機(jī)場(chǎng)拖車交直流雙輸出供電靜音電源設(shè)計(jì)研究

張慶勝

（濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣系，河南濟(jì)源，459000）

0 引言

機(jī)場(chǎng)地面電源通常包括兩種，一種是固定的電源，可將工頻電流轉(zhuǎn)化為115/200V的交流電源或者28V的直流電源，工作效率較高，但是因?yàn)椴豢梢苿?dòng)導(dǎo)致適用范圍有限；另一種是地面移動(dòng)電源車，體積小、可移動(dòng)是其一大特點(diǎn)，也支持交流電源與直流電源輸出?？梢詾榈孛骘w機(jī)供電，也可為飛機(jī)維修廠和試飛場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)供電等，使用靈活性高，因此，在目前的市場(chǎng)上是必不可少的產(chǎn)品。但能同時(shí)輸出400赫茲、115/200伏特的交流電和28伏特的直流電的雙輸出供電電源較為少見。因此，為了提升機(jī)場(chǎng)電源的功能性，設(shè)計(jì)了交直流雙輸出的靜音拖車式電源[1]。

1 機(jī)場(chǎng)拖車式交直流雙輸出電源設(shè)計(jì)要求

1.1 交直流雙輸出電源參數(shù)要求

電源的設(shè)計(jì)包括多方面的技術(shù)參數(shù)，對(duì)輸出電壓、輸出功率、機(jī)組功率和噪音等都有詳細(xì)的規(guī)定，文章設(shè)計(jì)的機(jī)場(chǎng)拖車式電源的各種技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 交直流雙輸出供電靜音電源技術(shù)參數(shù)

頻率 HZ 400機(jī)組功率 kW 112額定轉(zhuǎn)速 r/min 1500額定電壓 V AC200/115功率因數(shù) - 0.8（滯后）1路直流輸出，輸出功率 kW 23直流輸出電壓 V DC28 2路交流輸出，輸出功率 kW 112 1米處空載噪音 dB（A） 80

1.2 交直流雙輸出電源性能指標(biāo)要求

機(jī)場(chǎng)拖車式電源體積不能過大，最小轉(zhuǎn)彎直徑要小于14米，離地面的距離要大于250毫米，為保證機(jī)場(chǎng)道路安全，行駛速度不能超過25千米每小時(shí)；在排放指標(biāo)上，CO的排放量在3.5g/kW·h，顆粒物的排放量約為0.2g/kW·h；在電壓的輸出上可能會(huì)有一定幅度的變化，直流穩(wěn)態(tài)電壓偏差要大于-15%，交流穩(wěn)態(tài)電壓偏差在正負(fù)百分之一之間，當(dāng)電壓發(fā)生不穩(wěn)定情況使，要在2秒之內(nèi)盡快恢復(fù)，以保證正常供電[2]。

2 交直流雙輸出機(jī)場(chǎng)拖車靜音電源設(shè)計(jì)方案

2.1 電源總體設(shè)計(jì)原理

機(jī)場(chǎng)拖車交直流雙輸出電源系統(tǒng)原理，如圖1所示。電源的總體設(shè)計(jì)主要分為靜音電源部分和拖車部分。圖中可以看到電源的發(fā)電機(jī)組和柴油機(jī)均通過減震裝置安裝在機(jī)場(chǎng)拖車的底盤，國三發(fā)動(dòng)機(jī)使用柴油帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)生產(chǎn)電力，交流發(fā)電機(jī)經(jīng)交流斷路器輸出兩路交流電源，是400赫茲的三相電，在變壓整流過程，輸出一路直流電源，經(jīng)直流斷路器傳輸?shù)截?fù)載設(shè)備上，這類負(fù)載主要是地面的飛機(jī)，電力通常被使用于飛機(jī)的停場(chǎng)準(zhǔn)備和地面維修保養(yǎng)過程，另一路輸出的是交流電源，拖車可移動(dòng)到其他場(chǎng)地，使用交流電源為飛機(jī)維修廠、生產(chǎn)制造廠以及試飛場(chǎng)等電器設(shè)備提供電源[3]。

圖1 機(jī)場(chǎng)拖車交直流雙輸出靜音電源系統(tǒng)原理

2.2 電源結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）電源設(shè)備組成

發(fā)動(dòng)機(jī)選擇康明斯公司生產(chǎn)的QSB6.7-G4，即我們常說的國三排放發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)選擇康富公司生產(chǎn)的KF-W4.D-112-32P（無刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)），拖車選擇我國煙臺(tái)愛科機(jī)械設(shè)備有限公司定制的TA6000型號(hào)轉(zhuǎn)向拖車。電源的整體由電源和拖車兩部分組裝而成?？蓪⒊休d柴油機(jī)與發(fā)電機(jī)的底盤與機(jī)場(chǎng)拖車的底架當(dāng)做一個(gè)整體進(jìn)行設(shè)計(jì)。靜音電源是機(jī)場(chǎng)拖車電源的重要組成部分，電源系統(tǒng)的硬件包括柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、交直流整流系統(tǒng)、消音系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)以及輸出系統(tǒng)等，拖車作為電源的載體，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，包括拖車底盤、輪胎、保險(xiǎn)杠和駐車制動(dòng)系統(tǒng)等。電源的外形總體結(jié)構(gòu)上要包含排煙口、加水口、牽引桿、叉車槽、檢修門等組成部分。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)聯(lián)結(jié)設(shè)計(jì)

作為整體進(jìn)行設(shè)計(jì)的機(jī)場(chǎng)拖車靜音電源，將發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪殼和發(fā)電機(jī)端蓋止口定位，通過螺栓固定為一體，再將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)安裝在同一減震器上，固定到機(jī)場(chǎng)拖車的底盤上。二者之間的驅(qū)動(dòng)方式為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通過彈性盤片聯(lián)軸器與發(fā)電機(jī)連接，發(fā)動(dòng)機(jī)消耗柴油為發(fā)電機(jī)提供動(dòng)力，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)發(fā)電。這種聯(lián)結(jié)方式使得機(jī)械定位簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、牢固，不需要進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，聯(lián)結(jié)緊密使得機(jī)組振動(dòng)幅度小，產(chǎn)生的噪音就較小[4]。

（3）拖車底盤設(shè)計(jì)

機(jī)場(chǎng)拖車電源底盤的各零部件均需固定起來，采用4毫米到10毫米之間厚度的鋼板經(jīng)折彎焊接固定成型。電源的重量較大，因此拖車底盤要有超強(qiáng)的載荷能力，底盤的大梁、隔板、端板和一些小的輔助組件均采用焊接工藝，以增強(qiáng)拖車整體的強(qiáng)度和剛性，拖車框架越簡(jiǎn)單實(shí)用越好，便于電源器件的安裝與維修，在建造拖車底盤前要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，預(yù)留出每一個(gè)安裝孔，以安裝電源箱體、各種開關(guān)以及消聲器等眾多組成部分。底盤兩側(cè)留出專用電纜槽，以防電線纏繞造成安全隱患，線纜槽采用斜面式設(shè)計(jì)，便于布線，線槽端口要光滑，以防磨損電纜線外部膠皮。與汽車類似，拖車底盤的外側(cè)要設(shè)計(jì)反光板，保障拖車在夜間的安全行駛。底盤的底部設(shè)計(jì)兩個(gè)安置燃油箱的托盤，分別位于底部的左右兩邊。合理的設(shè)計(jì)可增強(qiáng)拖車的承載力，增加長時(shí)間行駛的安全性[5]。

（4）拖車整體設(shè)計(jì)

拖車總成包括車軸、牽引桿、輪胎等，是實(shí)現(xiàn)拖車進(jìn)行承載和行駛的主要構(gòu)成。機(jī)場(chǎng)拖車選擇扭力軸獨(dú)立懸掛裝置，轉(zhuǎn)向角度最大可達(dá)40度，可保證在移動(dòng)過程中牽引桿和車軸不會(huì)因轉(zhuǎn)向角度大造成磨損或者斷裂，在保證拖車靈活性的前提下增加了機(jī)場(chǎng)拖車底盤的穩(wěn)定性，獨(dú)立懸掛裝置使得機(jī)場(chǎng)拖車各部分之間沒有金屬摩擦與碰撞，且左右車輪互不影響，提升了整體的減震性。為保證機(jī)場(chǎng)拖車的行駛安全，采用六邊形橡膠懸掛系統(tǒng)，六邊形橡膠懸掛裝置傳統(tǒng)的鋼板彈簧懸掛系統(tǒng)相比，更利于緩解震動(dòng)，保持拖車的平穩(wěn)。另外，為節(jié)約拖車箱體空間，實(shí)現(xiàn)空間最大化利用，可將整流柜安置到發(fā)電機(jī)上方，交流電輸出柜與直流電輸出柜分別嵌在機(jī)場(chǎng)拖車的兩側(cè)，燃油箱懸掛在拖車底部進(jìn)行固定[6]。

3 交直流電源保護(hù)與控制方案

3.1 電源雙路輸出控制及保護(hù)方案

發(fā)電機(jī)組將頻率為400赫茲、大小為115/200伏特的雙電壓中頻交流電源輸出一路交流電源，給需要交流電的機(jī)場(chǎng)設(shè)備供電；另外一路通過變壓整流器將400HZ、115/200V的中頻交流電源整流為28.5V左右的直流電源，輸出給工作在直流電模式下的機(jī)場(chǎng)設(shè)備。此機(jī)場(chǎng)拖車電源控制系統(tǒng)選用頻率為400HZ的機(jī)場(chǎng)定制控制模塊，該模塊具備交直流電流和電壓的保護(hù)功能以及直流電流和電壓的測(cè)量功能。經(jīng)變壓整流器輸出的直流電壓即為此系統(tǒng)控制模塊整體的直流電壓，可霍爾電流傳感器來測(cè)量系統(tǒng)控制模塊的直流電流。為了提升控制模塊的智能性和安全性，機(jī)場(chǎng)拖車電源系統(tǒng)完善了非正常狀態(tài)下時(shí)的跳閘和報(bào)警等功能。

3.2 電源交流多脈波整流技術(shù)控制方案

機(jī)場(chǎng)拖車電源系統(tǒng)中變壓整流器采用經(jīng)天津瑞卡特航空設(shè)備有限公司生產(chǎn)的BZ-5整流器。變壓整流器主要應(yīng)用在以交流電為主要電源的大中型的飛機(jī)上，其作用是將400HZ、115/200V的交流電轉(zhuǎn)化為低壓的直流電，其中變壓的作用是將交流電降低，整流的作用是將交流電轉(zhuǎn)化為直流電。BZ-5整流器采用的是多脈波整流技術(shù)，噪音在85分貝以下，包括三相變壓器和整流模塊等，三相變壓器主要分為鐵芯與繞組兩大部分，由鐵芯和三個(gè)原邊繞組和三個(gè)副邊繞組構(gòu)成。BZ-5整流器選用的是SD 50×80×200非標(biāo)鐵芯。三相變壓器有很多輔助結(jié)構(gòu)，例如括保護(hù)裝置、冷卻裝置以及測(cè)溫裝置等。整流橋是整流部分用到的重要元器件，由12個(gè)單臂整流橋模塊構(gòu)成，用在變壓結(jié)構(gòu)后，作用是將減小后的交流低電壓轉(zhuǎn)化成直流電，之后將輸出的電流通過低壓大電容和放電電阻進(jìn)行直流側(cè)濾波過程，此過程的目的在于過濾掉整流后的交流電成分，BZ-5整流器的交流多脈波整流技術(shù)，使機(jī)場(chǎng)拖車靜音電源的供電品質(zhì)大大提高[7]。

4 結(jié)語

機(jī)場(chǎng)拖車靜音電源的適用范圍較廣，為提升其電源輸出功能，文章設(shè)計(jì)了交直流雙輸出的機(jī)場(chǎng)拖車電源，主要為地面飛機(jī)在進(jìn)行檢測(cè)和維修等地面工作時(shí)提供交流電源和直流電源。該機(jī)場(chǎng)拖車電源采用箱體式結(jié)構(gòu)，體積小巧靈活，便于移動(dòng)。經(jīng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)得到，該拖車電源的移動(dòng)速度最高可達(dá)每小時(shí)25千米，且靜音效果良好，排放量達(dá)標(biāo)，是一種環(huán)保經(jīng)濟(jì)型的電源，最主要的是該電源可同時(shí)輸出28伏的直流電源和頻率為400赫茲、大小為115/200伏的雙電壓交流電源，以滿足機(jī)場(chǎng)設(shè)備對(duì)交直流電源的多種需求。