電源車雙頻發(fā)電機(jī)組的可靠性分析

徐延培　王飛飛　鄧云

摘 要：電源車是一種發(fā)電設(shè)備，雙頻發(fā)電機(jī)組的可靠工作是電源車供電的重要保障。本文在簡(jiǎn)要介紹雙頻發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)及使用工況的基礎(chǔ)上，對(duì)該雙頻發(fā)電機(jī)組的可靠性進(jìn)行了分析計(jì)算，旨在提高發(fā)電機(jī)組工作的可靠性及延長(zhǎng)使用壽命。

關(guān)鍵詞：電源車；雙頻發(fā)電機(jī)組；可靠性

1 雙頻發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)和使用工況

雙頻發(fā)電機(jī)組是電源車的主要設(shè)備之一，其主要任務(wù)是當(dāng)柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生三相 5OHz、400V、功率為25kW的交流電和三相400Hz、230V、功率為25kW的交流電。也可用市電驅(qū)動(dòng)電機(jī)，產(chǎn)生三相400Hz、230V、功率為25kW的交流電。

1.1 雙頻發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)

電源車主要由柴油機(jī)、雙頻發(fā)電機(jī)、控制配電機(jī)柜、自動(dòng)控制箱及輔助設(shè)備等組成，雙頻發(fā)電機(jī)組的可靠工作是電源車供電的重要保障。雙頻發(fā)電機(jī)組的定子為單樞結(jié)構(gòu)，即工頻、中頻這兩種頻率的繞組共用一個(gè)定子鐵芯。在定子鐵芯的槽內(nèi)有一套工頻主繞組，另有一套中頻主繞組，還有與兩種頻率相應(yīng)的三次諧波勵(lì)磁繞組。這四套繞組在電路上是獨(dú)立的。主繞組的聯(lián)接方式為三相四線制，諧波勵(lì)磁繞組的聯(lián)接方式則為單相。雙頻發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子為磁極。轉(zhuǎn)子對(duì)工頻為隱極式，對(duì)中頻為凸極式。在轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)有工頻勵(lì)磁繞組及中頻勵(lì)磁繞組。轉(zhuǎn)子鐵芯由導(dǎo)磁良好的低碳鋼片迭壓而成，轉(zhuǎn)子齒近氣隙處及槽底有阻尼籠。雙頻發(fā)電機(jī)組兩種頻率的電源均具有雙自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)設(shè)備，而且，它們是并聯(lián)工作的，如套損壞，另一套仍可繼續(xù)保障工作 。

1.2 雙頻發(fā)電機(jī)組的使用工況

雙頻發(fā)電機(jī)組的使用工況可分兩種：一種是柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，另一種是與柴油機(jī)脫開、市電供電。當(dāng)柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，雙頻發(fā)電機(jī)組可同時(shí)發(fā)出兩種頻率的三相電源，而且兩種電源為并列的，任一回路有故障，另一回路仍能正常發(fā)電。

當(dāng)雙頻發(fā)電機(jī)組與柴油機(jī)脫開、市電供電的時(shí)候，50Hz電機(jī)作同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)400Hz發(fā)電機(jī)，向負(fù)載提供400Hz中頻電源，此為串聯(lián)可靠性模型，不管50Hz電機(jī)和400Hz電機(jī)哪個(gè)部位發(fā)生故障，均不能實(shí)現(xiàn)該工況供電。

2 雙頻發(fā)電機(jī)組的可靠性分析與計(jì)算

2.1 可靠性模型

通過對(duì)比雙頻發(fā)電機(jī)組的使用工況可知，雙頻發(fā)電工況時(shí)兩個(gè)機(jī)組并聯(lián)連接 ，單樞變頻工況時(shí)兩個(gè)機(jī)組串聯(lián)連接，所以計(jì)算雙頻發(fā)電機(jī)組的失效率時(shí)只需按照單樞變頻工況計(jì)算即可，稱其為串聯(lián)模型。由串聯(lián)模型可知，雙頻發(fā)電機(jī)組的故障率λ為50Hz電機(jī)分系統(tǒng)和400Hz電機(jī)分系統(tǒng)故障率λi之和，即λ：∑λi。其中，λ表示設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)故障的次數(shù)，單位用“次/h”表示。那么，當(dāng)設(shè)備工作壽命服從指數(shù)分布時(shí)，雙頻發(fā)電機(jī)組的平均無故障工作時(shí)間M TB F = 1/λ。其中，MTBF表示設(shè)備平均每次檢修后，可以無故障的連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間，單位用“h”表示。

2.2 可靠性分析與計(jì)算

參照廠家提供的資料和移動(dòng)電站通用技術(shù)條件及軍用交流移動(dòng)電站通用規(guī)范，根據(jù)電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)對(duì)上述模型的各單元失效率按地面平穩(wěn)移動(dòng)條件（GM 1 ） 進(jìn)行分析計(jì)算，過程如下：

（1） 電機(jī)部分

電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)和美國(guó) MIL.HDBK-217均規(guī)定一般發(fā)電機(jī)的使用壽命不少于20000 h， 平均無故障工作時(shí)間不少于 8000h，因此將電機(jī)失效率記為125×10-6次/h。

（2）50Hz和400Hz電機(jī)用AVR

50Hz采用兩只電壓調(diào)節(jié)器TST2-GT，400Hz電機(jī)采用兩只電壓調(diào)節(jié)器TST2-ZT，由于這些電壓調(diào)節(jié)器均采用TST2系列，所以一起分析如下 ：

電機(jī)用AVR是一塊印刷電路板，包括三相整流橋堆、集成電路元件、三極管、電阻、電容和焊點(diǎn)等。根據(jù)電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)查表計(jì)算如下 ：

為簡(jiǎn)化起見，并出于可靠性考慮，實(shí)際計(jì)算中認(rèn)為NPN硅三極管的失效率為1.0×10-6次/h。

第三，整流橋堆。整流橋堆是由6個(gè)二極管組成，可參考NPN硅三極管的失效率，實(shí)際計(jì)算中認(rèn)為整流橋堆的失效率為5.0×10次/h。

第四，其他電子元件和焊點(diǎn)。按照同樣的方法，根據(jù)電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)查表計(jì)算，可以得到電阻和電容等元件及焊點(diǎn)的失效率。

（3）50Hz和400Hz電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)

三次諧波勵(lì)磁系統(tǒng)包括三次諧波勵(lì)磁繞組、可控硅和線性電抗器，三次諧波勵(lì)磁繞組的失效率在電機(jī)計(jì)算時(shí)已經(jīng)考慮，在此不再重新計(jì)算。另外，由于電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)沒有直接給出可控硅和線性電抗器的失效率，可參考變壓器失效率的計(jì)算公式λp= λb（ πE ×πQ ×πk） 進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算出可控硅和線性電抗器的失效率均為2.5×10-6次/h。

（4）可靠性指標(biāo)計(jì)算

知道了雙頻發(fā)電機(jī)組各零部件的失效率，按照雙頻發(fā)電機(jī)組的串聯(lián)可靠性模型即可進(jìn)行雙頻發(fā)電機(jī)組的平均無故障工作時(shí)間 MTBF的計(jì)算 。

3 結(jié)束語

綜上所述，在簡(jiǎn)要介紹該電源車所采用的雙頻發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)上，對(duì)其發(fā)電機(jī)組的可靠性進(jìn)行了分析計(jì)算，計(jì)算出該發(fā)電機(jī)組的平均無故障工作時(shí)間，平均無故障工作時(shí)間MTBF應(yīng)大于3200h。進(jìn)一步分析表明電源車所采用的雙頻發(fā)電組的實(shí)際可靠性水平將高于計(jì)算值，即高于MTBF=3000h的目標(biāo)值要求。

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