB181A-2003 与 GJB181B-2012，对直流脉动电压峰值要求不超过 1.5V，但没有脉动频谱要求，而是采用直流电压畸变系数和频谱进行要求。直流畸变是指叠加在直流电压中交流电压的方均根值，直流畸变系数是指直流畸变与直流电压平均值之比。GJB181A-2003 与GJB181B-2012 中低压直流畸变系数不超过 0.035，畸变频谱频率范围为 10

8、Hz500KHz，比 GJB181-1986 中的 200 KHz 频谱频率范围要宽。52.5 直流瞬态特性GJB181-1986 电压浪涌采用瞬态电压等值阶跃函数曲线，按A、B 、C 三类负载以及正常瞬态、非正常瞬态分别进行要求，最大电压浪涌为 80V。GJB181A-2003 与 GJB181B-2012 用直流电压瞬时值表示的直流电压瞬变包络线，其最大瞬态电压为 50V。1）瞬态与瞬变瞬态是由于电气负载变化或发动机转速变化而引起的正常扰动所造成的电压或频率变化的一种状态。瞬变是直流电压的变化及交流电压或频率的变化过程。超出稳态极限但保持在规定的正常瞬变极限值之内的瞬变称为正常瞬变；超出正

9、常瞬变极限，但最后又回到稳态极限的瞬变称为非正常瞬变。瞬变通常指系统的浪涌，但尖峰和中断也是瞬变过程的产物，所以瞬变常常包含浪涌、尖峰和供电中断三种状态。2）浪涌曲线和瞬变曲线GJB181-1986 中瞬变曲线采用等值阶跃电压极限曲线。正常瞬变按照负载扰动的变化情况分为两组曲线。一组负载由 l0额定值突增至 85，然后突减至 10；另一组负载由 20额定值突增至170，然后突减至 20。GJB181A-2003 与 GJB181B-2012 将正常瞬变极限改称为电压波动包络线，非正常瞬变极限用过压和欠压极限表示。6GJB181-1986 的正常瞬变有两组曲线，最大电压 70V，最小电压0V（即

10、转换中断电压 50ms） 。GJB181A-2003 与 GJB181B-2012 的正常工作电压波动包络线只有一组曲线，最大电压 50V，最小电压18V。GJB181-1986 的非正常瞬变最大电压 80V，最小电压 0V（即供电故障 7s） 。GJB181A-2003 与 GJB181B-2012 的过压曲线最大电压50V，欠压曲线最小电压 0V。3）供电转换中断供电系统工作中的汇流条转换将发生供电中断。GJB181-1986 的电源中断供电属于正常瞬变的一种，电压为 0V，时间不大于 50 毫秒。GJB181A-2003 与 GJB181B-2012 中将供电转换状态从正常工作状态中单独

11、列出，转换期间电压在零和正常电压工作极限之间波动，持续时间不大于 50 毫秒。4）电压尖峰电压尖峰是在飞机供电系统工作中感性用电设备切换时产生的，因具有高频特性，因而它属于电磁干扰范畴。GJB181-1986 明确规定了用电设备对供电系统的电压尖峰的影响，给出了用电设备电压尖峰的包络线，最大电压 600V，最小电压-600V ，脉宽 10S。GJB181-1986 还规定了用电设备耐电压尖峰试验的信号源特性。由于目前用电设备对产生的电压尖峰和电源传导输入的电压尖峰均采取了抑制措施，且电压尖峰属于电磁兼容范畴，因此，GJB181A-2003 与 GJB181B-2012 对电压尖峰均规定按 GJ

12、B1389A-2003 和 GJB151 系列标准执行。73 用电设备供电适应性试验方法GJB181-1986 规定的直流用电设备供电适应性主要有耐瞬态尖峰电压、耐过压浪涌和耐欠压浪涌，标准中详细规定了开展试验的试验方法和敏感度判据。GJB181A-2003 与 GJB181B-2012 没有包含供电适应性试验方法，采用相应的“供电适应性试验方法”军用标准配套使用。GJB181A-2003 配套使用的供电适应性方法有 GJB5189-2003 和GJB5558-2006，GJB181B-2012 配套使用的供电适应性方法为HBXXXX-20XX（暂未发布） 。3.1 GJB181-861）耐尖

13、峰电压试验方法：按照 GJB181-86飞机供电特性及对用电设备的要求 中 2.4.4.1 耐尖峰电压测试，在一分钟内承受正负极性尖峰电压各 50次；参数性能：电压尖峰 600V/10S，内阻抗为 505 欧姆；敏感度判据：进行耐尖峰电压试验的用电设备不应发生任何故障。2）耐过压浪涌试验方法：按照 GJB181-86飞机供电特性及对用电设备的要求 中 2.4.4.2 耐过压浪涌电压测试，用电设备经受 5 次过压浪涌，两次过压浪涌之间的时间间隔为 1 分钟；参数性能：80V/50ms；敏感度判据：过压浪涌后，用电设备不发生任何故障。83）耐欠压浪涌试验方法：按照 GJB181-86飞机供电特性及

14、对用电设备的要求 中 2.4.4.2 耐欠压浪涌电压测试，用电设备经受 5 次欠压浪涌，两次欠压浪涌之间的时间间隔为 1 分钟；参数性能：8V/50ms；敏感度判据：欠压浪涌时，用电设备不应中断工作。3.2 GJB181A-20031）耐非正常瞬态特性试验试验方法：先使用电设备在正常稳态供电特性下工作 5 分钟，再进行过压、欠压试验 3 个循环。每个循环在施加过压过程后立即恢复正常供电 10 秒，再在施加欠压过程后立即恢复正常供电 10 秒，接着进行下一个循环试验；参数性能：过压 50V/50ms，欠压 0V/7s；敏感度判据：GJB5189-2003 中规定经过过压、欠压极限试验后，用电设备

15、应不发生任何故障，并在恢复正常供电后正常工作。GJB5558-2006 中规定经过过压、欠压极限试验后，恢复正常供电测试用电设备工作是否正常。2）耐正常瞬态特性试验试验方法：先使用电设备在正常稳态供电特性下工作 3 分钟，将供电特性的电压按照 GJB181A-2003 所规定的各类正常电压瞬变包络线变化，对各类用电设备进行试验。试验进行 3 个循环，每个循环先按照额定电压以上的一条曲线进行变化，在电压达到稳态后立即 额9定电压以下的一条曲线进行变化。每次循环之间正常供电 10 秒；参数性能：最高电压 50V/12.5ms，最低电压 18V/15ms；敏感度判据：用电设备在试验过程中及试验后正常

16、稳态供电时均应能正常工作。3.3 GJB181B-2012GJB181B-2012 配套使用的供电适应性方法为 HBXXXX-20XX（暂未发布） ，此标准规定的试验项目较多。按照飞机供电的六个工作状态分为 12 项试验。正常工作状态的负载特性、正常稳态电压、电压畸变频谱、脉动和正常电压瞬变试验。转换工作状态的供电转换中断试验。非正常工作状态的非正常稳态电压和非正常电压瞬变试验。应急工作状态的应急正常电压试验。发动机起动状态的起动电压瞬变试验。供电故障状态的断电和反极性试验。3.4 试验方法比较GJB181-1986 的直流用电设备供电适应性试验主要有耐瞬态尖峰电压、耐过压浪涌和耐欠压浪涌三项

17、，GJB181A-2003（配套标准GJB5189-2003 和 GJB5558-2006 的直流用电设备供电适应性试验有非正常瞬变试验（即过压浪涌和欠压浪涌）和正常瞬变试验，GJB181B-2012 的试验项目较多。由于 GJB181B-2012 配套使用的供电适应性方法 HBXXXX-20XX 暂未发布，在此不进行详细比较。在 GJB181A-2003 中耐尖峰电压试验归结到电磁兼容范畴，在GJB151 系列标准中开展。GJB181-1986 和 GJB181A-2003 的过压浪涌和欠压浪涌试验主要差别于过压浪涌幅值有 80V 减小到 50V，欠压浪10涌持续时间由 50 毫秒增加至 7

18、 秒，时间间隔时间由 1 分钟缩小至 10秒。4 结论综合比较 GJB181-1986、GJB181A-2003、GJB181B-2012 及配套使用的试验方法标准，这些标准在试验要求、试验项目、试验方法等方面没有一个较好的继承性，各个标准之间存在较大的差异。在标准的编制思路、测试项目限值等方面，GJB181A-2003 与 GJB181B-2012的内容基本一样，但跟 GJB181-86 相比有较大的变化。 GJB181A-2003 与 GJB181B-2012 的差异主要体现在试验方法上。结合目前工程应用，武器装备在开展供电适应性设计及试验时，主要是针对电压尖峰、过压浪涌和欠压浪涌三个方面

19、进行设计及试验。电压尖峰和过压浪涌的设计是确保在试验过程中及试验后，设备不应出现故障。欠压浪涌的设计思路基本上都是采用储能器件储存能量，在欠压浪涌试验过程中释放能量进而维持所需的电压。电压尖峰与过压浪涌的试验方法和试验判据，在工程应用中均执行较好。但是对于欠压浪涌试验，目前存在较大的争议，主要体现在欠压浪涌的试验要求及试验过程中被测设备是否要求正常工作。GJB181-86 中明确规定了欠压浪涌的幅值 8V/50ms，试验时用电设备不应中断工作。因此对于适用于 GJB181-86 的产品，便于开展欠压浪涌试验。但是 GJB181A-2003 配套使用的供电适应性试验方法标准GJB5189-2003 和 GJB5558-2006 都指出欠压浪涌幅值为 0V/7s，工程应用上认为这项指标较严格。0V/7s 的波形是飞机供电系统非正常瞬