機場拖車交直流雙輸出供電靜音電源設計研究

張慶勝

（濟源職業技術學院電氣系，河南濟源，459000）

0 引言

機場地面電源通常包括兩種，一種是固定的電源，可將工頻電流轉化為115/200V的交流電源或者28V的直流電源，工作效率較高，但是因為不可移動導致適用范圍有限；另一種是地面移動電源車，體積小、可移動是其一大特點，也支持交流電源與直流電源輸出。可以為地面飛機供電，也可為飛機維修廠和試飛場的實驗供電等，使用靈活性高，因此，在目前的市場上是必不可少的產品。但能同時輸出400赫茲、115/200伏特的交流電和28伏特的直流電的雙輸出供電電源較為少見。因此，為了提升機場電源的功能性，設計了交直流雙輸出的靜音拖車式電源[1]。

1 機場拖車式交直流雙輸出電源設計要求

1.1 交直流雙輸出電源參數要求

電源的設計包括多方面的技術參數，對輸出電壓、輸出功率、機組功率和噪音等都有詳細的規定，文章設計的機場拖車式電源的各種技術指標如表1所示。

表1 交直流雙輸出供電靜音電源技術參數

頻率 HZ 400機組功率 kW 112額定轉速 r/min 1500額定電壓 V AC200/115功率因數 - 0.8（滯后）1路直流輸出，輸出功率 kW 23直流輸出電壓 V DC28 2路交流輸出，輸出功率 kW 112 1米處空載噪音 dB（A） 80

1.2 交直流雙輸出電源性能指標要求

機場拖車式電源體積不能過大，最小轉彎直徑要小于14米，離地面的距離要大于250毫米，為保證機場道路安全，行駛速度不能超過25千米每小時；在排放指標上，CO的排放量在3.5g/kW·h，顆粒物的排放量約為0.2g/kW·h；在電壓的輸出上可能會有一定幅度的變化，直流穩態電壓偏差要大于-15%，交流穩態電壓偏差在正負百分之一之間，當電壓發生不穩定情況使，要在2秒之內盡快恢復，以保證正常供電[2]。

2 交直流雙輸出機場拖車靜音電源設計方案

2.1 電源總體設計原理

機場拖車交直流雙輸出電源系統原理，如圖1所示。電源的總體設計主要分為靜音電源部分和拖車部分。圖中可以看到電源的發電機組和柴油機均通過減震裝置安裝在機場拖車的底盤，國三發動機使用柴油帶動發電機組運轉生產電力，交流發電機經交流斷路器輸出兩路交流電源，是400赫茲的三相電，在變壓整流過程，輸出一路直流電源，經直流斷路器傳輸到負載設備上，這類負載主要是地面的飛機，電力通常被使用于飛機的停場準備和地面維修保養過程，另一路輸出的是交流電源，拖車可移動到其他場地，使用交流電源為飛機維修廠、生產制造廠以及試飛場等電器設備提供電源[3]。

圖1 機場拖車交直流雙輸出靜音電源系統原理

2.2 電源結構設計

（1）電源設備組成

發動機選擇康明斯公司生產的QSB6.7-G4，即我們常說的國三排放發動機，發電機選擇康富公司生產的KF-W4.D-112-32P（無刷勵磁發電機），拖車選擇我國煙臺愛科機械設備有限公司定制的TA6000型號轉向拖車。電源的整體由電源和拖車兩部分組裝而成。可將承載柴油機與發電機的底盤與機場拖車的底架當做一個整體進行設計。靜音電源是機場拖車電源的重要組成部分，電源系統的硬件包括柴油發動機、發電機、交直流整流系統、消音系統、自動控制系統以及輸出系統等，拖車作為電源的載體，結構相對簡單，包括拖車底盤、輪胎、保險杠和駐車制動系統等。電源的外形總體結構上要包含排煙口、加水口、牽引桿、叉車槽、檢修門等組成部分。

（2）發動機與發電機聯結設計

作為整體進行設計的機場拖車靜音電源，將發動機的飛輪殼和發電機端蓋止口定位，通過螺栓固定為一體，再將柴油發動機和發電機安裝在同一減震器上，固定到機場拖車的底盤上。二者之間的驅動方式為柴油發動機通過彈性盤片聯軸器與發電機連接，發動機消耗柴油為發電機提供動力，使發電機轉子進行旋轉發電。這種聯結方式使得機械定位簡單、準確、牢固，不需要進行手動調整，聯結緊密使得機組振動幅度小，產生的噪音就較小[4]。

（3）拖車底盤設計

機場拖車電源底盤的各零部件均需固定起來，采用4毫米到10毫米之間厚度的鋼板經折彎焊接固定成型。電源的重量較大，因此拖車底盤要有超強的載荷能力，底盤的大梁、隔板、端板和一些小的輔助組件均采用焊接工藝，以增強拖車整體的強度和剛性，拖車框架越簡單實用越好，便于電源器件的安裝與維修，在建造拖車底盤前要根據設計圖紙，預留出每一個安裝孔，以安裝電源箱體、各種開關以及消聲器等眾多組成部分。底盤兩側留出專用電纜槽，以防電線纏繞造成安全隱患，線纜槽采用斜面式設計，便于布線，線槽端口要光滑，以防磨損電纜線外部膠皮。與汽車類似，拖車底盤的外側要設計反光板，保障拖車在夜間的安全行駛。底盤的底部設計兩個安置燃油箱的托盤，分別位于底部的左右兩邊。合理的設計可增強拖車的承載力，增加長時間行駛的安全性[5]。

（4）拖車整體設計

拖車總成包括車軸、牽引桿、輪胎等，是實現拖車進行承載和行駛的主要構成。機場拖車選擇扭力軸獨立懸掛裝置，轉向角度最大可達40度，可保證在移動過程中牽引桿和車軸不會因轉向角度大造成磨損或者斷裂，在保證拖車靈活性的前提下增加了機場拖車底盤的穩定性，獨立懸掛裝置使得機場拖車各部分之間沒有金屬摩擦與碰撞，且左右車輪互不影響，提升了整體的減震性。為保證機場拖車的行駛安全，采用六邊形橡膠懸掛系統，六邊形橡膠懸掛裝置傳統的鋼板彈簧懸掛系統相比，更利于緩解震動，保持拖車的平穩。另外，為節約拖車箱體空間，實現空間最大化利用，可將整流柜安置到發電機上方，交流電輸出柜與直流電輸出柜分別嵌在機場拖車的兩側，燃油箱懸掛在拖車底部進行固定[6]。

3 交直流電源保護與控制方案

3.1 電源雙路輸出控制及保護方案

發電機組將頻率為400赫茲、大小為115/200伏特的雙電壓中頻交流電源輸出一路交流電源，給需要交流電的機場設備供電；另外一路通過變壓整流器將400HZ、115/200V的中頻交流電源整流為28.5V左右的直流電源，輸出給工作在直流電模式下的機場設備。此機場拖車電源控制系統選用頻率為400HZ的機場定制控制模塊，該模塊具備交直流電流和電壓的保護功能以及直流電流和電壓的測量功能。經變壓整流器輸出的直流電壓即為此系統控制模塊整體的直流電壓，可霍爾電流傳感器來測量系統控制模塊的直流電流。為了提升控制模塊的智能性和安全性，機場拖車電源系統完善了非正常狀態下時的跳閘和報警等功能。

3.2 電源交流多脈波整流技術控制方案

機場拖車電源系統中變壓整流器采用經天津瑞卡特航空設備有限公司生產的BZ-5整流器。變壓整流器主要應用在以交流電為主要電源的大中型的飛機上，其作用是將400HZ、115/200V的交流電轉化為低壓的直流電，其中變壓的作用是將交流電降低，整流的作用是將交流電轉化為直流電。BZ-5整流器采用的是多脈波整流技術，噪音在85分貝以下，包括三相變壓器和整流模塊等，三相變壓器主要分為鐵芯與繞組兩大部分，由鐵芯和三個原邊繞組和三個副邊繞組構成。BZ-5整流器選用的是SD 50×80×200非標鐵芯。三相變壓器有很多輔助結構，例如括保護裝置、冷卻裝置以及測溫裝置等。整流橋是整流部分用到的重要元器件，由12個單臂整流橋模塊構成，用在變壓結構后，作用是將減小后的交流低電壓轉化成直流電，之后將輸出的電流通過低壓大電容和放電電阻進行直流側濾波過程，此過程的目的在于過濾掉整流后的交流電成分，BZ-5整流器的交流多脈波整流技術，使機場拖車靜音電源的供電品質大大提高[7]。

4 結語

機場拖車靜音電源的適用范圍較廣，為提升其電源輸出功能，文章設計了交直流雙輸出的機場拖車電源，主要為地面飛機在進行檢測和維修等地面工作時提供交流電源和直流電源。該機場拖車電源采用箱體式結構，體積小巧靈活，便于移動。經設計與實驗得到，該拖車電源的移動速度最高可達每小時25千米，且靜音效果良好，排放量達標，是一種環保經濟型的電源，最主要的是該電源可同時輸出28伏的直流電源和頻率為400赫茲、大小為115/200伏的雙電壓交流電源，以滿足機場設備對交直流電源的多種需求。