飞机交流电源不中断转换技术及其在 C909 飞机上的应用

键词：C909 飞机；交流电源；不中断供电转换（NBPT）技术

引言

随着航空技术的不断发展，交流电源作为飞机主电源，其供电转换过程的稳定性直接影响着飞机各类航空电子设备工作可靠性。不中断电源转换，英文 No Break Power Transfer，缩略语为 NBPT，能够在电源切换时确保交流供电的连续性，避免因电源切换导致的电子设备报故或重启等问题，在现代飞机设计中得到了广泛应用。C909 机作为我国自主研发的支线客机，采用先进的交流电源地面不中断转换技术，有效提升了飞机的电源系统性能。

1.NBPT 技术的重要性和实现原理

1.1NBPT 技术的重要性

飞机交流电源系统中短暂的电源供电中断现象是不可避免的，地面电源与 APU 发电机、发动机主发电机间电源的正常转换都会引起用电设备的短时间供电中断。现代飞机中都装备了大量的计算机，这些设备对供电平稳性要求较高。为了根源上解决电源切换过程出现的间断问题就必须实现不中断供电转换（NBPT）。

1.2NBPT 技术在飞机电源系统上的实现难点

交流电源并联运行时各发电机电压、频率、相位必须基本一致。差值越大并机合闸时功率冲击越大。这就需要：首先发电机必须运行平稳，电压和频率不会出现明显的波动；同时并网的发电机要具备转速和励磁可调的能力，以调节并联发电时电压、频率、相位差在允许范围内。由于飞机发动机来说，由于其本身在滑行、起飞、巡航各阶段转速变化范围较大，加上恒速驱动机构 CSD 机械变速自身限制，使得发电机难以稳定在某一转速上，达到并联条件。

1.3NBPT 技术实现基本原理

不中断转换技术旨在实现飞机交流电源在主电源与备用电源（如辅助动力装置 APU 发电机、外接地面电源等）之间切换时，保证对飞机负载的不间断供电。空客公司在 A330 这一宽体客机上首先采用了将需要切换的两个交流电源先短暂并联在网络上，接着被替换的电源迅速脱离最终完成了电源不中断转换。

NBPT 技术的核心是在两个电源之间实现平滑过渡，避免出现电压、频率等参数的突变。具体步骤包括：

（1）同步：在切换前，新电源与当前供电电源在电压、频率和相位上进行匹配，确保两者基本一致。

（2）并联：在同步完成后，新电源与当前供电电源短暂并联运行，通常在 50 毫秒以内完成。

（3）切换：在并联运行后，迅速断开当前供电电源，由新电源独立供电。

这方法彻底颠覆了此前所有非并联供电的飞机电源转换时先断开连接在网络上的电源然后再接上需要连接的电源方式即电源间断切换方式 BPT（Break Power Transfer）方式，最终 A330 飞机在地面电源切换时实现 NBPT（NO Break Power Transfer）方式。

2.C909 飞机主交流电源系统概述

C909 飞机主交流电源系统向飞机用电设备提供 115/200V、400Hz 恒频三相交流电。包括发动机驱动的整体驱动发电机即 IDG、APU 发电机以及外接地面电源接口，为飞机提供不同工况下的交流电源。左、右和 APU GCU 执行发电系统电压调节、故障保护和控制功能。BPCU 在左或右通道的电源发生故障时，与相应的 GCU 协调，实现汇流条转换供电。

3.不中断转换技术在 C909 飞机上的具体应用

3.1 不中断电源转换的条件

电源系统在地面时，除了 APU 发电机供电转换为外电源供电时为中断电源转换（BPT），其它地面条件下，如地面电源转换为 APU 电源或主发电机系统供电，APU 电源转换为主发电机系统供电，转换都是不中断电源转换。在不中断电源转换中，任何时候，只能在两台发电机之间实现并联。在空中，所有转换均为中断电源转换（BPT）。

初始为地面状态的飞机，满足空中状态的条件 1 秒后，电源系统才转换为空中状态；

初始为空中状态的飞机，满足地面状态的条件 30 秒后，电源系统才转换为地面状态。

3.2 不中断电源转换的控制逻辑

飞机在地面时，两个交流电源在进行电源转换之前，需要进行同步，对电压、频率、相位这三个参数进行同步调节达到一定的并联条件之后入网电源和退网电源瞬间并联，然后在 50ms 之内完成供电转换，以确保转换过程中不发生电源中断。

发电机控制器（GCU）通过轮载信号和发动机 N2 转速来判断空地状态，设置空地状态转换延时。各发电机控制器（GCU）独立控制各自发电机与飞机电网的连接。

BPCU 用于协调外电源和 IDG 或 APU 发电机之间的供电转换。BPCU中的频率基准（FR）电路进行同步跟踪，BPCU 和 GCU 之间通过内部总线进行通信以控制 NBPT。当转换为 IDG 供电时 GCU 调节相应 IDG 的转速，当转换为 APU 发电机时 A GCU 调节 APU 的转速，从而匹配同步调节要求。BPCU 先控制转换电源之间符合并联条件，进行瞬间并联，然后脱离被转换电源，从而实现 NBPT。

供电转换通过连接汇流条来完成，而左、右交流连接汇流条接触器、APU 发电机接触器、外电源接触器都与交流连接汇流条相连，主发电机、APU 发电机和外电源通过这些接触器与连接汇流条相联。

3.3 不中断电源转换的保护和限制

进行不中断电源转换时，其电源间并联时间是受限制的。在允许时间内，若电源转换未完成，为防止最终出现实际意义上的非法并联，系统里增设了无意并联脱开功能(INADVERTENT PARRLLELING TRIP)保护机制，此功能就是防止各种电源(IDG, APU, EXT PWR)之间出现持续并联，在超过时间限制后将系统隔离。涉及 IDG 的 NBPT 时间极限为 5s。APU发电机与外电源之间的 NBPT 时间极限为 15s。若在 NBPT 期间，并联时间超过允许极限，则电源转换将以中断电源来实现。也就是让这两个并联的电源在对网络系统造成明显冲击损害前就解除并联，改为中断电源转换（BPT）。BPCU、GCU 集成了强大的故障诊断功能，能够实时检测采集电压、电流、频率等参数，不中断电源转换期间，一旦发现异常情况，可以及时控制相应接触器断开电路。

4.结论

通过优化电源管理系统、采用先进的同步技术和智能切换控制，C909飞机在地面阶段能够实现不间断电源转换。不中断转换技术（NBPT）能有效完成电源无缝、平滑过度，显著提升了电源系统的供电可靠性，确保了飞机各类航空电子设备的持续稳定供电。未来，随着航空技术的不断发展，不中断转换技术有望在更多领域得到应用和推广，为航空事业的发展提供更加坚实的技术支持 。

参考文献

[1]朱新宇飞机交流电源正常供电转换中的不中断转换技术中国民航飞行学院学报 2001 March Vol.12 No.1 25-27,41

[2]中国商用飞机有限责任公司 ARJ21-700 训练手册 ATA24 电源系统（ME-II） 2020.01.20 V3.2

[3]中国商用飞机有限责任公司 ARJ21-700 飞机维修手册第 I 部分(系统描述部分 SDS)24 电源 2024.12.20 R20