基于轉速表傳感器的某裝備無源供電裝置研究

劉重發，陳遠江，張 濤，康辰龍，張 磊，張永鋒

基于轉速表傳感器的某裝備無源供電裝置研究

劉重發，陳遠江，張 濤，康辰龍，張 磊，張永鋒

（陸軍工程大學軍械士官學校，武漢 430075）

某裝備設置有啟動電動機啟動和高壓空氣啟動兩種方式，發動機啟動后帶動硅整流發電機工作。硅整流發電機勵磁由調壓器控制，以保持輸出電壓的穩定。在沒有蓄電池、外接電源或硅整流發電機無剩磁時，用高壓空氣或者其它方式啟動發動機，硅整流發電機由于沒有勵磁而不發電。該裝備發動機轉速表傳感器為三相永磁同步發電機，由發動機傳動，只要發動機工作就能發電。實驗證明，轉速表傳感器具備給硅整流發電機提供初始勵磁的能力。設計一種裝置，只要能啟動發動機，均由轉速表傳感器給硅整流發電機提供初始勵磁，使硅整流發電機在任何情況下都能正常供電。

硅整流發電機 轉速表傳感器 無源供電

0 引言

某裝備設置有電啟動和氣啟動兩種啟動方式。電啟動使用啟動電動機，與普通車船相同；氣啟動采用高壓空氣，依次給處于做功沖程的氣缸注入高壓空氣，推動活塞運動，從而啟動發動機。發動機工作時帶動硅整流發電機，硅整流發電機由可控硅調壓器控制勵磁回路，從而保持輸出電壓的穩定。在沒有蓄電池或外接電源時啟動發動機，硅整流發電機因勵磁回路不通而不能發電。當硅整流發電機轉子繞組沒有剩磁時，即使有蓄電池或外接電源，但硅整流發電機三相繞組沒有剩磁電壓而不能提供勵磁，硅整流發電機不能發電。

發動機轉速表由傳感器和指示器組成，傳感器為三相同步永磁發電機，由發動機傳動。轉速表傳感器將發動機轉速轉換成對應頻率的三相交流電傳到指示器。指示器內三相同步電動機將相應頻率的交流電還原成轉速，通過電磁耦合器將轉速變成轉矩，控制指針指示相應轉速值。因此，只要發動機運轉，轉速表傳感器就能發電。

所以，無論有沒有蓄電池、外接電源或剩磁，只要能啟動發動機，在硅整流發電機建立電壓前，由轉速表傳感器為硅整流發電機提供初始勵磁，硅整流發電機建立電壓后自己提供勵磁，這樣就能讓硅整流發電機在任何情況下都能發電，保障裝備戰斗性能，即為無源供電。

1 基本原理

1.1 三相同步發電機

圖1為旋轉磁場式三相同步發電機的原理圖。三相繞組AX、BY、CZ在空間上彼此相差120°電角度，每相繞組的匝數相等。當動力拖動轉子以恒定轉速n順時針旋轉時，轉子磁極磁力線將依次切割三相定子繞組的導體，或者說三相定子繞組的導體依次做切割磁力線的運動，由電磁感應定律可知，三相定子繞組導體中將感應出交變的電動勢。選擇合適的極面形狀和勵磁繞組的分布情況，可使主磁級磁場的氣隙磁場沿圓周按正弦規律分布，這樣每相繞組的感應電動勢A、B及C也隨時間按正弦規律變化，且頻率相同、幅值相等。電動勢的正方向選定為自繞組的末端指向始端。

由圖1可見，當S極的軸線順時針轉到A處時，A相的電動勢達到正的幅值；再經過120°后S極軸線轉到B處，B相的電動勢達到正的幅值；再經過120°后，C相的電動勢達到正的幅值，周而復始。所以A比B在相位上超前120°，B比C在相位上超前120°，C比A在相位上超前120°。如以A相為參考，則可得出：

三相電動勢A、B、C用正弦波形表示如圖2所示。

圖2 三相電動勢的正弦波

1.2 硅整流發電機

硅整流發電機是機內裝有半導體整流器的三相交流同步發電機。三相交流同步發電機產生的是三相交流電，通過整流器而輸出直流電，如圖3所示。

硅整流發電機與可控硅調壓器原理見圖4所示。硅整流發電機定子繞組為三相繞組，轉子繞組為勵磁繞組，三相繞組的交流電由調壓器內半可控橋式整流電路整流后供應勵磁繞組。如果沒有蓄電池或外接電源，半可控橋式整流電路不通，硅整流發電機無勵磁不發電。若有蓄電池或外接電源，但轉子無剩磁或剩磁很弱，定子三相繞組無剩磁電壓或剩磁電壓低于半可控橋式整流電路的導通閾值，硅整流發電機無勵磁不發電。

試驗證明，硅整流發電機只要能發出高于6 V的電壓，就能自勵建立電壓，進入正常發電狀態。硅整流發電機發出的6 V電壓所需的勵磁電壓和電流如表1所示。從表1得出，隨著發動機轉速升高，硅整流發電機所需勵磁電壓和電流均下降。

1.3 轉速表傳感器

發動機轉速表傳感器為三相同步永磁發電機，由發動機傳動，只要發動機運轉，轉速表傳感器就能發電。轉速表傳感器在不同轉速時的負載能力見表2所示，從表2可以看出，轉速越高，轉速表傳感器負載能力越強。

圖3 硅整流發電機

表1 硅整流發電機發出6 V電壓所需的勵磁電壓和電流

表2 轉速表傳感器負載能力表

圖4 系統框圖

綜合表1和表2可以看出，轉速表傳感器的負載能力，明顯高于硅整流發電機發出的6 V電壓所需的勵磁電壓和電流。

2 系統設計

2.1 系統框圖

系統框圖如圖4所示，左側虛線框為無源供電裝置，中間為硅整流發電機，右側為可控硅調壓器，虛線框上邊有用電裝具和蓄電池組，下邊有轉速表傳感器和指示器。無源供電裝置主要由線路切換電路、整流穩壓電路和勵磁控制電路組成。線路切換電路在硅整流發電機電壓低于6 V時，將轉速表傳感器線路切換到整流穩壓電路；硅整流發電機電壓高于6 V時，將轉速表傳感器線路切換到轉速表指示器。整流穩壓電路將轉速表傳感器發出的交流電整流穩壓后送到勵磁控制電路。勵磁控制電路在硅整流發電機電壓低于6 V時，由轉速表傳感器提供勵磁；硅整流發電機電壓高于6 V低于24 V時，由硅整流發電機自勵發電；硅整流發電機電壓高于24 V時，切斷自勵電路，由可控硅調壓器控制勵磁，發電機進入正常發電狀態。

2.2 工作流程

系統工作流程如圖5所示，啟動發動機后，發動機帶動轉速表傳感器和硅整流發電機轉動。在硅整流發電機電壓低于6 V時，由轉速表傳感器提供勵磁，硅整流發電機開始建立電壓。當硅整流發電機輸出電壓大于6 V小于24 V時，由硅整流發電機自勵發電，同時將轉速表傳感器供電電路切換至轉速表指示器。當硅整流發電機輸出電壓大于24 V時，由調壓器控制勵磁，同時切斷自勵電路，硅整流發電機進入正常工作狀態。如果硅整流發電機工作不正常，系統重新開始。

3 結語

基于轉速表傳感器的某裝備無源供電裝置，其關鍵是利用轉速表傳感器為三相同步永磁發電機這個特點，讓轉速表傳感器給硅整流發電機提供初始勵磁。任何情況下只要能啟動發動機，硅整流發電機都能正常發電。實驗證明，安裝無源供電裝置的裝備，在換季保養和平時訓練時，可以不安裝蓄電池，節省大量的人力物力。特別是戰時，當蓄電池戰損或故障時，無源供電裝置能保證硅整流發電機正常供電，保持裝備戰斗力，具有很強的戰斗意義。

圖5 控制流程

[1] 張德寶等. 利用空氣啟動系統的無蓄電池供電裝置設計[J]. 移動電源與車輛, 2004.

[2] 劉重發等. 基于非蓄電池啟動的履帶式車輛無源供電裝置研究[J]. 船電技術, 2014.

[3] 劉重發. 自行火炮底盤電氣設備[M]. 武漢軍械士官學校, 2012.

Research on Passive Power Supply Device of Certain Equipment Based on Tachometer Sensor

Liu Zhongfa, Chen Yuanjiang, Zhang Tao, Kang Chenlong, Zhang Lei, Zhang Yongfeng

(Ordnance NCO academy, Army Engineering University, Wuhan 430075, China )

TM31

A

1003-4862（2019）03-0033-04

2018-07-13

劉重發（1973-）男，漢族，副教授，研究方向：自行火炮維修。E-mail: hblchf@139.com