航空起动发电机试验台的设计及应用

刘育

作者简介：刘育（1982-），男，汉族，广州民航职业技术学院，实验师，硕士，飞机维修专业。

摘要：论文从高职院校的实训教学建设的角度，论述航空起动发电机试验台的设计及应用研究。论文从航空起动发电机试验台的设计基本原则、功能要求、构造要求和性能指标等多个方面对试验台的设计方案进行了论述。

关键词：起动发电机；试验台；设计；应用

中图分类号：F5文献标志码：A文章编号：2095-9214（2016）11-0174-02

一、概述

航空发动机的起动方式主要有两种，一种采用气源起动，另一种采用电机起动。现代民航飞机大多数采用气源起动的方式来起动发动机；而早期的航空发动机或现代小型航空发动机的起动方式，则通常采用电机起动的方式。起动电机一般担负两个任务：起动发动机和发电。航空起动发电机试验台以起动发电机为对象，通过测量相关的参数来了解起动发电机的工作原理。该试验台可以测试规定型号的起动发电机的工作性能，能满足实训教学的需要。

二、设计方案

该试验台以QF-6起动/发电机和ZF-3A发电机作为试验对象，能够模拟演示起动机的起动过程和发电机的发电过程，通过典型输出参数的变化显示来展现其工作过程，从而通过工作过程演示和参数测量分析来完成发电机和起动机的性能测试。

（一）设计基本原则

该起动发电机试验台的设计原则是：1.在功能上能够完成两类部件QF-6起动/发电机和ZF-3A发电机的功能演示；2.在实训教学方面，能允许学生对试验台的部件进行拆装、分解、检测训练，能学习到这两类部件的工作过程和性能特点。为实现起动和发电演示功能，在试验台结构内部安装的电器系统设计方面，需采用三相异步电机、变频调速器、传感器、数据显示系统等，以便完成这两种部件的功能演示任务。试验台控制过程原理如图1所示。

图1试验台控制过程原理图

（二）功能要求

该起动发电机试验台应具备以下三大功能：1.模拟起动发动机的工作过程；2.完成起动机和发电机性能测试；3.允许学生在实训教学过程中拆装部件并进行相应的检测。

（三）构造要求

该起动发电机试验台主要包括电机工作台和控制柜两大部分。1.电机工作台由驱动电机、增速箱、发电机、控制箱、电压调节器、负载电机（起动机或发电机）、转速调节器等部件组成，是该实验台的工作主体。电机工作台的传动连接通过联轴器来完成。当驱动电机启动后，电机带动发电机工作，在发电状态输出28V直流电，通过电压调节器稳定电压，再驱动待检测的QF-6或ZF-3部件。待检测的QF-6或ZF-3部件安装在可拆卸的台架上，以方便学生进行实操训练。2.控制柜由一系列操作按钮、指示仪表、指示灯等部件组成。控制柜的主要作用是提供运行及停止控制、ZF-3A和QF-6部件开关选择、发电及启动开关选择等功能实现，以及交流电动机调速、激磁电流显示、发电输出电压和启动扭矩输出等参数的显示。控制面板上安装有显示起动/发电及工作状态的四个参数显示数码管。起动发电机试验台的电器系统主要由以下部件组成：1.电源，采用220V交流电，为系统供电。2.驱动电机，为三相异步电机，采用变频调速，用于提供发电机的动力。3.变速箱，根据QF-6部件发电的需要将驱动电机转速输出调节到预定值。4.联轴器，用于连接电机与增速箱。5.发电机，用于提供演示需要的电能，由QF-6部件承担。6.电压调节器，使发电机输出稳定的电压。7.电流表、电压表、转速表、转速传感器等参数采集及显示部件。8.可调负载，用于调节待测电机转速。9.配电箱，用于集线和分线。10.控制面板，用于控制电源通断、选择待测部件等开关控制。

该试验台应具备过流保护、防插错保护和急停保护等功能，以保护被测设备不受损坏。起动发电机试验台外观设计效果如图2所示。

图2起动发电机试验台外观设计效果图

（四）技术指标要求

该试验台需满足以下技术指标要求：1.QF-6部件发电功能演示的技术指标。2.QF-6部件起动功能演示的技术指标。3.ZF-3A部件功能演示的技术指标。

1.QF-6部件发电功能演示的技术指标

起动发电机QF-6的发电性能演示是通过发电机输出的电能，驱动待检测的QF-6或ZF-3部件，转速传感器捕捉变速箱的输出转速，由计算机数据处理后驱动仪表显示。以下对应的动态指标分别为QF-6部件的空载特性和调节特性，转速选定为5500RPM、6500RPM和8500RPM三种状态。QF-6起动发电机的发电状态空载特性参考数据如表1所示，发电状态的外特性/调节特性参考数据如表2所示。

2.QF-6部件的起动功能演示技术指标

QF-6部件起动性能演示是通电后演示启动功能，并显示扭矩、转速、电流和电压等参数。

（1）工作电压。工作电压为直流电压，该电压应为起动发电机输入端的电压，其数值不大于30VDC。（3）力矩。力矩由程序控制后显示，力矩不大于50N·m，转速不小于1350r/min。（3）转速。根据实测数值来显示。（4）消耗电流。电流的测试范围是不大于300A。

3.ZF-3A部件的功能演示技术指标

发电机ZF-3A作为负载，由28V直流电驱动运转，通过仪表显示对应的电流、电压等动态参数指标。主要测试信号有：（1）输出电压。输出电压为直流电压，其数值为28.5±0.5VDC（系统控制点电压）。（2）负载电流。负载电流不大于300A。（3）激磁电流。激磁电流应不大于20A。发电机ZF-3A的发电状态参考数据如表3所示。

三、结论

对于高职院校而言，实训设备的设计及应用应着眼于具体的需求，根据实际情况来确定方案。实训设备要在有限的经费条件下达到预先设定的各项要求，就要有所取舍，根据所要实现的教学目标来定好方案，不能盲目追求高大上。另一方面，在进行方案设计时，要充分考虑方案的可行性，全面调动手头拥有的资源、创造条件来实现目标。在实训设备的研制过程中，应根据实际情况灵活变通，在满足性能的条件下对设计方案不断完善，最终做出满意的设备。

（作者单位：广州民航职业技术学院）

参考文献：

[1]刘荣林，崔伟荣.航空直流起动发电机起动过程分析[J].中国民航学院学报，2003（6）.

[2]戴卫力，王慧贞，严仰光，胡钢.航空起动/发电系统的发展趋势与研究现状[J].航空科学技术，2010（5）.

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

【Author】Liu Yu；Guangzhou Civil Aviation College.