電源車雙頻發電機組的可靠性分析

徐延培　王飛飛　鄧云

摘 要：電源車是一種發電設備，雙頻發電機組的可靠工作是電源車供電的重要保障。本文在簡要介紹雙頻發電機組的結構及使用工況的基礎上，對該雙頻發電機組的可靠性進行了分析計算，旨在提高發電機組工作的可靠性及延長使用壽命。

關鍵詞：電源車；雙頻發電機組；可靠性

1 雙頻發電機組的結構和使用工況

雙頻發電機組是電源車的主要設備之一，其主要任務是當柴油機驅動時產生三相 5OHz、400V、功率為25kW的交流電和三相400Hz、230V、功率為25kW的交流電。也可用市電驅動電機，產生三相400Hz、230V、功率為25kW的交流電。

1.1 雙頻發電機組的結構

電源車主要由柴油機、雙頻發電機、控制配電機柜、自動控制箱及輔助設備等組成，雙頻發電機組的可靠工作是電源車供電的重要保障。雙頻發電機組的定子為單樞結構，即工頻、中頻這兩種頻率的繞組共用一個定子鐵芯。在定子鐵芯的槽內有一套工頻主繞組，另有一套中頻主繞組，還有與兩種頻率相應的三次諧波勵磁繞組。這四套繞組在電路上是獨立的。主繞組的聯接方式為三相四線制，諧波勵磁繞組的聯接方式則為單相。雙頻發電機組的轉子為磁極。轉子對工頻為隱極式，對中頻為凸極式。在轉子鐵芯槽內有工頻勵磁繞組及中頻勵磁繞組。轉子鐵芯由導磁良好的低碳鋼片迭壓而成，轉子齒近氣隙處及槽底有阻尼籠。雙頻發電機組兩種頻率的電源均具有雙自動電壓調節設備，而且，它們是并聯工作的，如套損壞，另一套仍可繼續保障工作 。

1.2 雙頻發電機組的使用工況

雙頻發電機組的使用工況可分兩種：一種是柴油機驅動，另一種是與柴油機脫開、市電供電。當柴油機驅動時，雙頻發電機組可同時發出兩種頻率的三相電源，而且兩種電源為并列的，任一回路有故障，另一回路仍能正常發電。

當雙頻發電機組與柴油機脫開、市電供電的時候，50Hz電機作同步電動機運行，驅動400Hz發電機，向負載提供400Hz中頻電源，此為串聯可靠性模型，不管50Hz電機和400Hz電機哪個部位發生故障，均不能實現該工況供電。

2 雙頻發電機組的可靠性分析與計算

2.1 可靠性模型

通過對比雙頻發電機組的使用工況可知，雙頻發電工況時兩個機組并聯連接 ，單樞變頻工況時兩個機組串聯連接，所以計算雙頻發電機組的失效率時只需按照單樞變頻工況計算即可，稱其為串聯模型。由串聯模型可知，雙頻發電機組的故障率λ為50Hz電機分系統和400Hz電機分系統故障率λi之和，即λ：∑λi。其中，λ表示設備在單位時間內故障的次數，單位用“次/h”表示。那么，當設備工作壽命服從指數分布時，雙頻發電機組的平均無故障工作時間M TB F = 1/λ。其中，MTBF表示設備平均每次檢修后，可以無故障的連續運行的時間，單位用“h”表示。

2.2 可靠性分析與計算

參照廠家提供的資料和移動電站通用技術條件及軍用交流移動電站通用規范，根據電子設備可靠性預計手冊對上述模型的各單元失效率按地面平穩移動條件（GM 1 ） 進行分析計算，過程如下：

（1） 電機部分

電子設備可靠性預計手冊和美國 MIL.HDBK-217均規定一般發電機的使用壽命不少于20000 h， 平均無故障工作時間不少于 8000h，因此將電機失效率記為125×10-6次/h。

（2）50Hz和400Hz電機用AVR

50Hz采用兩只電壓調節器TST2-GT，400Hz電機采用兩只電壓調節器TST2-ZT，由于這些電壓調節器均采用TST2系列，所以一起分析如下 ：

電機用AVR是一塊印刷電路板，包括三相整流橋堆、集成電路元件、三極管、電阻、電容和焊點等。根據電子設備可靠性預計手冊查表計算如下 ：

為簡化起見，并出于可靠性考慮，實際計算中認為NPN硅三極管的失效率為1.0×10-6次/h。

第三，整流橋堆。整流橋堆是由6個二極管組成，可參考NPN硅三極管的失效率，實際計算中認為整流橋堆的失效率為5.0×10次/h。

第四，其他電子元件和焊點。按照同樣的方法，根據電子設備可靠性預計手冊查表計算，可以得到電阻和電容等元件及焊點的失效率。

（3）50Hz和400Hz電機勵磁系統

三次諧波勵磁系統包括三次諧波勵磁繞組、可控硅和線性電抗器，三次諧波勵磁繞組的失效率在電機計算時已經考慮，在此不再重新計算。另外，由于電子設備可靠性預計手冊沒有直接給出可控硅和線性電抗器的失效率，可參考變壓器失效率的計算公式λp= λb（ πE ×πQ ×πk） 進行計算。計算出可控硅和線性電抗器的失效率均為2.5×10-6次/h。

（4）可靠性指標計算

知道了雙頻發電機組各零部件的失效率，按照雙頻發電機組的串聯可靠性模型即可進行雙頻發電機組的平均無故障工作時間 MTBF的計算 。

3 結束語

綜上所述，在簡要介紹該電源車所采用的雙頻發電機組的基礎上，對其發電機組的可靠性進行了分析計算，計算出該發電機組的平均無故障工作時間，平均無故障工作時間MTBF應大于3200h。進一步分析表明電源車所采用的雙頻發電組的實際可靠性水平將高于計算值，即高于MTBF=3000h的目標值要求。

參考文獻

[1]楊學東，高森.某型電源車電機擴大機典型故障剖析及排除方法[J]. 移動電源與車輛. 2014（03）

[2]楊旭峰，楊維群，王燦.某電源車雙頻發電機組的可靠性評估[J]. 微電機. 2012（03）

[3]任劍波，李孝全，莊德慧.基于IFS綜合評判的電源車雙頻電機故障診斷[J]. 微特電機. 2010（02）

[4]蘇紅春，袁春，潘小兵，金釗，賈瑞正.某靜音型電源車通風系統設計與散熱分析[J]. 移動電源與車輛. 2014（02）