2.2.1 电网的特性

坦克装甲车辆的电源系统,一般是由发电机、发电控制器、蓄电池、滤波器、超级电容及相关电缆组成。发电机是将机械能转换为电能的设备,发动机带动发电机运转,因发动机转速的变化或负载随着电气设备的加载、抛载而变化,会引起发电机电压波动,为保证发电机输出稳定的输出电压,必须由发电控制器配合发电机转速和负载的变化进行稳压调节,其稳压性能对电网的平顺性起着关键作用。

电网的稳态运行特性主要取决于发电机的动态特性、整流桥输出特性、发电控制器的稳压性能以及电源的滤波特性等,通常用纹波电压来表示,如图2-2所示。

图2-2 常见的纹波波形图

电网的瞬态特性主要取决于发电机的动态特性、发电控制器稳压性能以及蓄电池和超级电容瞬态电能吸收特性等,通常用浪涌电压和尖峰脉冲电压表示。

当车辆进行电起动时,蓄电池和超级电容作为辅助电源,向车辆起动电机提供起动电能,起动时的扰动电压如图2-3所示。

图2-3 起动扰动电压时电网电压变化波形图

坦克装甲车辆供电系统的瞬态分为两类:一类为尖峰,一般为高电压上升,短时间、低能量,如图2-4所示;另一类为浪涌,一般为较低电压上升,长时间、高能量,如图2-5所示。

图2-4 尖峰脉冲电压波形图

图2-5 浪涌电压参数示例图

图2-4中,Upeak为尖峰脉冲幅值,trise为短时上升时间,tduration为单个尖峰脉冲持续时间,fosc为尖峰脉冲周期持续时间。

这些瞬态特性不可避免地存在于电网供电系统中。车辆发动机电起动、大负载电机类工作、开关电源类工作、高功率激光器等工作瞬间,将会引起电网供电系统的瞬时波动。

现行装备的供电体制大多是直流28V供电体制,当电网系统产生的纹波电压或是电压车辆上的用电设备运行中出现瞬态过程时,电网系统的电气特性必须满足国军标GJB 298—1987《军用车辆28伏直流电气系统特性》要求,才能满足车辆对电网平顺性的指标要求,使用电设备在瞬态过程中和过程后的功能状态不受到影响。

随着车辆武器装备的迅猛发展,高低压混合电网将成为一种主要的构成方案,直流28V、直流270V、直流600~1000V的电网并行存在一辆战车上,在此基础上,超大功率负载也将大量应用,将对电网的动态特性和稳态精度等平顺性指标提出了更高要求。目前,国军标和装甲车辆行业标准还没有关于直流270V、直流600~1000V的电网特性的相关标准,目前可借鉴的标准为GJB 181 A—2003《飞机供电特性》,随着高压供电体制的应用,装甲车辆行业的电网供电特性的标准将不断更新和完善。