航空交流发电机的主要故障问题与维修处理措施分析

肖华

（四川航空股份有限公司，四川成都 610000）

0.引言

对于飞机电气系统来说，若航空交流发电机存在故障，其飞机电气系统稳定运行也得不到把控，为此应综合航空交流发电机结构进行分析，准确找出航空交流发电机存在的故障问题，如电流过大、电流不稳定等，进而以合理的维修工作确保航空交流发电机恢复正常状态，满足电气系统稳定运行要求。

1.航空交流发电机概述

1.1 交流发电机基础结构

在发电机结构分析中，航空交流发电机动力源是电枢，其主要功能是在机械能与电能之间进行转换。其电枢是由电枢铁心与电枢绕组磁级构成；磁极在磁体上具有强烈的磁场，每个磁场之间可通过磁场以媒介，并以铁心与励磁绕组成[1]。

按转动元件的差异可分为转动磁极和转动衔铁2种类型。特别是转动极型：电机的电枢线圈设置在定子上，其磁极是转子，由2个滑环和一个电刷将电机的磁场输入电机的励磁线圈中。转电衔型：电枢线圈设在转子处，磁极作定子，由3个滑环和一个电刷将所生成的直流电流排出。根据其磁极的构造特征，可以分为：隐极式，隐级是指在大、高速蒸汽发电机中，均为隐极性，但其极形不够清晰；而凸极为，在飞机上，通常采用凸极结构，其磁极形状特别。

在整流理论和程序方面，对航空交流发电机来说，采用晶闸管作单向传导的整流型。是运用硅二极管进行单方导电，在导电中以整流器为基准，并依据三相桥式全波整流电路，将3个具有2个电极的负二极管引出线有关，在引出线连接三相绕组的首段后在同一时段，可将电位最低的一相绕组相联的负二极管进行多次循环。可以说，只与电势最弱的一相相连的负二极管多次周期地通过正向电流流动，6只二极管周期地使正向电流流动，使正向电流通过6只二极管使正向电流流动，使正向电流在负荷上流动，使正负极保持恒定，即完成交流作用。

1.2 航空交流发电机性能与特点

航空交流发电机会根据发动机的不同而产生变化，采用航空交流发电机与稳压器协同工作可利用调压点上的电压来调整发电机的励磁电流，保证发电机的输出电压在28V左右。该系统采用的电压调整方法非常简便、快速，可以很好地适应电力系统的需要。航空交流发电机与蓄电池并行，由于其具有较高的电压，它只能在极高的负荷下进行充电，只有在极高的负荷时，它会将电能提供给外部，确保了航空交流发电机持续电力供应。由于航空交流发电机技术已经比较成熟，在启动时，可产生较大的起动力矩，使发动机开始工作，一旦启动，就会使直流电动机处于产生状态，使用方便。由于受到换向情况的制约，直流电动机的最大输出功率为18kW，最大可达18000m，最大工作距离不能达到18000m，而且在运行过程中容易产生磨损，故障率较高，维修不便的情况[2]。

1.2.1 有刷式调速电动机的特点

随着液力传动技术的发展，交流发电机已是航空动力的主要动力，采用恒速传动、有刷同步发电机、机械电气控制保护装置等组成了一种新型的直流调速交流电力。例如，采用直流供电可以增加电力供应，降低电力网络的负荷。

1.2.2 三级型无刷型同步航空交流发电机的特点

20世纪50年代，飞机上已普遍采用了无刷同步航空交流发电机。该电动机由恒速恒频供电、B787型多电客机所用的变速变频器等组成。该电动机是从两段式的无刷型同步电动机发展而来，通过在励磁器的磁极处安装永久磁铁，使其具有充分的剩余磁场，达到自激励的目的。由于其结构较大、重量较大，已经逐步被三阶型无刷电动机所代替。

2.航空交流发电机的主要故障问题与维修处理

2.1 交流发电机故障模式判断以及维修办法

2.1.1 充电指示灯

首先，在航空交流发电机运行过程中，应针对发电机运行情况进行全面的分析，并依据充电指示灯具体状态作出合理的判断。应依据充电指示灯变化情况分析出发电机是否存在故障。若电源系统正常工作，在维持电气设备运作的基础时，应合理设置出监测与显示装置，并便于及时把握工作好坏。其次，在使用仪表显示时应以仪表显示与充电指示灯，并借助电压表或电流表针对发电机发出指示，在显示出蓄电池充电电压或电流大小时应借助充电指示灯进行监测。再其次，充电指示灯安装位置为驾驶室仪表盘处，它是一种自动报警器，在发电机工作的时候，如果发生了故障，或者是调整系统不稳定，指示灯会自动报警。但在利用仪表显示方式进行监控时，尽管其效果更为准确、真实，其直观和警惕性不高，必须随时注意电压计或电流表。与此相反，充电指示就比较容易了，在没有显示的情况下，电力供应没有任何问题，在电力供应出现问题的时候，指示器就会发光，并且更加直接，因此，充电指示灯转而代替了电流表[3]。

2.1.2 根据指示灯监测原理，划分设置标准

其一，运用磁场二极管输出电压的方式针对充电指示灯进行控制，这种设定方式是利用电源与电池的电压差异来控制充电指示器，比如斯太尔马达的电源指示器，它的控制方式就是基于它的输出电压；其二，利用中线电压来实现对电池的充电显示。在交流发电机的定子上，通常采用的是星型或 Y型，由于中间有一个中线，所以这个位置上的 DC输出电压就会跟着变化。该电流为发电机的全部输出功率的1/2，为此可利用有关线路或继电器来实现对充电的指示[4]。

2.2 航空交流发电机不充电与维修

在针对航空交流发电机不充电进行维修时，应明确认识到交流发电机故障问题，并以发动机中转运过程以电流表分析指示灯，在放电表明或未进行充电时，应分析其中存在的故障问题。其一为发电机不发电，在定子绕组发生短路、断路现象后可能与硅二极管短路、断路有关，其电刷可能在电刷架内卡住；其二当蓄电池与发电机存在连线脱节情况时应分析好调节器故障，并按照下述步骤明确故障原因，如查看发电机、蓄电池的连接线是否状态良好，若松动或脱节应立即进行调整，避免充电，取下发电机将接线设置为接铁。

2.3 航空交流发电机充电电流不稳定与维修

航空交流发电机充电电流不稳定的原因较多，其故障形成原因也大有不同，为此在具体的故障维修中，应依据实际故障情况找出适合的维修办法，具体操作如下。

2.3.1 充电电流不稳定形成原因分析

充电电流不稳主要有电流起伏大、充电电流过低、充电电流大等。这种变化范围太大，不仅是因为发电机自身的问题，还有其他的附属设备，比如电机的绕组松动、电刷磨损等。如果是电压大，则是由于调速器的问题，或是电力系统的电缆发生了错误的连接，再加上在不稳定的充电电压时很可能会造成较大的充电电压，从而影响到整体的工作稳定性。针对充电电流不足的问题：（1）因为在某些时段内，充电电流不稳，导致了电流值偏低。（2）由于发电机内部和连接处的杂质太多，产生了实际充电电流过小的问题。

2.3.2 充电电流不稳定维修对策分析

其一，电流稳定度不够造成这种情况的原因主要有2种，一种是内部因素是基于发电机自身的问题，另一种是电机和用电设备的接触不良，这种情况下，外部因素比较好解决，但内部因素的检测和分析比较困难，需要从外部进行，在进行外部维修时，维修人员应对胶带进行松紧调节，如果发现胶带太松，应更换新的胶带，以避免发生打滑现象。对发电机与有关电缆的连接情况进行分析，在强度不够时进行补强。当外部检修完毕后，通过检查装置上的发电机安培计对其进行了电流稳定的分析，如果在排除了外因后，电流仍然不够稳定，就可以判断出是内部原因，在内部检修前应与航空器生产长期联系，并在相应的指导下完成发电机拆解维修工作[5]。

其二，电流大的故障有2个方面：一是电压稳定差，二是稳压器问题。如果是电流稳定度不够，则采用前面所述的解决办法：调整装置，检查与修理办法是：如拆卸发电机与调整装置上的两根连接线，悬挂在空中，并采用“+”“F”等连接，并在以后的维护过程中，通过直接将2根电线连接到相应的电路上，使各电路得到发挥作用。

其三，针对电流过小进行维修，电流偏低是由于整体电源的稳定程度下降，在一定时期内全系统的总流量偏低，以及与之相连的线路之间的连接能力不够，导致系统运行质量受到影响。该问题的解决办法是，先改善其带电的稳态才能保证全系统的稳定，随后针对皮带松紧度、发电机自身质量等进行分析，应明确问题为接触问题还是调节器问题再进行针对性维修。最后，确保维修达到应有规定标准，完成对各个接线桩的和线缆衔接强度的研究，并在调整调节器时保障充电电流正常。

3.航空交流发电机使用注意事项分析

其一，将蓄电池与发电机的正极端子与负极端子相连接，不得反向，若连接错误，则会烧毁发电机或调整装置的电气部件；其二，发电机和蓄电池必须牢固地连接在一起，如果突然切断电源，将会引起电流的急剧上升，从而使发电机或稳压器的电气部件受到损伤；其三，在航空交流发电机运行过程中不得采用检查点火方式检查发电机的功率，以免造成二极管损坏；其四，若发现航空交流发电机或调速器有故障，马上进行检查，以解决问题，以免造成更大的问题或因蓄电池失电而造成非正常运行；其五，航空交流发电机电压水平应与调节阀的电压水平一致，而航空交流发电机的搭铁式和稳压器的搭铁式是一样的，并且调节阀时应避免输出电流较低的现象发生；其六，电线的接线一定要准确，不同型号的调节器在不同的地方所需线路安装并不相同，为此在配线时应格外注意；其七，调整装置必须由点火开关进行控制，当航空交流发电机停机时，要切断点火开关，以免发电机的磁回路始终处于开启的位置，不但会烧毁磁铁，还会发生蓄电池漏电现象；其八，在发现航空交流发电机或调整器出现问题时，应切断发动机和所有用电设备，将电池的负极线和电线连接拆除再进行处理。

4.航空交流发电机新技术突破概述

目前，我国航空工业电源二级技术已经认准了大功率变频交流电源系统的应用前景。大功率变频交流发电机不仅性能更稳定、更有助于飞机长时间航行，而且，它结构简单、体积小、重量轻、效率高，便于维修，经济效益更高。十几年前，大功率变频交流电源系统还是个“新鲜事儿”，可供参考的资料有限，在我国不断研究的过程中，以调压、总结、再调压、再总结、结合对未来飞机功能的构想，我国科研人员构想了变频发电系统的原型，又为这个发电机增加了一项新功能—自带油冷系统。通过采用嵌入式油箱，将冷却系统中的众多部件集中起来，实现了油冷系统与发电机结构的一体化，形成了可独立工作的循环冷却系统。同时，设置了多处敏感冷却工作的传感器，实现了实时监控。

这个航空交流发电机控制器还有一项创新，结合了科学技术的数字调压和完全隔离的结构。随着电机功率越来越大，转速范围越来越宽，把对电机的控制做好是一个关键点。数字调压是将调压方式从硬件改为软件，可控性越来越容易把握。其大功率变频交流自带冷却系统发电机，是航空工业电源自主实现的一次技术突破，不仅提前实现了技术积累，而且成为国内这类发电机相关技术标准的制订者，是促进我国航空未来发展稳定的一步。

5.结语

航空交流发电机产生的故障问题较多，在针对其进行维修时，维修人员应合理分析故障所发生的根本原因准确找出解决故障的处理办法，维持航空发电机运行的稳定性与安全性。在依据新技术进行研究后可以看出，我国航空发电机技术发展前景良好，在努力解决以往存在的故障问题后应合理引入新技术，促进我国航空事业可持续发展。