某型交流發(fā)電機(jī)整流管損壞故障分析

王嘯 苑振宇 羅雁

摘 要交流發(fā)電機(jī)是組合傳動發(fā)電機(jī)中的重要部件，為三級式無刷交流發(fā)電機(jī)，主要提供三相交流電能。在飛機(jī)上使用過程中，同臺產(chǎn)品連續(xù)出現(xiàn)整流管損壞的故障現(xiàn)象。針對此類現(xiàn)象，本文從故障狀況、整流管失效分析、定位故障、原因分析和故障排除五大方面進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞電壓;交流發(fā)電機(jī);勵磁機(jī)繞組;整流管

1 故障狀況

某型組合傳動發(fā)電機(jī)在飛機(jī)上使用過程中出現(xiàn)過壓保護(hù)故障，產(chǎn)品返回后裝配到試驗(yàn)臺上進(jìn)行了性能檢測，當(dāng)組合傳動發(fā)電機(jī)輸入轉(zhuǎn)速在5000轉(zhuǎn)/分鐘，接通供電開關(guān)時，系統(tǒng)瞬時進(jìn)行保護(hù)，故障重現(xiàn)。根據(jù)故障情況分析，確定故障定位在交流發(fā)電機(jī)部分。經(jīng)分解交流發(fā)電機(jī)，取出轉(zhuǎn)子，檢查轉(zhuǎn)子和線圈未見異常;測量保護(hù)電阻，阻值合格;對6件整流管分別進(jìn)行性能檢查，發(fā)現(xiàn)其中1件整流管被擊穿失效。經(jīng)更換轉(zhuǎn)子部件完成修復(fù)后，重新裝機(jī)使用，但再次出現(xiàn)過壓保護(hù)故障，產(chǎn)品返回后經(jīng)檢查故障又再現(xiàn)，與上次故障點(diǎn)一致，為1件整流管被擊穿失效所致，但是2件整流管的件號、安裝部位和生產(chǎn)年代均不同。

2 整流管失效分析

2.1 外部檢查

利用顯微鏡進(jìn)行外部目檢，典型形貌見圖1。封裝體上的字符清晰可見，未見明顯異常形貌。

2.2 電特性分析

利用晶體管圖示儀測試電特性參數(shù)和引腳間的I-V特性。結(jié)果顯示，陽極-陰極短路。

2.3 X射線檢查

利用X光透視系統(tǒng)進(jìn)行檢查。典型結(jié)果見圖2。芯片位置有連接陽極引腳和陰極引腳的異常陰影形貌。

2.4 粒子碰撞噪聲檢查（PIND）

依據(jù)GJB548B-2005方法2020.1進(jìn)行粒子碰撞噪聲檢測，結(jié)果顯示：除背景噪聲均外無任何其余噪聲，為合格，內(nèi)部無可移動的多余物。

2.5 開封、內(nèi)部檢查

采用機(jī)械方法進(jìn)行開封。典型結(jié)果見圖3。芯片周邊有軟膠包裹，用化學(xué)方法去除軟膠后可見結(jié)邊緣和焊料邊緣有燒毀形成的熔坑，熔坑邊緣有熔融物。芯片未見開裂、機(jī)械破損形貌。

2.6 結(jié)論

通過以上檢查并結(jié)合產(chǎn)品的使用時間進(jìn)行判斷，為陽極、陰極之間引入異常電壓擊穿芯片，隨后形成大電流再次燒毀，最終導(dǎo)致失效。

3 定位故障

針對同一臺交流發(fā)電機(jī)連續(xù)出現(xiàn)兩起整流管擊穿失效故障，故將故障定位在交流發(fā)電機(jī)定子部分，分析應(yīng)為定子部分工作異常，對轉(zhuǎn)子上的整流管產(chǎn)生了破壞，對此制定了詳細(xì)的試驗(yàn)驗(yàn)證和分解檢查方案。

（1）目視檢查定子外觀，漆層顏色正常，定子內(nèi)部沒有多余物，也沒有零組件損壞。

（2）檢測定子繞組線圈阻值，如表1，均符合要求。

（3）檢查交流發(fā)電機(jī)各繞組的冷態(tài)絕緣電阻均大于20 MΩ，合格。

（4）用示波器檢查各繞組匝間短路情況，波形正常，無短路。

（5）將該故障交流發(fā)電機(jī)定子串裝到已試驗(yàn)合格的交流發(fā)電機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，采取連續(xù)工作兩個小時，停機(jī)半個小時后再繼續(xù)工作兩個小時，一共試驗(yàn)10小時，按此方法進(jìn)行兩次，試驗(yàn)中重復(fù)通過沖擊負(fù)載、加減速及復(fù)合試驗(yàn)等項(xiàng)目進(jìn)行測試。經(jīng)過兩輪試驗(yàn)驗(yàn)證，未發(fā)現(xiàn)問題，整流管失效故障沒有重現(xiàn)。

（6）更換原故障交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上擊穿失效的整流管，修復(fù)轉(zhuǎn)子，并將該轉(zhuǎn)子裝回到原定子中，對該交流發(fā)電機(jī)重復(fù)以上試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)證，同樣未發(fā)現(xiàn)整流管擊穿的問題，整流擊穿故障未能在試驗(yàn)臺上復(fù)現(xiàn)。

（7）由于試驗(yàn)驗(yàn)證未復(fù)現(xiàn)故障，故將主發(fā)定子組件、勵磁機(jī)定子組件從定子機(jī)殼內(nèi)拆下，并進(jìn)行檢查，分解過程中發(fā)現(xiàn)勵磁機(jī)定子組件有輕微松動，安裝固定與殼體貼合不緊等異常情況，存在誘發(fā)整流管故障的影響因素。

4 原因分析

當(dāng)交流發(fā)電機(jī)在旋轉(zhuǎn)工作時，固定在轉(zhuǎn)子上的永磁發(fā)電機(jī)的永久磁鋼跟轉(zhuǎn)子一起以12000r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，它產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場在永磁發(fā)電機(jī)的定子上感應(yīng)出三相交流電。永磁機(jī)輸出的三相交流電提供給控制器。控制器輸出矩形電壓脈沖波給勵磁繞組，在勵磁機(jī)的氣隙中產(chǎn)生磁場，控制器通過脈寬調(diào)節(jié)方式對該輸出電壓矩形脈沖波進(jìn)行調(diào)制，控制勵磁繞組中的平均電流的大小，使交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓在允許的范圍內(nèi)變化。固定在轉(zhuǎn)子上的勵磁機(jī)電樞繞組隨著轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，在勵磁繞組產(chǎn)生的磁場作用下感應(yīng)出三相交流電，該三相交流電通過三相全波旋轉(zhuǎn)整流器組件（由6個整流管組成）整流成直流后供給主發(fā)電機(jī)的勵磁繞組，這樣就會主發(fā)電機(jī)的主氣隙中產(chǎn)生磁場，定子繞組感應(yīng)產(chǎn)生三相交流電壓。

根據(jù)感應(yīng)電動勢原理，轉(zhuǎn)子勵磁機(jī)電樞繞組感應(yīng)出的最大電動勢為E=nBSω，式中n是線圈匝數(shù)，B是磁感應(yīng)強(qiáng)度，S是線圈所圍的面積，ω是線圈轉(zhuǎn)動的角速度。由于電樞繞組阻值固定，故感應(yīng)電流大小取決于感應(yīng)電動勢。

通過檢查結(jié)果、整流管失效分析結(jié)論，以及結(jié)合產(chǎn)品工作原理分析，確定故障原因應(yīng)是由于勵磁機(jī)定子組件與殼體不能緊密貼合，使其在較大振動環(huán)境下會產(chǎn)生局部位移，引起勵磁磁場感應(yīng)強(qiáng)度和角速度發(fā)生變化、不正常，從而使勵磁機(jī)電樞上感應(yīng)的電流不均勻，出現(xiàn)異常變化，使整流管受到較長時間的不穩(wěn)定電流沖擊，異常電壓促使6件整流管中最薄弱的1件失效，不能正常工作，造成勵磁電流過大，控制器保護(hù)，出現(xiàn)不發(fā)電故障。

5 故障排除

經(jīng)過以上檢查與分析，最終確定故障部件為交流發(fā)電機(jī)定子內(nèi)部的勵磁機(jī)定子組件。由于勵磁機(jī)定子組件為無法修復(fù)部件，故對其定子進(jìn)行了更換，然后對重新裝配合格的產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)，故障現(xiàn)象未重現(xiàn)，輸出電壓符合要求，工作穩(wěn)定，其他技術(shù)性能參數(shù)也符合要求，而且裝機(jī)使用情況良好。因此，可以確定故障得以排除。

6 結(jié)論

本文針對“交流發(fā)電機(jī)整流管損壞”故障進(jìn)行了剖析、闡述和分析，從中也總結(jié)出排除故障的一些經(jīng)驗(yàn)，希望能夠借此為讀者在以后的產(chǎn)品修理中起到幫助作用。

參考文獻(xiàn)

[1]沈頌華.航空航天器供電系統(tǒng)[M].北京航天航空大學(xué)出版社.2005.

[2]沈興全吳秀玲.液壓傳動與控制.第一版.國防工業(yè)出版社.2005.

[3]朱其順.機(jī)械故障分析及應(yīng)對措施[J].礦業(yè)工程[J]，2008-8，3（4）：46.

[4]劉亞雄，吉曉波，董乃峰.發(fā)電機(jī)故障分析方法研究[J].山西電力技術(shù)，1999-8，4：1-4.

[5]王莉，楊善水，張卓然，魏佳丹.航空航天器供電系統(tǒng)[M].科學(xué)出版社，2018.