なぜ航空電源は400Hzなのでしょうか？

400Hz は、ほとんどの航空機で使用される電源周波数です。航空機は交流発電機を使用して発電し、航空電子機器、機内システム、コックピット機器、補助電源ユニットなどに安定した効率的な電力を供給します。なぜほとんどの航空電源は 50 または 60 Hz ではなく 400 Hz の周波数を使用するのですか?

1. 軽量化

多くの航空機が 400Hz の電力を使用する理由の 1 つは、軽量化が可能になるためです。電気システムの周波数が高くなると、発電機や変圧器に使用される銅や鋼材の量が減り、それに応じて重量が軽くなり、コストが下がります。デメリットとしては、電気機器や電線の誘導性リアクタンスが増加し、容量性リアクタンスが減少して損失が増加し、伝送効率が低下することです。逆に低周波にすると電気機器に使用する材料が増え、重量が増えてコストが上がります。航空業界の有名な格言に、「重量を 1 グラムでも減らすよう努力せよ!」というものがあります。このため、航空電源には小型軽量化を図るために高周波を使用することが求められている。航空機の伝送線路はそれほど長くなく、損失は主な矛盾ではないため、ほとんどの航空機は 400Hz の電力を使用します。

2. EMI（電磁妨害）を低減します。

高周波電源により電源システムのEMIを低減できます。航空機には EMI に非常に敏感な電子機器や通信機器が多数搭載されているため、電磁両立性は航空機にとって非常に重要な問題です。高周波電源を使用すると、電源システムによって発生する電磁干渉が軽減され、航空機の電子機器の性能と信頼性が向上します。

3. 出力の安定性

高周波電源により、より安定した信頼性の高い電力出力を提供できます。高周波電源は、電源システム内の高調波やノイズをより効果的に除去し、より安定したクリーンな電力出力を提供します。これは、航空機のさまざまな電子機器や航空システムにとって非常に重要です。

4. バランス

航空電源として 400Hz 周波数を選択したのは偶然ではありません。周波数を上げると、静電磁機器のコアの体積と重量を減らすことができます。多くのテストを通じて、回転モーターにはインバーター、モーター、その他の機器の体積重量係数を最小限に抑える最適な周波数値があることがわかりました。次の図に示すように、この周波数は 400Hz です。

周波数が低すぎると、電力システム内のインダクタおよびコンデンサ部品のサイズと重量が増加します。一方、周波数が高すぎると、電力システムの損失と発熱が増加します。周波数 400Hz の方が電力伝送と変換のバランスが優れています。周波数が低すぎると、より大きなケーブルと変圧器が必要になる可能性があり、周波数が高すぎると、電力変換を実現するためにより複雑な電子デバイスが必要になる可能性があり、システムの複雑さとコストが増加します。

5. 標準化と歴史的蓄積

400Hz周波数の航空電源は航空分野で広く使用されており、これには歴史的な理由も関係しています。過去数十年にわたり、多くの国や航空メーカーは、400Hz 周波数に基づいた航空電源規格と機器を確立してきました。この均一性により、異なる航空機間の電源システムを交換可能にし、保守と更新が容易になります。さらに、航空電源装置の生産とサプライチェーンも 400Hz 周波数のニーズに適応しており、交換とメンテナンスがより便利でコスト効率が高くなります。

まとめ

400Hz 電源は、サイズと重量、電磁干渉制御、安定した電力出力、優れたバランス、標準化、航空機における歴史的蓄積の点で利点があり、航空宇宙システムの汎用周波数となっています。

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