淺談波音737NG 飛機發動機IDG 供電原理

■ 王勝興/廈門航空有限公司

0 引言

波音737NG 飛機發動機上的整體驅動發電機（IDG）能夠提供頻率400Hz、電壓115V、功率 90kVA 的三相交流電。正常情況下，在飛行中發動機電源是所有電源系統的供電來源，涵蓋所有用電系統的供電，可“直接”向“交流轉換匯流條”供電，也可“間接”供電給其他用電線路或組件，如地面勤務匯流條、主匯流條、廚房匯流條、娛樂系統匯流條、變壓整流組件（TRU）等。IDG 作為正常飛行中的供電來源，其重要性不言而喻。

在日常航班運行中，與發動機電源系統有關的故障較為常見，如發動機電源無法接入、飛機滑出后出現電源系統故障等。如不能及時處理或日常維護不到位，很可能出現飛機不能正常起飛、滑回、空中故障等導致航班延誤、備降之類運行不正常情況。

在對日常機型系統知識的學習中，由于教材中沒有關于發動機IDG 向飛機電源系統供電原理的詳細闡述，需要在學習時將匯流條電源控制組件（BPCU）、發電機控制組件（GCU）、發電機控制斷路器（GCB）以及發動機電源控制面板之間的邏輯控制關系進行梳理和前后串聯，機務人員普遍反映該部分較難理解。

1 發動機IDG 供電系統組成

波音737NG 飛機發動機IDG 供電系統包括一個交流電源控制面板、一個BPCU、兩個GCU、兩個GCB 和兩個IDG（左右發各1 個），如圖1 所示。

圖1 IDG供電系統關鍵部件及其控制邏輯

1.1 整體驅動發電機（IDG）

IDG 是飛機發動機的重要組成部分，位于發動機附件齒輪箱前部7 點鐘位置、起動機下部，如圖2 所示。與通用發電機原理（法拉第電磁感應定律）類似，IDG 通過發動機附件齒輪箱驅動閉合導體在勵磁磁場中旋轉提供電壓，自帶恒速裝置，是飛行中正常的交流電源。波音737NG 飛機上共有2 個IDG，飛行時相當于整架飛機的“發電廠”，向外輸出115V、400Hz、90kVA的交流電。

圖2 發動機IDG及其位置

1.2 IDG 供電控制面板

IDG 供電控制面板是發動機電源人工控制指令輸入及顯示的面板，位于駕駛艙P5 頭頂板，如圖3 所示。該控制面板上與本文相關的部件包括發動機發電機電門和發電機斷開匯流條燈。

圖3 發電機IDG電源控制面板

1）發動機發電機電門（GEN1 或GEN2）：提供IDG 電源的人工選擇。電門是三位電門，由彈簧加載在中立位。ON 位和OFF 位是瞬時接通位。當發動機發電機電門瞬時置于ON 位時，所選IDG 電源接入交流轉換匯流條。如果所選IDG 電源品質良好，電源系統首先斷開交流轉換匯流條當前使用的電源（通過斷開接入前交流轉換匯流條使用的其他電源的斷路器），然后所選IDG 相應的發電機斷路器閉合，實現IDG 供電。

2）發電機斷開匯流條（GEN OFF BUS）燈：接通發電機電門后，IDG 向交流轉換匯流條供電，順利接通（GCB閉合）后，該燈滅；當GCB 斷開時，藍色的發電機斷開匯流條燈點亮，代表相應發電機運轉良好但暫時沒有向交流轉換匯流條供電（IDG 的電源并未投入使用）。

1.3 匯流條電源控制組件（BPCU）

BPCU 是波音737NG 飛機正常交流電源的核心控制組件，位于電子設備艙，如圖4 所示。它使用輸出指令和內部的邏輯電路來控制絕大多數交流電源的分配和控制，監控各個交流電源的品質，及時根據指令和邏輯卸載、保護交流電源，在發動機IDG 供電系統中扮演著核心控制角色，相當于“一級領導”。

圖4 匯流條電源控制組件

BPCU 具備BITE 自測試功能，當進行組件自測試時，按壓組件面板上“BPCU TEST”按鈕至少1s，面板上4個燈大約亮3s，再熄滅3s，如果組件最終測試通過，綠色的“BPCU PASS”綠燈會點亮大約7s；如果測試不通過，相應的故障燈點亮。

1.4 發電機控制組件（GCU）

GCU 是波音737NG 飛機發電機電源的控制指令傳遞部件，位于電子設備艙，如圖5 所示。它直接控制IDG 對應的GCB 和BTB，提供/控制對應的IDG 的勵磁，起到保護IDG 電源的作用。通過接收“一級領導”BPCU 的指令，充當“二級領導”角色，將“一級領導”指示傳遞、分配給其他“工作者”執行。

圖5 發電機控制組件

GCU 也具備BITE 自測試功能，當進行組件自測試時，按壓組件面板上“GCU TEST”按鈕至少1s，步驟與BPCU 類似。

1.5 發電機控制斷路器（GCB）

GCB 是負責IDG 電源通斷的執行部件，位于電子設備艙電源分配面板內，如圖6 所示。它直接接收相應GCU 的指令，扮演“基層工作者”角色。

圖6 發電機控制斷路器

2 發動機IDG 供電系統原理

波音737NG 飛機IDG 供電系統部件相互配合：交流電源控制面板接收人工控制指令，BPCU 作為核心控制計算機，GCU 作為指令傳遞和監控部件，GCB 作為執行部件。各部件之間的控制邏輯關系為：接通開關接收駕駛員供電需求，“一級領導”（核心）BPCU收集供電需求后，下達指令給“二級領導”GCU，GCU 下達接通或斷開指令給作動部件GCB，GCB 完成作動后反饋給BPCU，從而實現發動機電源系統的人工、自動接入。如圖7 所示，具體為以下4 種情況：GCB 人工閉合；GCB自動閉合；GCB 人工斷開；GCB 自動斷開。

圖7 IDG供電/斷電原理邏輯圖

2.1 人工接通發動機IDG 電源

以下條件同時滿足時，GCB 可人工閉合，該邏輯實現了人工接通發動機IDG 電源功能：

1）控制電門打到ON 位；

2）火警電門在NORMAL 位；

3）電源品質良好；

4）GCU 有DEU 發送的RTL 信號，或電源品質良好時間超20s；

5）BTB 斷開（接通電門瞬間先斷開BTB 以防止并聯，再接入GCB）。

將以上條件轉換成通俗語言可表達為：發動機的火警手柄在正常位；IDG輸出的電源品質良好；BPCU 接收到人工接通的指令后，通知GCU 斷開BTB接入GCB，從而實現人工將IDG 電源接入電源系統的過程。

2.2 自動接通發動機IDG 電源

以下條件同時滿足時，GCB 自動閉合，該邏輯實現了自動接通發動機IDG電源功能和緊急情況下自動接通電源的功能：

1）火警電門在NORMAL 位；

2）處于空中模式；

3）飛機在空中且APU 是唯一電源（另一個發動機的GCB 斷開）；

4）APB 斷開；

5）BTB1 斷開。

需注意的是，IDG 自動接通功能只發生在空中，當回到地面模式時，電路重新復位，即滿足以上條件實現自動閉合的GCB 在飛機落地后（不滿足空中模式時）會自動復位到斷開狀態。

2.3 人工或自動斷開發動機IDG 電源

人工或自動斷開發動機IDG 電源的條件較好理解，只要不滿足接通的任何條件之一就斷開。具體如下：

1）發電機電門打到OFF 位（人工操作）；

2）火警電門在FIRE 位；

3）電源品質超限；

4）GCU 感受到欠速狀態（關車）；

5）BPCU 指令GCU 跳開GCB。

3 發動機IDG 供電故障案例分析

根據對發動機IDG 供電系統原理“角色化”的類比和GCB 閉合、斷開條件的分析介紹，在后續的波音737NG機型發動機電源系統故障中進行應用。

1）應用案例一：一架波音737NG飛機短停時，機組反映發動機啟動完成后左發電源無法接入。由于故障發生在短停期間，時間緊，如不能及時處理將造成航班延誤。通過查閱故障隔離手冊（FIM）和發動機IDG 供電原理分析及手冊獲知可能導致故障的原因，從可能性最大的部件入手，逐個進行故障隔離后發現導致該故障的原因是GCU故障，短停機組根據手冊更換1 號GCU 后，測試正常。

2）應用案例二：一架波音737NG飛機短停時，機組報告發動機啟動完成后1 號發動機發電機無法接通，大約10min 后左發DRIVE 燈亮。因時間不足，辦理故障保留后，飛機返回主維修基地進行排故。航后工程師通過查閱故障隔離手冊（FIM）和發動機IDG 供電原理分析及手冊獲知可能導致故障的原因，從可能性最大的部件入手，逐個進行故障隔離后發現導致該故障的原因是GCU、IDG 同時故障。由于2 個電源系統部件同時故障的情況比較少見，該故障的最終排查消耗了40 個工時。

4 結束語

在飛機機型系統知識的學習中，電源系統部分是機務維修人員普遍反映較難理解的知識點之一。目前波音737NG機型是國內航空公司的主流機型，還需深入研究該型飛機發動機電源、外電源、交流電源、備用電源及其他系統的供電原理，以便為廣大維修人員學習電源系統知識提供幫助，進一步提升機務維修人員電源系統排故能力。