目前,我軍軍事裝備中儀器設(shè)備用電單、三相混用的情況較為普遍,普通的單相或三相交流發(fā)電機(jī)組都不能很好地滿足需要,單相機(jī)組無法給三相設(shè)備提供電源,三相機(jī)組單相負(fù)載能力較差,而且在三相負(fù)載不平衡量較大的情況下,三相電壓也極不平衡,嚴(yán)重威脅著用電設(shè)備及發(fā)電機(jī)組的安全使用。為了滿足部隊(duì)這一特殊需要,我們設(shè)計了單、三相汽油發(fā)電機(jī)裝配汽油發(fā)電機(jī)組,滿足了部隊(duì)單、三相混用的要求,并最大限度地抑制了三相電壓的不平衡量,使各用電器均能安全可靠使用。下面就已通過技術(shù)鑒定的8kW單、三相發(fā)電機(jī)組各項(xiàng)性能指標(biāo)的設(shè)計作一介紹。 工作原理根據(jù)單、三相交流同步發(fā)電機(jī)的特殊需要,我們采用性能好、結(jié)構(gòu)簡單的電抗分流勵磁方式,其電氣原理圖如。 單、三相交流同步發(fā)電機(jī)電氣原理圖發(fā)電機(jī)定子中嵌有一套主繞組,一套副繞組,主繞組輸出三相交流電能和單相交流電能,每相繞組的尾端分別與三相分流電抗器的中間抽頭M相聯(lián)接,首端為輸出端,副繞組首端分別與電抗器每相一個端頭d,相聯(lián)接,尾端與三相整流橋相聯(lián),電抗器各相繞組另一個端頭d2聯(lián)在一起成為中點(diǎn)并向外同步發(fā)電機(jī)在空載時,當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值時,由于轉(zhuǎn)子中有剩磁,故在副繞組中感應(yīng)出電壓,并向轉(zhuǎn)子勵磁繞組提供勵磁電流4(電壓分量),使磁通增強(qiáng),如此繼續(xù)下去,就能使電機(jī)自勵,很快建立空載電壓。負(fù)載時,依靠電抗器的負(fù)載電流分流,其中一部分電流成為轉(zhuǎn)向勵磁繞組的勵磁電流//i(電流分量),補(bǔ)償發(fā)電機(jī)負(fù)載時的去磁及壓降作用,使轉(zhuǎn)子勵磁電流隨負(fù)載的變化而自動調(diào)節(jié),達(dá)到恒定端電壓的作用。 單、三相交流同步發(fā)電機(jī)設(shè)計計算和變通交流同步發(fā)電機(jī)相同,但應(yīng)該注意的是單、三相參數(shù)的協(xié)調(diào)及性能指標(biāo)平衡,因此,需要注意如下幾點(diǎn)。 由于本電機(jī)主要與方艙配套使用,對其體積、重量等指標(biāo)有較嚴(yán)格的要求,因此電機(jī)定子繞組設(shè)計必須合理排布,在有限的空間內(nèi),使電機(jī)出力最大,同時相與相之間的互感系數(shù)較小,以減少運(yùn)行時三相電壓不平衡量。最簡單直接的方法是將單相、三相繞組均設(shè)計成為獨(dú)立的兩套繞組,但這樣勢必增加電機(jī)的體積和重量,運(yùn)行時操作也比較麻煩,而且無法實(shí)現(xiàn)單、三相混用。 理想的辦法是在三相發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)上,將其中一相設(shè)計輸出相同功率的單相繞組,讓該相承受單相負(fù)載,這樣既節(jié)省了材料,又與實(shí)際使用情況相符。 在設(shè)計過程中我們采用了兩種方案。 方案1:發(fā)電機(jī)繞組系統(tǒng)見。定子線圈設(shè)有兩套本相繞組,一套接作三相作為三相繞組,另一套接成單相和三相繞組中匝數(shù)較少的一相串聯(lián)起來。 這是一種常規(guī)的繞組排列,經(jīng)試制及相關(guān)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)有兩點(diǎn)不足,一是由于單相繞組有部分線圈和另外兩相空間上同相位,電機(jī)運(yùn)行時,相間互感系數(shù)大;二是嵌線工藝復(fù)雜,有部分槽嵌有4種繞組,絕表1標(biāo)記U相V相W相原邊匝數(shù)584858負(fù)邊匝數(shù)196153196表2實(shí)測標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)等品電/工穩(wěn)態(tài)稠整度三杯」2.方案2:發(fā)電機(jī)繞組系統(tǒng)見。定子線圈只設(shè)1套三相繞組,其中一相繞組并繞根數(shù)為另外兩相的2倍,作為單相繞組。這樣繞組排列比較整齊、有規(guī)律,由于單相繞組和另外兩相在空間上同相位,故相間互感系數(shù)小,發(fā)電機(jī)不平衡運(yùn)行時,三相電壓不平衡量少。該繞組除一相纏繞根數(shù)較多以外,其余完全和三相交流同步發(fā)電機(jī)相同,嵌接線工藝都很簡單,絕緣也容易處理,較方案1可節(jié)省銅材15%左右,部分槽的槽滿率可減少10%左右,經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證該方案較為理想。 本發(fā)電機(jī)采用的是電抗分流勵磁方式,該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,性能優(yōu)良,但電機(jī)單相、三相運(yùn)行時橋組整流系數(shù)和電樞反應(yīng)均不一樣,如完全按。 三相設(shè)計,則單相運(yùn)行時,勵磁功率不夠;如完全按單相設(shè)計則三相等待運(yùn)行時,電阻負(fù)載電壓過高,必須采取協(xié)調(diào)平衡措施。我們采取的方法是將電抗器設(shè)計成不平衡的電抗器,電抗器兩邊繞組參數(shù)按三相電機(jī)設(shè)計,中間一相繞組按單相設(shè)計,這樣既滿足了單、三相發(fā)電機(jī)要求,又使電機(jī)不平衡運(yùn)行時電壓不平衡量較少。具體數(shù)據(jù)見表1.為了增強(qiáng)電機(jī)工藝適應(yīng)能力,提高電機(jī)調(diào)壓精度,減少電壓冷熱態(tài)偏差,我們在勵磁系統(tǒng)中增設(shè)一個自動電壓調(diào)節(jié)器,由于本電機(jī)需單、三相運(yùn)行,因此測量信號只能取單相相電壓,而單相電壓諧波含量較多(含了次諧波),特別是單相運(yùn)行時更為嚴(yán)重,致使調(diào)節(jié)器調(diào)壓精度不高,一般只能達(dá)到7%~10%,不能滿足戰(zhàn)技要求,必須增加補(bǔ)償裝置。但由于單、三相運(yùn)行時電流變化較大,用負(fù)載電流作為反饋信號不適合,只能用電機(jī)勵磁電壓作為反饋信號,我們在單相電壓調(diào)節(jié)器測量回路中,增設(shè)了一個反映勵磁電壓大小的反饋信號,利用光耦隔離,達(dá)到了要求,其具體線路見。 樣機(jī)經(jīng)寒區(qū)、熱區(qū)、可靠性及部隊(duì)使用試驗(yàn),并經(jīng)國家內(nèi)燃機(jī)電站質(zhì)檢中心檢測表明,各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計要求,具體指標(biāo)及質(zhì)量分等見表2.單、三相汽油發(fā)電機(jī)組既可單獨(dú)輸出單、三相交流電,又可同時輸出單、三相交流電。用電設(shè)備單、三相混用情況不僅在部隊(duì)中存在,而且在施工現(xiàn)場等民用場所也普通存在,它的開發(fā)成功,填補(bǔ)了國內(nèi)空白,具有廣泛的推廣價值,目前已為工程車等產(chǎn)品配套500余臺,其獨(dú)特的功能,極大地滿足了部隊(duì)使用需要,深受使用部隊(duì)的歡迎。