航空交流發(fā)電機的主要故障問題與維修處理措施分析

肖華

（四川航空股份有限公司，四川成都 610000）

0.引言

對于飛機電氣系統(tǒng)來說，若航空交流發(fā)電機存在故障，其飛機電氣系統(tǒng)穩(wěn)定運行也得不到把控，為此應綜合航空交流發(fā)電機結構進行分析，準確找出航空交流發(fā)電機存在的故障問題，如電流過大、電流不穩(wěn)定等，進而以合理的維修工作確保航空交流發(fā)電機恢復正常狀態(tài)，滿足電氣系統(tǒng)穩(wěn)定運行要求。

1.航空交流發(fā)電機概述

1.1 交流發(fā)電機基礎結構

在發(fā)電機結構分析中，航空交流發(fā)電機動力源是電樞，其主要功能是在機械能與電能之間進行轉換。其電樞是由電樞鐵心與電樞繞組磁級構成；磁極在磁體上具有強烈的磁場，每個磁場之間可通過磁場以媒介，并以鐵心與勵磁繞組成[1]。

按轉動元件的差異可分為轉動磁極和轉動銜鐵2種類型。特別是轉動極型：電機的電樞線圈設置在定子上，其磁極是轉子，由2個滑環(huán)和一個電刷將電機的磁場輸入電機的勵磁線圈中。轉電銜型：電樞線圈設在轉子處，磁極作定子，由3個滑環(huán)和一個電刷將所生成的直流電流排出。根據(jù)其磁極的構造特征，可以分為：隱極式，隱級是指在大、高速蒸汽發(fā)電機中，均為隱極性，但其極形不夠清晰；而凸極為，在飛機上，通常采用凸極結構，其磁極形狀特別。

在整流理論和程序方面，對航空交流發(fā)電機來說，采用晶閘管作單向傳導的整流型。是運用硅二極管進行單方導電，在導電中以整流器為基準，并依據(jù)三相橋式全波整流電路，將3個具有2個電極的負二極管引出線有關，在引出線連接三相繞組的首段后在同一時段，可將電位最低的一相繞組相聯(lián)的負二極管進行多次循環(huán)?？梢哉f，只與電勢最弱的一相相連的負二極管多次周期地通過正向電流流動，6只二極管周期地使正向電流流動，使正向電流通過6只二極管使正向電流流動，使正向電流在負荷上流動，使正負極保持恒定，即完成交流作用。

1.2 航空交流發(fā)電機性能與特點

航空交流發(fā)電機會根據(jù)發(fā)動機的不同而產(chǎn)生變化，采用航空交流發(fā)電機與穩(wěn)壓器協(xié)同工作可利用調(diào)壓點上的電壓來調(diào)整發(fā)電機的勵磁電流，保證發(fā)電機的輸出電壓在28V左右。該系統(tǒng)采用的電壓調(diào)整方法非常簡便、快速，可以很好地適應電力系統(tǒng)的需要。航空交流發(fā)電機與蓄電池并行，由于其具有較高的電壓，它只能在極高的負荷下進行充電，只有在極高的負荷時，它會將電能提供給外部，確保了航空交流發(fā)電機持續(xù)電力供應。由于航空交流發(fā)電機技術已經(jīng)比較成熟，在啟動時，可產(chǎn)生較大的起動力矩，使發(fā)動機開始工作，一旦啟動，就會使直流電動機處于產(chǎn)生狀態(tài)，使用方便。由于受到換向情況的制約，直流電動機的最大輸出功率為18kW，最大可達18000m，最大工作距離不能達到18000m，而且在運行過程中容易產(chǎn)生磨損，故障率較高，維修不便的情況[2]。

1.2.1 有刷式調(diào)速電動機的特點

隨著液力傳動技術的發(fā)展，交流發(fā)電機已是航空動力的主要動力，采用恒速傳動、有刷同步發(fā)電機、機械電氣控制保護裝置等組成了一種新型的直流調(diào)速交流電力。例如，采用直流供電可以增加電力供應，降低電力網(wǎng)絡的負荷。

1.2.2 三級型無刷型同步航空交流發(fā)電機的特點

20世紀50年代，飛機上已普遍采用了無刷同步航空交流發(fā)電機。該電動機由恒速恒頻供電、B787型多電客機所用的變速變頻器等組成。該電動機是從兩段式的無刷型同步電動機發(fā)展而來，通過在勵磁器的磁極處安裝永久磁鐵，使其具有充分的剩余磁場，達到自激勵的目的。由于其結構較大、重量較大，已經(jīng)逐步被三階型無刷電動機所代替。

2.航空交流發(fā)電機的主要故障問題與維修處理

2.1 交流發(fā)電機故障模式判斷以及維修辦法

2.1.1 充電指示燈

首先，在航空交流發(fā)電機運行過程中，應針對發(fā)電機運行情況進行全面的分析，并依據(jù)充電指示燈具體狀態(tài)作出合理的判斷。應依據(jù)充電指示燈變化情況分析出發(fā)電機是否存在故障。若電源系統(tǒng)正常工作，在維持電氣設備運作的基礎時，應合理設置出監(jiān)測與顯示裝置，并便于及時把握工作好壞。其次，在使用儀表顯示時應以儀表顯示與充電指示燈，并借助電壓表或電流表針對發(fā)電機發(fā)出指示，在顯示出蓄電池充電電壓或電流大小時應借助充電指示燈進行監(jiān)測。再其次，充電指示燈安裝位置為駕駛室儀表盤處，它是一種自動報警器，在發(fā)電機工作的時候，如果發(fā)生了故障，或者是調(diào)整系統(tǒng)不穩(wěn)定，指示燈會自動報警。但在利用儀表顯示方式進行監(jiān)控時，盡管其效果更為準確、真實，其直觀和警惕性不高，必須隨時注意電壓計或電流表。與此相反，充電指示就比較容易了，在沒有顯示的情況下，電力供應沒有任何問題，在電力供應出現(xiàn)問題的時候，指示器就會發(fā)光，并且更加直接，因此，充電指示燈轉而代替了電流表[3]。

2.1.2 根據(jù)指示燈監(jiān)測原理，劃分設置標準

其一，運用磁場二極管輸出電壓的方式針對充電指示燈進行控制，這種設定方式是利用電源與電池的電壓差異來控制充電指示器，比如斯太爾馬達的電源指示器，它的控制方式就是基于它的輸出電壓；其二，利用中線電壓來實現(xiàn)對電池的充電顯示。在交流發(fā)電機的定子上，通常采用的是星型或 Y型，由于中間有一個中線，所以這個位置上的 DC輸出電壓就會跟著變化。該電流為發(fā)電機的全部輸出功率的1/2，為此可利用有關線路或繼電器來實現(xiàn)對充電的指示[4]。

2.2 航空交流發(fā)電機不充電與維修

在針對航空交流發(fā)電機不充電進行維修時，應明確認識到交流發(fā)電機故障問題，并以發(fā)動機中轉運過程以電流表分析指示燈，在放電表明或未進行充電時，應分析其中存在的故障問題。其一為發(fā)電機不發(fā)電，在定子繞組發(fā)生短路、斷路現(xiàn)象后可能與硅二極管短路、斷路有關，其電刷可能在電刷架內(nèi)卡?。黄涠斝铍姵嘏c發(fā)電機存在連線脫節(jié)情況時應分析好調(diào)節(jié)器故障，并按照下述步驟明確故障原因，如查看發(fā)電機、蓄電池的連接線是否狀態(tài)良好，若松動或脫節(jié)應立即進行調(diào)整，避免充電，取下發(fā)電機將接線設置為接鐵。

2.3 航空交流發(fā)電機充電電流不穩(wěn)定與維修

航空交流發(fā)電機充電電流不穩(wěn)定的原因較多，其故障形成原因也大有不同，為此在具體的故障維修中，應依據(jù)實際故障情況找出適合的維修辦法，具體操作如下。

2.3.1 充電電流不穩(wěn)定形成原因分析

充電電流不穩(wěn)主要有電流起伏大、充電電流過低、充電電流大等。這種變化范圍太大，不僅是因為發(fā)電機自身的問題，還有其他的附屬設備，比如電機的繞組松動、電刷磨損等。如果是電壓大，則是由于調(diào)速器的問題，或是電力系統(tǒng)的電纜發(fā)生了錯誤的連接，再加上在不穩(wěn)定的充電電壓時很可能會造成較大的充電電壓，從而影響到整體的工作穩(wěn)定性。針對充電電流不足的問題：（1）因為在某些時段內(nèi)，充電電流不穩(wěn)，導致了電流值偏低。（2）由于發(fā)電機內(nèi)部和連接處的雜質太多，產(chǎn)生了實際充電電流過小的問題。

2.3.2 充電電流不穩(wěn)定維修對策分析

其一，電流穩(wěn)定度不夠造成這種情況的原因主要有2種，一種是內(nèi)部因素是基于發(fā)電機自身的問題，另一種是電機和用電設備的接觸不良，這種情況下，外部因素比較好解決，但內(nèi)部因素的檢測和分析比較困難，需要從外部進行，在進行外部維修時，維修人員應對膠帶進行松緊調(diào)節(jié)，如果發(fā)現(xiàn)膠帶太松，應更換新的膠帶，以避免發(fā)生打滑現(xiàn)象。對發(fā)電機與有關電纜的連接情況進行分析，在強度不夠時進行補強。當外部檢修完畢后，通過檢查裝置上的發(fā)電機安培計對其進行了電流穩(wěn)定的分析，如果在排除了外因后，電流仍然不夠穩(wěn)定，就可以判斷出是內(nèi)部原因，在內(nèi)部檢修前應與航空器生產(chǎn)長期聯(lián)系，并在相應的指導下完成發(fā)電機拆解維修工作[5]。

其二，電流大的故障有2個方面：一是電壓穩(wěn)定差，二是穩(wěn)壓器問題。如果是電流穩(wěn)定度不夠，則采用前面所述的解決辦法：調(diào)整裝置，檢查與修理辦法是：如拆卸發(fā)電機與調(diào)整裝置上的兩根連接線，懸掛在空中，并采用“+”“F”等連接，并在以后的維護過程中，通過直接將2根電線連接到相應的電路上，使各電路得到發(fā)揮作用。

其三，針對電流過小進行維修，電流偏低是由于整體電源的穩(wěn)定程度下降，在一定時期內(nèi)全系統(tǒng)的總流量偏低，以及與之相連的線路之間的連接能力不夠，導致系統(tǒng)運行質量受到影響。該問題的解決辦法是，先改善其帶電的穩(wěn)態(tài)才能保證全系統(tǒng)的穩(wěn)定，隨后針對皮帶松緊度、發(fā)電機自身質量等進行分析，應明確問題為接觸問題還是調(diào)節(jié)器問題再進行針對性維修。最后，確保維修達到應有規(guī)定標準，完成對各個接線樁的和線纜銜接強度的研究，并在調(diào)整調(diào)節(jié)器時保障充電電流正常。

3.航空交流發(fā)電機使用注意事項分析

其一，將蓄電池與發(fā)電機的正極端子與負極端子相連接，不得反向，若連接錯誤，則會燒毀發(fā)電機或調(diào)整裝置的電氣部件；其二，發(fā)電機和蓄電池必須牢固地連接在一起，如果突然切斷電源，將會引起電流的急劇上升，從而使發(fā)電機或穩(wěn)壓器的電氣部件受到損傷；其三，在航空交流發(fā)電機運行過程中不得采用檢查點火方式檢查發(fā)電機的功率，以免造成二極管損壞；其四，若發(fā)現(xiàn)航空交流發(fā)電機或調(diào)速器有故障，馬上進行檢查，以解決問題，以免造成更大的問題或因蓄電池失電而造成非正常運行；其五，航空交流發(fā)電機電壓水平應與調(diào)節(jié)閥的電壓水平一致，而航空交流發(fā)電機的搭鐵式和穩(wěn)壓器的搭鐵式是一樣的，并且調(diào)節(jié)閥時應避免輸出電流較低的現(xiàn)象發(fā)生；其六，電線的接線一定要準確，不同型號的調(diào)節(jié)器在不同的地方所需線路安裝并不相同，為此在配線時應格外注意；其七，調(diào)整裝置必須由點火開關進行控制，當航空交流發(fā)電機停機時，要切斷點火開關，以免發(fā)電機的磁回路始終處于開啟的位置，不但會燒毀磁鐵，還會發(fā)生蓄電池漏電現(xiàn)象；其八，在發(fā)現(xiàn)航空交流發(fā)電機或調(diào)整器出現(xiàn)問題時，應切斷發(fā)動機和所有用電設備，將電池的負極線和電線連接拆除再進行處理。

4.航空交流發(fā)電機新技術突破概述

目前，我國航空工業(yè)電源二級技術已經(jīng)認準了大功率變頻交流電源系統(tǒng)的應用前景。大功率變頻交流發(fā)電機不僅性能更穩(wěn)定、更有助于飛機長時間航行，而且，它結構簡單、體積小、重量輕、效率高，便于維修，經(jīng)濟效益更高。十幾年前，大功率變頻交流電源系統(tǒng)還是個“新鮮事兒”，可供參考的資料有限，在我國不斷研究的過程中，以調(diào)壓、總結、再調(diào)壓、再總結、結合對未來飛機功能的構想，我國科研人員構想了變頻發(fā)電系統(tǒng)的原型，又為這個發(fā)電機增加了一項新功能—自帶油冷系統(tǒng)。通過采用嵌入式油箱，將冷卻系統(tǒng)中的眾多部件集中起來，實現(xiàn)了油冷系統(tǒng)與發(fā)電機結構的一體化，形成了可獨立工作的循環(huán)冷卻系統(tǒng)。同時，設置了多處敏感冷卻工作的傳感器，實現(xiàn)了實時監(jiān)控。

這個航空交流發(fā)電機控制器還有一項創(chuàng)新，結合了科學技術的數(shù)字調(diào)壓和完全隔離的結構。隨著電機功率越來越大，轉速范圍越來越寬，把對電機的控制做好是一個關鍵點。數(shù)字調(diào)壓是將調(diào)壓方式從硬件改為軟件，可控性越來越容易把握。其大功率變頻交流自帶冷卻系統(tǒng)發(fā)電機，是航空工業(yè)電源自主實現(xiàn)的一次技術突破，不僅提前實現(xiàn)了技術積累，而且成為國內(nèi)這類發(fā)電機相關技術標準的制訂者，是促進我國航空未來發(fā)展穩(wěn)定的一步。

5.結語

航空交流發(fā)電機產(chǎn)生的故障問題較多，在針對其進行維修時，維修人員應合理分析故障所發(fā)生的根本原因準確找出解決故障的處理辦法，維持航空發(fā)電機運行的穩(wěn)定性與安全性。在依據(jù)新技術進行研究后可以看出，我國航空發(fā)電機技術發(fā)展前景良好，在努力解決以往存在的故障問題后應合理引入新技術，促進我國航空事業(yè)可持續(xù)發(fā)展。