电源车双频发电机组的可靠性分析

徐延培　王飞飞　邓云

摘 要：电源车是一种发电设备，双频发电机组的可靠工作是电源车供电的重要保障。本文在简要介绍双频发电机组的结构及使用工况的基础上，对该双频发电机组的可靠性进行了分析计算，旨在提高发电机组工作的可靠性及延长使用寿命。

关键词：电源车；双频发电机组；可靠性

1 双频发电机组的结构和使用工况

双频发电机组是电源车的主要设备之一，其主要任务是当柴油机驱动时产生三相 5OHz、400V、功率为25kW的交流电和三相400Hz、230V、功率为25kW的交流电。也可用市电驱动电机，产生三相400Hz、230V、功率为25kW的交流电。

1.1 双频发电机组的结构

电源车主要由柴油机、双频发电机、控制配电机柜、自动控制箱及辅助设备等组成，双频发电机组的可靠工作是电源车供电的重要保障。双频发电机组的定子为单枢结构，即工频、中频这两种频率的绕组共用一个定子铁芯。在定子铁芯的槽内有一套工频主绕组，另有一套中频主绕组，还有与两种频率相应的三次谐波励磁绕组。这四套绕组在电路上是独立的。主绕组的联接方式为三相四线制，谐波励磁绕组的联接方式则为单相。双频发电机组的转子为磁极。转子对工频为隐极式，对中频为凸极式。在转子铁芯槽内有工频励磁绕组及中频励磁绕组。转子铁芯由导磁良好的低碳钢片迭压而成，转子齿近气隙处及槽底有阻尼笼。双频发电机组两种频率的电源均具有双自动电压调节设备，而且，它们是并联工作的，如套损坏，另一套仍可继续保障工作 。

1.2 双频发电机组的使用工况

双频发电机组的使用工况可分两种：一种是柴油机驱动，另一种是与柴油机脱开、市电供电。当柴油机驱动时，双频发电机组可同时发出两种频率的三相电源，而且两种电源为并列的，任一回路有故障，另一回路仍能正常发电。

当双频发电机组与柴油机脱开、市电供电的时候，50Hz电机作同步电动机运行，驱动400Hz发电机，向负载提供400Hz中频电源，此为串联可靠性模型，不管50Hz电机和400Hz电机哪个部位发生故障，均不能实现该工况供电。

2 双频发电机组的可靠性分析与计算

2.1 可靠性模型

通过对比双频发电机组的使用工况可知，双频发电工况时两个机组并联连接 ，单枢变频工况时两个机组串联连接，所以计算双频发电机组的失效率时只需按照单枢变频工况计算即可，称其为串联模型。由串联模型可知，双频发电机组的故障率λ为50Hz电机分系统和400Hz电机分系统故障率λi之和，即λ：∑λi。其中，λ表示设备在单位时间内故障的次数，单位用“次/h”表示。那么，当设备工作寿命服从指数分布时，双频发电机组的平均无故障工作时间M TB F = 1/λ。其中，MTBF表示设备平均每次检修后，可以无故障的连续运行的时间，单位用“h”表示。

2.2 可靠性分析与计算

参照厂家提供的资料和移动电站通用技术条件及军用交流移动电站通用规范，根据电子设备可靠性预计手册对上述模型的各单元失效率按地面平稳移动条件（GM 1 ） 进行分析计算，过程如下：

（1） 电机部分

电子设备可靠性预计手册和美国 MIL.HDBK-217均规定一般发电机的使用寿命不少于20000 h， 平均无故障工作时间不少于 8000h，因此将电机失效率记为125×10-6次/h。

（2）50Hz和400Hz电机用AVR

50Hz采用两只电压调节器TST2-GT，400Hz电机采用两只电压调节器TST2-ZT，由于这些电压调节器均采用TST2系列，所以一起分析如下 ：

电机用AVR是一块印刷电路板，包括三相整流桥堆、集成电路元件、三极管、电阻、电容和焊点等。根据电子设备可靠性预计手册查表计算如下 ：

为简化起见，并出于可靠性考虑，实际计算中认为NPN硅三极管的失效率为1.0×10-6次/h。

第三，整流桥堆。整流桥堆是由6个二极管组成，可参考NPN硅三极管的失效率，实际计算中认为整流桥堆的失效率为5.0×10次/h。

第四，其他电子元件和焊点。按照同样的方法，根据电子设备可靠性预计手册查表计算，可以得到电阻和电容等元件及焊点的失效率。

（3）50Hz和400Hz电机励磁系统

三次谐波励磁系统包括三次谐波励磁绕组、可控硅和线性电抗器，三次谐波励磁绕组的失效率在电机计算时已经考虑，在此不再重新计算。另外，由于电子设备可靠性预计手册没有直接给出可控硅和线性电抗器的失效率，可参考变压器失效率的计算公式λp= λb（ πE ×πQ ×πk） 进行计算。计算出可控硅和线性电抗器的失效率均为2.5×10-6次/h。

（4）可靠性指标计算

知道了双频发电机组各零部件的失效率，按照双频发电机组的串联可靠性模型即可进行双频发电机组的平均无故障工作时间 MTBF的计算 。

3 结束语

综上所述，在简要介绍该电源车所采用的双频发电机组的基础上，对其发电机组的可靠性进行了分析计算，计算出该发电机组的平均无故障工作时间，平均无故障工作时间MTBF应大于3200h。進一步分析表明电源车所采用的双频发电组的实际可靠性水平将高于计算值，即高于MTBF=3000h的目标值要求。

参考文献

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