坦克裝甲車無刷硅整流發(fā)電機(jī)的研制
耿榮茂 (北京長辛店88352部隊(duì))
1電機(jī)總體設(shè)計(jì)方案及其特點(diǎn)
1．1總體設(shè)計(jì)方案及其特點(diǎn)
根據(jù)研制合同書要求，在不改變原6kW發(fā)電機(jī)外徑尺寸、安裝和其它要求的前提下，把輸出容量提高到10kw。為達(dá)此目的，確定了挖掘發(fā)電機(jī)內(nèi)部可利用的空間潛力，加長發(fā)電機(jī)電樞鐵心長度，研制成交流同步發(fā)電機(jī)與整流器分置的總體設(shè)計(jì)方案，使新研制的10kw發(fā)電機(jī)可直接安裝幾種裝甲車輛以及它們的改進(jìn)型坦克上。
10kw交流同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
整流器部分的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
10kw發(fā)電機(jī)電氣線路圖如圖3所示。
從圖3可以看出，該發(fā)電機(jī)由主發(fā)電機(jī)、勵磁機(jī)、旋轉(zhuǎn)整流器和整流器四部分組成。主發(fā)電機(jī)為三相同步發(fā)電機(jī)。勵磁機(jī)的轉(zhuǎn)子為電樞，電樞所產(chǎn)生的電勢經(jīng)旋轉(zhuǎn)整流以后供
主發(fā)電機(jī)勵磁。電機(jī)中的勵磁機(jī)電樞、旋轉(zhuǎn)整流器與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)。發(fā)電機(jī)工作
原理圖如圖4所示。
該發(fā)電機(jī)有三個特點(diǎn)，第一是電機(jī)中沒有電刷和滑環(huán)。第二是轉(zhuǎn)子采用雙爪極結(jié)構(gòu)。第三是整流器采用模塊式整流器件。  1．2試驗(yàn)結(jié)果
發(fā)電機(jī)經(jīng)過初樣機(jī)和正樣機(jī)研制以后，按技術(shù)條件進(jìn)行了發(fā)電機(jī)臺架試驗(yàn)，性能全面達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。其中壽命試驗(yàn)在進(jìn)行500h試驗(yàn)后，絕緣電阻值仍為400～450MΩ。為了考核該電機(jī)達(dá)到的水平，按美國軍用標(biāo)準(zhǔn)壽命試驗(yàn)1000h的要求，又加做了500h試驗(yàn)。試驗(yàn)后電機(jī)性能參數(shù)沒有改變，絕緣電阻仍為400MΩ。充分顯示了無刷電機(jī)高可靠性特點(diǎn)。
1991年2月該電機(jī)在發(fā)動機(jī)臺架上進(jìn)行了350h的試驗(yàn)考核，接著又進(jìn)行了裝車試驗(yàn)，并按GJB298—87要求進(jìn)行了電氣系統(tǒng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，穩(wěn)態(tài)電壓、瞬態(tài)電壓等性能達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。
10kW無刷硅整流發(fā)電機(jī)研制成功，對提高坦克裝甲車輛供電能力起到了重要的作用，填補(bǔ)了軍用車輛發(fā)電機(jī)容量系列的空擋。由于該發(fā)電機(jī)采用無刷勵磁和雙爪極結(jié)構(gòu)，大大提高了電機(jī)的可靠性、可維修性及耐久性，在國內(nèi)軍用車輛電機(jī)中屬首創(chuàng)，在國內(nèi)居****地位，達(dá)到了國際80年代同類產(chǎn)品水平。
2關(guān)鍵技術(shù)及其推廣應(yīng)用
2．1關(guān)鍵技術(shù)
2．1．1高性能無刷勵磁技術(shù)
根據(jù)該電機(jī)使用環(huán)境(100℃、有油污等)和技術(shù)要求而研制的旋轉(zhuǎn)整流結(jié)構(gòu)和勵磁機(jī)。在時間常數(shù)、短路比等方面保證了該電機(jī)在性能上達(dá)到了美標(biāo)MIL一STDl275—1986的動態(tài)特性(尖峰、浪涌電壓)和穩(wěn)定電壓要求。電機(jī)壽命試驗(yàn)指標(biāo)為1000h，達(dá)到美標(biāo)MIL一G一62061B一1988的水平(國內(nèi)為500h)。填補(bǔ)了我國沒有無刷坦克發(fā)電機(jī)的空白。該無刷勵磁技術(shù)在車輛用發(fā)電機(jī)上有重要的推廣價值。
2．1．2雙爪極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)
為解決發(fā)電機(jī)外形尺寸小而又要輸出功率大的矛盾，在國內(nèi)首次研制出雙爪極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，不僅克服了外形尺寸給設(shè)計(jì)造成的困難，而且加強(qiáng)了轉(zhuǎn)子強(qiáng)度，改善了磁路分布。為長徑比大、高轉(zhuǎn)速、需減小軸電流對軸承電腐蝕的同步電機(jī)設(shè)計(jì)提供了新技術(shù)。
2．1．3模塊式整流器件
模塊式整流器件是專為安裝空間小、要求散熱效果好的整流器而研制的，對低壓大電流整流器有重要推廣價值。
2．2無刷技術(shù)以及該電機(jī)的推廣應(yīng)用
10kw無刷硅整流發(fā)電機(jī)所采用的無刷勵磁技術(shù)和雙爪極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)�？沙惺芨咿D(zhuǎn)速(試驗(yàn)中按8000r／min考核)、高溫工作環(huán)境(按100考核)和狹窄工作空間等惡劣的工作條件。與國內(nèi)民品無刷電機(jī)比較，有獨(dú)到之處。在電機(jī)性能方面，由于實(shí)現(xiàn)了無刷，避免了有刷電機(jī)因電刷接觸不良和電刷粉末造成的故障，提高了電機(jī)運(yùn)行的可靠性。該電機(jī)的雙爪極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，為高轉(zhuǎn)速、長徑比大、磁軛尺寸小的電機(jī)設(shè)計(jì)找到了新的解決辦法。
3軍用車輛無刷發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)以及坦克裝甲車輛發(fā)電機(jī)發(fā)展趨扭
3．1無刷發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)
軍用車輛無刷發(fā)電機(jī)與有刷發(fā)電機(jī)比較，無刷電機(jī)體現(xiàn)了體積小、重量輕、效率高、電壓波形好、電磁干擾小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。這里特別應(yīng)當(dāng)指出的是電磁干擾問題，隨著軍用車輛技術(shù)的發(fā)展，大量采用高性能、高電子化、高靈敏度的用電設(shè)備，對電源的供電質(zhì)量要求越來越高。由于有刷勵磁電壓波形突變太大，形成的電磁干擾難以消除。而無刷電機(jī)妥善地解決了這一難題。另外，由于無刷電機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間沒有電的接觸，從根本上消除廠電火花產(chǎn)生的輻射干擾和傳導(dǎo)干擾．
3．2坦克裝甲車輛發(fā)電機(jī)的發(fā)展趨勢
由于坦克裝甲車輛發(fā)電機(jī)裝在發(fā)動機(jī)上。C作空間狹窄．散熱極為困難，伴隨有油污和高溫(國外定為125℃)工作環(huán)境。另外，振功、沖擊標(biāo)準(zhǔn)要求也很高。因此。在軍用車輛發(fā)電機(jī)中，尤其以坦克發(fā)電機(jī)的研制難度為****。
我國現(xiàn)有的裝甲車輛大量采用的是直流發(fā)電機(jī)和硅整漉發(fā)電機(jī)兩種類型。冷卻方式均為風(fēng)冷，容量等級為1．5、3、4．5、6kw共4個等級，發(fā)電機(jī)外徑均為178mm。新研制并己得到應(yīng)用的10kw無刷硅整流發(fā)電機(jī)，在保持外徑尺寸和冷卻方式不變的前提下，容量提高到10kw．并采用廠無刷技術(shù)和雙爪根轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，綻其在壽命等主要性能指標(biāo)方面達(dá)到了國外80年代水平。與國內(nèi)水平比較，無疑是有了一個長足的發(fā)展，特別在標(biāo)志車輛發(fā)電機(jī)水平的勵磁方式方面是個很大的進(jìn)步。然而與國外先進(jìn)水平相比，尚有較大的差距。當(dāng)今國外坦克發(fā)電機(jī)幾種具有代表性的產(chǎn)品有：
德國豹Ⅱ式坦克為20kw油冷發(fā)電機(jī)(西門子公司生產(chǎn))。
美國M1坦克和以色列梅卡瓦坦克的油冷式18．2kw發(fā)電機(jī)(型號3089s一3)。
英國盧卡斯公司生產(chǎn)的噴油冷卻式20kW發(fā)電機(jī)。
國外坦克發(fā)電機(jī)最主要的特點(diǎn)，一是均為無刷勵磁硅整流方式，二是冷卻方式均為油冷。坦克發(fā)電機(jī)之所以采用無刷硅整流方式，具有它獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前國外發(fā)電機(jī)冷卻方式都是借助發(fā)動機(jī)本體機(jī)油冷卻系統(tǒng)，把發(fā)電機(jī)做成一個全密封式結(jié)構(gòu)。這樣就克服了坦克發(fā)電機(jī)所在的外界各種不良工作條件，然而實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)方式除了有研制發(fā)電機(jī)自身的難度外，更為重要的是，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)油冷又需要在坦克發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)乃至車體底盤設(shè)計(jì)中，必須通盤考慮創(chuàng)造條件才能實(shí)現(xiàn)。這是提高我囤坦克裝甲車輛發(fā)電機(jī)水平，向世界覺進(jìn)水平發(fā)展不可回避的必然條件。筆者認(rèn)為解決這些難題，既實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的無刷勵磁，又解決機(jī)油冷卻方式，是我國坦克裝甲車輛發(fā)展的必然趨勢。 |
