DA42NG飞机电源系统工作原理及故障分析

关世超

(中国民用航空飞行学院洛阳分院机务部 河南洛阳 471000)

目前世界上有很多种航空器型号，其设计不同，工作原理不同，但相同的是都具有电源工作系统，这是航空器必备系统之一。就某院当前运行DA42NG型中教机而言，电源系统同样是其重要组成部分，在日常定检和航线维护中经常涉及此系统的相关工作。为保证飞行人员安全，也为高效完成相关定检与航线维护工作，深入掌握电源系统构成、工作原理，再与日常维护经验相结合，能有效提高工作可靠性。

1 DA42NG飞机电源系统组成及工作原理

电源系统较为复杂，其包含外部电源、飞机主电瓶、主发电机、附加发电机、ECU 备用电池组和应照明电池组。外部电源连接器位于前行李舱下方，外部电源连接器连接到前行李舱继电器接线盒中的外部电源继电器上[1]，控制引脚通过二极管连接到继电器上，防止插头接反引起故障。主蓄电池位于行李箱前部左侧的位置。这是一个24 V，13.6 AH 的密封蓄电池，电池负极与飞机机身连接，正线与电池继电器和热电瓶汇流条相连，蓄电池的输出直接连接继电器盒，蓄电池继电器的线圈正极通过二极管连接至继电器并和电瓶汇流条，并与蓄电池正极相连。当打开主电源开关时，主开关提供线圈接地。每台发动机左后部都有一台主交流发电机，发动机通过扁平V型皮带带动发电机转动，当直流发电机工作时，V 型皮带将外部机械力的作用传递至发电机，发电机导体线圈开始转动，由于其通电产生磁场，在转动时定子线圈产生感应电动势，在输出端有桥式整流电路[2]，将发电机发出的交流电通过4个二极管整流为直流电。外部用电设备形成闭环通路后，电流流过用电设备，使其正常工作。起动机继电器位于前行李舱后部的继电器盒中，继电器线圈一侧接地，另一侧接至汇流条，当主开关位于开位，起动机开关接通（左起动机开关或右起动机开关），通电线圈从左起动机继电器工作，该继电器将电源送至同侧起动机电机带动发动机转动。所有汇流条（除继电器盒汇流条）均是扁平金属条且与断路器板相连，断路器位于主驾驶右腿，中央操纵板左下方。继电器盒中共有5个继电器，依次是右发电机继电器、左发电机继电器、电瓶继电器、外部电源继电器和起动机继电器。继电器工作原理为由永久磁铁保持释放状态，加上工作电压后，电磁感应使衔铁与永久磁铁产生吸引和排斥力矩，产生向下运动，最后达到吸合状态。电源组件各组件都为飞机供电，其不同在于供电时机不同[3]，用电设备不同[4]。外部电源系统通过地面电源车将外部电源通过调压后经机头下部插定送入航空器。当地面长时间使用电源，且没有开车的情况下，为飞机提供电能。将地点电源与航空器正常连接后，只需将地面电源打开，飞机就会通电，此时无论打开或关闭主电瓶，都无法将飞机断电，但打开飞机主电瓶开关，可以给电瓶充电（不推荐此方法给电瓶充电，给电瓶充电应使用规范方法）。当发动机正常工作后，主发电机为整机提供电能。ECU 备用电池存放在乘客座椅下部和航空器尾鳍。当主发电机，主电瓶均无法为ECU 提供电能时，由ECU备用电池为ECU（发动机控制组件）提供电能，其中乘客座椅下部的ECU电池组为左ECU提供电能，尾鳍ECU 电池组为右ECU 提供电能。发动机控制组件一旦断电，会引起停车。应急照明电池组仅在特殊情况下为仪表提供照明[5]。

地面电源正确供电方式为：一端连接墙面380 V电源插头，另一端连接机头下部三插钉的插头，打开地面电源开关，地面电源继电器吸合。即地面电继电器工作与否，取决于机头下部电源插头是否有电，与飞机主电源开关（MASTER）开合没有关系，这也是与PA44-180 中教机区别之处。地面电源第一插头通过继电器线圈后接地，从而使继电器线圈通电，控制继电器吸合，第三插头将机身接地，地面电源将电能送至电瓶汇流条。依据维护手册，地面电源电压应高于电瓶电压[6]。

电瓶汇流条上电后，打开主电瓶开关，电瓶继电器吸合，电瓶汇流条的电能通过24000A2线流入电瓶，起到充电的作用，依据维护手册，即使电瓶电压低，只要电瓶汇流条电压正常，闭合电瓶开关，电瓶继电器就可以正常工作。在螺旋桨未达到额定转速时或启动时，主发电机无法正常供电，由电瓶汇流条通过左主汇流条、右主汇流条给相关电子设备供电，如发动机控制组件ECU、起动机。电瓶汇流条加电后，闭合起动机开关和发动机开关，相应侧起动机就会工作。同时，闭合MASTER MASTER（主电门）和ENGINE MASTER LH（左发动机开关），电流经80104A22A线和2402插头进入左发电机调压器（ALTERNATOR REGULATOR LH），调压器正常工作后将励磁电流经24027A20线送入左发电机，发电机达到一定转速，输出电压恒定，这时调节发动机转速和螺旋桨转速不影响负载电流，输出电压的调节依靠励磁电流的变化而变化。正常发电后的发电机电压高于电瓶电压，在给电瓶充电同时为自己提供励磁电流，DA42NG飞机的主发电机发电机为气冷式同步三相交流自动发电机，具体情况见图1，其中R1、R2和R3分别是3个碳刷组件固定螺钉，内置整流器定子线圈连接方式为三角形连接。左右发电机系统不同之处在于，左发电机调压器不仅监控该侧发电机的电流，同时监测另一侧发电机电流。在保证该侧发电机正常工作的基础上，根据右侧发电机电流的大小，调节自身电流以达到左右发电机发电量均衡的目的。右侧发电机只针对负载变化提供电能，右侧发电机调压器不监测左侧发电机工作状况，功能相对简单。

图1 主发电机

当LH ECU BUS 正常供电后，其通过一个20A 保险丝和24381A14 线和二极管向LH ECU B BUS（左ECU B 汇流条）供电，当左发动机电门（LH ENGINE MASTER）闭合后，左ECU 备用电瓶继电器吸合，LH ECU BUS上电压高于左ECU电瓶电压，左ECU电瓶处于“备用”状态，当LH ECU BUS 电压低于左ECU 备用电池电压后，左ECU 备用电池向LH ECU BUS 提供电能，维持机上紧急用电设备。由维护手册可知，当LH ECU BUS 没有电时，即使闭合左发动机开关，左ECU备用电池继电器也不会闭合，左ECU备用电瓶不会工作。但只要LH ECU BUS 初始电压正常，使左ECU 备用电池继电器可以吸合，就可以在紧急情况下让左ECU 备用电瓶工作。因此，LU ECU BUS 是否有电（高电平）是ECU能否正常工作的前提。当电瓶和主发电机都无法工作时，左ECU电瓶能否给右ECU汇流条供电，答案是肯定的。一侧ECU可以为对侧ECU汇流条供电，这也体现了紧急和备用的理念。右ECU电路与左ECU电路功能一致，不再累述。发电机励磁电瓶位于机身后部座椅下部，保险位于发动机舱，发电机调压器监控发电机输出电压并控制发电机稳定输出。

附加发电机工作原理和主发电机相似。附加直流发电机是选装件且搭载在左发动机只为机上空调系统提供电能。发动机通过V型皮带将动能传递给发电机，正常工作时产生28 V和100 A的电流，它有一个外部电压调节器，位于左发动机左侧，其并非时控件，如果失效，必须更换，且不适用故障保留规则。附加发电机和附加发电机保险，调压器，励磁电瓶以及AUX POWER开关一起组成了附加交流发电机系统。当闭合左发电机开关、左电门开关和空调控制面板上的二号发电机开关后，位于乘客座椅下部的电瓶电流通过外部继电器和发电机控制继电器线圈接地，外部继电器线圈和发电机控制继电器吸合，24356A14 线和24352A20 线通电。24354A20 线是电压监控线，为避免2 号发电机电压过高，此线路连接至2号发电机调压器，使调压器获得监控信号，一旦2 号发电机输出电压过高，调压器ALT OUT端接受高压信号使2号发电机失效继电器动作，电能无法传递给下游用电设备。24353A20线是调压器控制线路和电压感受线路，调节发电机输出电压在规定范围。当接通地面电源后，地面电源无需开关即可向空调用电设备供电，并为两个12V串联的电瓶充电。2号发电机汇流条输送来自2号发电机的电能到位于主驾驶左侧的空调控制面板、压缩机、风扇低弱风控制继电器、中风控制位继电器和高风量控制继电器以及冷凝器继电器和压缩机继电器，继而将电能输送到冷凝器、蒸发器和相应的冷却风扇。

当电源系统正常工作时，左主汇流条电流经照明开关进入照明控制器，通过照明开关可以控制从控制器输出的电流大小，照明开关原理是一个可以断开的可变电阻，通过旋转照明开关改变输入照明灯管的电压与电流，从而改变照明亮度。当左主汇流条失效，无法提供电能，闭合应急照明开关，照明控制器的电能来自一个30 V直流1 300 mAh的电池组。左主汇流条同时可以给人工备用地平仪供电，当左主汇流条失效时，闭合应急照明开关，此电池组可同时给人工备用地平仪供电。

在电源系统章节较为特殊的是启动机，其不属于电源系统，但与电源系统配合密切。当主电瓶开关打开时给右主汇流条供电，打开一侧发动机电门并将发动机启动开关扳至同侧，都会使起动机继电器吸合，此继电器吸合使主电瓶汇流条向两侧起动机供电。同时电流经过启动开关传输至相应侧起动机另一输入端，起动机工作，带动发动机转动。当发动机达到一定转速，松开起动机开关，起动机开关回到中立位，起动机停止工作。若发动机正常运转后起动机无法退出工作，后果非常严重，此时发动机控制单元会同时监测到发动机工作和起动机工作的信号，并从主飞行显示器右下方警告窗口弹出红色警告。一旦出现此警告，必须立刻停止发动机运转，否则可能损坏发动机。断开发动机开关可以快速关闭发动机，防止或减少因起动机无法退出工作对发动机造成的伤害。

应急定位发射机属于25章节，其远程遥控开关由热汇流条直接供电，不受发动机开关和主电瓶开关影响。当主电瓶工作状态正常，由电瓶供电，当电瓶继电器吸合且发电机工作正常时，由发电机提供远程控制开关正常工作所需电能。

2 DA42NG飞机电源系统常见故障分析

当MFD显示某侧电压低于正常工作电压时，应先检查对应侧开关和断路器是否闭合，若闭合，需停车进一步检查主发电机励磁电压，若发电机励磁电压正常，可考虑更换发电机。若励磁电压不正常，可考虑同侧发电机调压器是否故障。若发电机电压稳定但PFD显示输出电流过低，可考虑同侧发电机开关是否损坏。在日常维护中，此机型发电机开关较易损坏。当开关损坏无法正常闭合后，不影响发电机正常工作，其只能导致发电机无法将电能输送至电网或产生接触不良等其他送电故障。打开主电瓶开关，当两部发电机均为工作，且未连接地面电源时，显示器显示的主汇流条电压就是电瓶电压，可由其初步判断电瓶电压状态。如果电瓶电压过低，需要查找原因并按维护手册进行更换。附加发电机失效原因包括发电机失效、调压器失效、保险开路、控制保险开路和V型皮带断裂。在日常维护中，发现过控制面板和保险开路造成故障的情况。无法快速定位故障点时，依据由简到难的排故顺序，检查各器件输出信号，可以帮助工作人员降低工作的难度，加快故障排故速度。

在日常航空器飞行后机组反映空调不制冷的故障情况。依据由简及难排故顺序，检查二号发电机励磁输出正常，电瓶电压正常。具体故障现象为试车时，空调不出冷风。停车后插入地面电源，空调可以正常工作。依据接地面电源空调可以正常工作，试车时空调无法工作，查看电路手册发现2 号发电机输出与地面电源在2 号发电机汇流条有交汇点。由此可知2 号发电机汇流条和其以后用电设备无故障。进一步检查发电机输出，发现发电机无输出。详细检查后发现，2号发电机励磁电压输入为0，但调压器输出正常。经万用表测量发现连接调压器和发电机励磁输入的电阻内部断路，电阻无穷大。依据维护手册更换该电阻后，试车检查正常，故障排除。

3 结语

当今通用航空器电源系统向更可靠、更复杂方向发展，为了减少故障和非正常停场给训练带来的损失，有必要熟练掌握飞机各系统各部分组成与工作原理，电源系统作为电子维修人员的工作范围，快速掌握相关知识更加重要。这就需要机务人员更加努力学习相关文献与资料，同工种工作人员可以通过初步掌握钻石飞机电路布局与工作原理，来提高学习速度，同时为应对通用航空器电子与机械不再区分的情况，对于曾经非电子专业工作人员也可作为参考。