航空起動發電機試驗臺的設計及應用

劉育

作者簡介：劉育（1982-），男，漢族，廣州民航職業技術學院，實驗師，碩士，飛機維修專業。

摘要：論文從高職院校的實訓教學建設的角度，論述航空起動發電機試驗臺的設計及應用研究。論文從航空起動發電機試驗臺的設計基本原則、功能要求、構造要求和性能指標等多個方面對試驗臺的設計方案進行了論述。

關鍵詞：起動發電機；試驗臺；設計；應用

中圖分類號：F5文獻標志碼：A文章編號：2095-9214（2016）11-0174-02

一、概述

航空發動機的起動方式主要有兩種，一種采用氣源起動，另一種采用電機起動。現代民航飛機大多數采用氣源起動的方式來起動發動機；而早期的航空發動機或現代小型航空發動機的起動方式，則通常采用電機起動的方式。起動電機一般擔負兩個任務：起動發動機和發電。航空起動發電機試驗臺以起動發電機為對象，通過測量相關的參數來了解起動發電機的工作原理。該試驗臺可以測試規定型號的起動發電機的工作性能，能滿足實訓教學的需要。

二、設計方案

該試驗臺以QF-6起動/發電機和ZF-3A發電機作為試驗對象，能夠模擬演示起動機的起動過程和發電機的發電過程，通過典型輸出參數的變化顯示來展現其工作過程，從而通過工作過程演示和參數測量分析來完成發電機和起動機的性能測試。

（一）設計基本原則

該起動發電機試驗臺的設計原則是：1.在功能上能夠完成兩類部件QF-6起動/發電機和ZF-3A發電機的功能演示；2.在實訓教學方面，能允許學生對試驗臺的部件進行拆裝、分解、檢測訓練，能學習到這兩類部件的工作過程和性能特點。為實現起動和發電演示功能，在試驗臺結構內部安裝的電器系統設計方面，需采用三相異步電機、變頻調速器、傳感器、數據顯示系統等，以便完成這兩種部件的功能演示任務。試驗臺控制過程原理如圖1所示。

圖1試驗臺控制過程原理圖

（二）功能要求

該起動發電機試驗臺應具備以下三大功能：1.模擬起動發動機的工作過程；2.完成起動機和發電機性能測試；3.允許學生在實訓教學過程中拆裝部件并進行相應的檢測。

（三）構造要求

該起動發電機試驗臺主要包括電機工作臺和控制柜兩大部分。1.電機工作臺由驅動電機、增速箱、發電機、控制箱、電壓調節器、負載電機（起動機或發電機）、轉速調節器等部件組成，是該實驗臺的工作主體。電機工作臺的傳動連接通過聯軸器來完成。當驅動電機啟動后，電機帶動發電機工作，在發電狀態輸出28V直流電，通過電壓調節器穩定電壓，再驅動待檢測的QF-6或ZF-3部件。待檢測的QF-6或ZF-3部件安裝在可拆卸的臺架上，以方便學生進行實操訓練。2.控制柜由一系列操作按鈕、指示儀表、指示燈等部件組成。控制柜的主要作用是提供運行及停止控制、ZF-3A和QF-6部件開關選擇、發電及啟動開關選擇等功能實現，以及交流電動機調速、激磁電流顯示、發電輸出電壓和啟動扭矩輸出等參數的顯示。控制面板上安裝有顯示起動/發電及工作狀態的四個參數顯示數碼管。起動發電機試驗臺的電器系統主要由以下部件組成：1.電源，采用220V交流電，為系統供電。2.驅動電機，為三相異步電機，采用變頻調速，用于提供發電機的動力。3.變速箱，根據QF-6部件發電的需要將驅動電機轉速輸出調節到預定值。4.聯軸器，用于連接電機與增速箱。5.發電機，用于提供演示需要的電能，由QF-6部件承擔。6.電壓調節器，使發電機輸出穩定的電壓。7.電流表、電壓表、轉速表、轉速傳感器等參數采集及顯示部件。8.可調負載，用于調節待測電機轉速。9.配電箱，用于集線和分線。10.控制面板，用于控制電源通斷、選擇待測部件等開關控制。

該試驗臺應具備過流保護、防插錯保護和急停保護等功能，以保護被測設備不受損壞。起動發電機試驗臺外觀設計效果如圖2所示。

圖2起動發電機試驗臺外觀設計效果圖

（四）技術指標要求

該試驗臺需滿足以下技術指標要求：1.QF-6部件發電功能演示的技術指標。2.QF-6部件起動功能演示的技術指標。3.ZF-3A部件功能演示的技術指標。

1.QF-6部件發電功能演示的技術指標

起動發電機QF-6的發電性能演示是通過發電機輸出的電能，驅動待檢測的QF-6或ZF-3部件，轉速傳感器捕捉變速箱的輸出轉速，由計算機數據處理后驅動儀表顯示。以下對應的動態指標分別為QF-6部件的空載特性和調節特性，轉速選定為5500RPM、6500RPM和8500RPM三種狀態。QF-6起動發電機的發電狀態空載特性參考數據如表1所示，發電狀態的外特性/調節特性參考數據如表2所示。

2.QF-6部件的起動功能演示技術指標

QF-6部件起動性能演示是通電后演示啟動功能，并顯示扭矩、轉速、電流和電壓等參數。

（1）工作電壓。工作電壓為直流電壓，該電壓應為起動發電機輸入端的電壓，其數值不大于30VDC。（3）力矩。力矩由程序控制后顯示，力矩不大于50N·m，轉速不小于1350r/min。（3）轉速。根據實測數值來顯示。（4）消耗電流。電流的測試范圍是不大于300A。

3.ZF-3A部件的功能演示技術指標

發電機ZF-3A作為負載，由28V直流電驅動運轉，通過儀表顯示對應的電流、電壓等動態參數指標。主要測試信號有：（1）輸出電壓。輸出電壓為直流電壓，其數值為28.5±0.5VDC（系統控制點電壓）。（2）負載電流。負載電流不大于300A。（3）激磁電流。激磁電流應不大于20A。發電機ZF-3A的發電狀態參考數據如表3所示。

三、結論

對于高職院校而言，實訓設備的設計及應用應著眼于具體的需求，根據實際情況來確定方案。實訓設備要在有限的經費條件下達到預先設定的各項要求，就要有所取舍，根據所要實現的教學目標來定好方案，不能盲目追求高大上。另一方面，在進行方案設計時，要充分考慮方案的可行性，全面調動手頭擁有的資源、創造條件來實現目標。在實訓設備的研制過程中，應根據實際情況靈活變通，在滿足性能的條件下對設計方案不斷完善，最終做出滿意的設備。

（作者單位：廣州民航職業技術學院）

參考文獻：

[1]劉榮林，崔偉榮.航空直流起動發電機起動過程分析[J].中國民航學院學報，2003（6）.

[2]戴衛力，王慧貞，嚴仰光，胡鋼.航空起動/發電系統的發展趨勢與研究現狀[J].航空科學技術，2010（5）.

【Title】Design and Utilization of Aviation Starter-generator Test-bed.

【Author】Liu Yu；Guangzhou Civil Aviation College.