某艦船主推電機(jī)勵(lì)磁電流不可調(diào)故障及維修

吳言鳳，王宗亮，孫 碩

（海軍潛艇學(xué)院，山東青島 266199）

某艦船主推電機(jī)勵(lì)磁電流不可調(diào)故障及維修

吳言鳳，王宗亮，孫 碩

（海軍潛艇學(xué)院，山東青島 266199）

針對(duì)某型艦船的主推進(jìn)電機(jī)后電樞勵(lì)磁電流不可調(diào)整的故障問題，在理論上分析造成故障的原因，并在此基礎(chǔ)上通過逐步排查和檢測(cè)，確定了故障原因，精確定位了故障點(diǎn)，及時(shí)排除了故障，為此類故障檢修和排除積累了維修經(jīng)驗(yàn)。

艦船 主推電機(jī) 勵(lì)磁電流 維修

0 引言

艦船電氣故障的種類繁多，且往往不可預(yù)料。常用的分析和排除電氣故障的方法有傳統(tǒng)的故障診斷法(經(jīng)驗(yàn)診斷法)及各種現(xiàn)代故障診斷方法。作為一般管理和使用人員來講接觸比較多還是經(jīng)驗(yàn)診斷法[1]。

直流主推電機(jī)作為某些特種艦船的關(guān)鍵裝備，屬于動(dòng)力核心，其可靠運(yùn)行對(duì)艦船整體技術(shù)狀態(tài)的發(fā)揮和功能實(shí)現(xiàn)具有重要意義[2]。為保證可靠性和更好的調(diào)速性能，這些艦船的直流主推電機(jī)通常采用雙電樞結(jié)構(gòu)[3]，兩個(gè)電樞可以并聯(lián)、串聯(lián)工作，也可以單獨(dú)工作。針對(duì)某艦船訓(xùn)練時(shí)發(fā)生的主推電機(jī)后電樞勵(lì)磁電流不可調(diào)整的故障案例，從故障所在的設(shè)備和故障現(xiàn)象入手，系統(tǒng)全面的對(duì)故障原因進(jìn)行分析診斷，科學(xué)性、條理性闡述故障的搶修過程，最后總結(jié)此類典型故障的經(jīng)驗(yàn)，以幫助使用管理和維修保障人員，在遇到此類故障時(shí)，避免排查的盲目性，爭取維修的時(shí)效性，提高維修的綜合能力。

1 主推電機(jī)勵(lì)磁電流調(diào)整電路

主推進(jìn)電機(jī)有兩個(gè)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，分別為主用和備用勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，兩個(gè)調(diào)節(jié)器原理相同。勵(lì)磁電流調(diào)整電路是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的一部分電路。

圖1為某艦船主推電機(jī)的簡化的勵(lì)磁電流調(diào)整電路。

勵(lì)磁電源分別經(jīng)過濾波后送到前后樞斬波器電路，在觸發(fā)電路的控制下，形成脈寬可調(diào)的方波電壓，再經(jīng)過滅磁開關(guān)加到推進(jìn)電機(jī)前、后電樞勵(lì)磁繞組上，產(chǎn)生可調(diào)勵(lì)磁電流以調(diào)節(jié)推進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)范圍正常為0～60 A。

斬波器電路為主電路，調(diào)節(jié)和觸發(fā)電路為控制電路。

2 故障現(xiàn)象和原因排查

2.1 故障現(xiàn)象

某艦船在海上執(zhí)行訓(xùn)練任務(wù)時(shí)，一日凌晨兩點(diǎn)鐘水上航行過程中，突然出現(xiàn)推進(jìn)電機(jī)后電樞勵(lì)磁電流不可調(diào)，最大值上升至75 A（正常情況下為60 A左右），而此時(shí)前電樞勵(lì)磁電流正常。

圖1 勵(lì)磁電流調(diào)整電路

2.2 原因排查

根據(jù)圖1所示的勵(lì)磁調(diào)整電路簡圖，主勵(lì)磁調(diào)節(jié)器工作時(shí)，前電樞勵(lì)磁電流正常，而后電樞勵(lì)磁電流不可調(diào)，并且其電流值超過正常最大值。最大的可能性是主勵(lì)磁調(diào)節(jié)器后電樞斬波電路或者相應(yīng)的控制電路故障。

主勵(lì)磁調(diào)節(jié)器后電樞斬波電路如圖 2所示。圖中，V1和V2為逆導(dǎo)晶閘管，V1通過負(fù)載電流，是主要功率元件，稱為主逆導(dǎo)晶閘管，V2為換流逆導(dǎo)晶閘管，L4和 C4分別為換流電感和換流電容，LSM2為主推電機(jī)后樞勵(lì)磁繞組。

圖2 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器后電樞斬波電路

推進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)電路工作時(shí)，主電路先上電，控制電路后上電。當(dāng)主電路上電時(shí)，換流電容C4通過與V2相并聯(lián)的反向二極管充電，充好電的電容C4兩端電壓左正右負(fù)。當(dāng)V1得到觸發(fā)脈沖后立即導(dǎo)通，勵(lì)磁電源便加到勵(lì)磁繞組兩端。經(jīng)過一定的時(shí)間t后，V2得到觸發(fā)脈沖后也立即導(dǎo)通，此時(shí)原先已充好電的電容C4（左正右負(fù)）經(jīng)V2、V1、L4放電，然后再反向充電。在C4反向充電（右正左負(fù)）期間，主逆導(dǎo)晶閘管V1因被施加反向電壓而關(guān)斷。C4恢復(fù)原先充電狀態(tài)，而勵(lì)磁繞組因電流不能突變則經(jīng)續(xù)流二極管V3續(xù)流，至此一個(gè)斬波周期完成。待 V1接到下一個(gè)觸發(fā)脈沖后，又一個(gè)斬波周期開始，如此反復(fù)工作。

由以上分析可見：

1）V1導(dǎo)通時(shí)，勵(lì)磁繞組獲得勵(lì)磁電流；V1截止時(shí)，勵(lì)磁電流經(jīng)續(xù)流二極管續(xù)流。在一個(gè)周期內(nèi)，V1導(dǎo)通時(shí)間越長，則勵(lì)磁電流就越大。如果在一個(gè)周期內(nèi)V1全導(dǎo)通不截止，則勵(lì)磁電流將超過其最大值（60 A）。

2）V1導(dǎo)通時(shí)間取決于V1和 V2觸發(fā)脈沖的間隔時(shí)間t，所以改變t即可調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流大小。

3）當(dāng)斬波電路正常工作時(shí)，換流電容C4和換流電感L4上存在交變電壓，以保證斬波電路正常工作。

結(jié)合斬波電路工作原理可知，勵(lì)磁電流超過其最大值（60 A）主要原因是V1全導(dǎo)通不截止所至。導(dǎo)致V1全導(dǎo)通的可能原因是：

1）V1得到觸發(fā)脈沖導(dǎo)通后，V2沒有得到觸發(fā)脈沖，V2不能導(dǎo)通，使換流電容 C4不能放電和反向充電，V1不能截止。這主要是勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)控制電路（調(diào)節(jié)器電路或觸發(fā)電路）有故障。

2）滅磁開關(guān)閉合時(shí)，勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)控制電路未能保證勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)主電路先上電，控制電路后上電，致使換流電容C4未能充滿到電源電壓。這主要是勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)控制電路不正常，可能是接通控制電源的繼電器電路有故障。

3）與V2相并聯(lián)的反向二極管損壞，致使電容C4充電過程太慢或不能充電。

4）換流電容C4和換流電感L4中有一個(gè)損壞，致使斬波電路不能正常工作。

5）主逆導(dǎo)可控硅V1擊穿全導(dǎo)通，不可控。

3 搶修過程

檢修勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)電路內(nèi)部故障時(shí)，要使勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)電路斷電和對(duì)內(nèi)部電容放電，為此：

1)斷開滅磁開關(guān)，使勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)電路不帶電；

2)將數(shù)字電壓表放置在正確的量程，分別測(cè)量前后電樞的相應(yīng)端子間是否存在高電壓。如果存在數(shù)伏以上電壓，則采用放電電阻器將相應(yīng)端子短接放電；如果量不出電壓值，則應(yīng)考慮有可能是快速熔斷器熔斷，在熔斷器另一側(cè)仍可能存在高電壓，因此應(yīng)在快速熔斷器另一側(cè)緊固螺栓上進(jìn)行放電操作。

3）針對(duì)V1全導(dǎo)通五個(gè)方面的原因，處理方法如下：

（1）當(dāng)V2觸發(fā)脈沖不能按時(shí)發(fā)出時(shí)，按下列方法檢查調(diào)節(jié)器電路板和觸發(fā)電路板，確定其輸出波形是否正常，必要時(shí)更換該電路板。

用數(shù)字萬用表直流電壓檔測(cè)量觸發(fā)及故障轉(zhuǎn)換電路板上的測(cè)試孔（見圖3）TP5和TP6分別對(duì)TP2的電壓值，若在–0.7～+10.3 V內(nèi)暫定為正常，記作“0”；否則為不正常，記作“×”。如果有“×”，則故障發(fā)生在調(diào)節(jié)器電路板上。

上述測(cè)量正常時(shí)，再用數(shù)字萬用表直流電壓檔測(cè)量TP11對(duì)TP7和TP9，TP12對(duì)TP8和TP10之間的電壓值。這些電壓若在0.3～0.6V內(nèi)為正常，記作“0”；否則為不正常，記作“×”。上列四個(gè)電壓值中只要有一個(gè)“×”，則故障發(fā)生在觸發(fā)器電路板。

根據(jù)上述測(cè)量結(jié)果，可按表1判斷可能發(fā)生故障的部位。

圖3 控制電路面板測(cè)量孔位置

表1 故障部位判斷表

再斷開、接通交流控制電源一次，觀察觸發(fā)及故障轉(zhuǎn)換電路板左半邊中部（見圖4）的四只發(fā)光二極管，在合上交流電源約6 s后都應(yīng)閃亮，發(fā)光二極管不閃亮則表明故障轉(zhuǎn)換電路有故障。

圖4 故障轉(zhuǎn)換電路輸出顯示板

（2）如果勵(lì)磁電流調(diào)整電路控制電路未能保證勵(lì)磁電流調(diào)整電路主電路先上電，控制電路后上電，則應(yīng)檢查勵(lì)磁電流調(diào)整電路的控制電路中控制電源繼電器電路是否存在故障。

（3）如果與換流逆導(dǎo)晶閘管V2相并聯(lián)的反向充電二極管損壞，直接更換該二極管即可。

（4）換流電容C4或換流電感L4損壞，直接更換該部件即可。

（5）主逆導(dǎo)晶閘管V1是否擊穿可用下列方法檢測(cè)：用數(shù)字萬用表二極管檔檢查后樞主逆導(dǎo)晶閘管電路：紅表筆置于陰極，黑表筆置于控制極，萬用表的讀數(shù)為200～400之間；改用數(shù)字萬用表電阻檔中等量程，同時(shí)將紅、黑表筆交換測(cè)量，若能看到電阻值由小到大，最后達(dá)幾百千歐以上為正常。若看不到電阻由小到大的過程，再交換紅、黑表筆測(cè)量兩次；如仍看不到此過程，則主電路中主逆導(dǎo)晶閘管RC吸收電路的電容器或電阻器有故障或主逆導(dǎo)晶閘管擊穿。

按照上述方法逐步經(jīng)過測(cè)試和檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)本例故障是主逆導(dǎo)晶閘管V1因擊穿而造成的后電樞勵(lì)磁電流不可調(diào)整，更換了主逆導(dǎo)晶閘管V1之后，后電樞的勵(lì)磁電流可以正常調(diào)節(jié)。

4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

針對(duì)某艦船主推電機(jī)發(fā)生的后電樞勵(lì)磁電流不可調(diào)整的故障，通過對(duì)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)電路的分析，總結(jié)了各種故障原因，并通過測(cè)試和檢測(cè)，精確定位了故障點(diǎn)，確定了故障原因，及時(shí)排除了設(shè)備存在的安全風(fēng)險(xiǎn)隱患。

某型艦船有主用和備用兩臺(tái)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器，每臺(tái)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器均有前電樞斬波電路和后電樞斬波電路。四個(gè)斬波電路中使用的元器件相同，發(fā)生的故障也有共性，可以舉一反三。當(dāng)發(fā)生勵(lì)磁電流不可調(diào)時(shí)，按上述分析和處理方法基本上能排除故障。

[1] 苑仁民, 劉洋. 船舶電氣設(shè)備常見故障實(shí)例分析.船電技術(shù), 2015, 35(4): 78-80.

[2] 刁愛民, 李海濤. 某船主推進(jìn)電機(jī)偶發(fā)艏、艉樞電流異常偏差問題分析及修理. 中國修船, 2016, 29(1): 21-24.

[3] 宋義超等. 潛艇推進(jìn)電機(jī)技術(shù)特點(diǎn)與發(fā)展分析. 船舶工程, 2013, 35(3): 55-58.

The Excitation Current Fault and Maintenance of A Main Propulsion Motor

Wu Yanfeng, Wang Zongliang, Sun Shuo
（Naval Submarine College, Qingdao 266199, Shandong, China）

In order to eliminate the excitation current fault of back armature of marine main propulsion motor, the cause of the fault is analyzed in theory. Based on the comprehensive analysis and inspection, the cause is determined, the fault is pinpointed accuracy, and the fault is excluded finally, which accumulates repair experience for this kind of fault.

ship; main propulsion motor; excitation current; repair

U672

A

1003-4862（2017）02-0045-03

2016-10-09

吳言鳳（1974-），女，博士，講師。研究方向：艦船電力電子和低壓電器。

E-mail:15066792976@163.com