坦克裝甲車無刷硅整流發電機的研制
耿榮茂 (北京長辛店88352部隊)
1電機總體設計方案及其特點
1．1總體設計方案及其特點
根據研制合同書要求，在不改變原6kW發電機外徑尺寸、安裝和其它要求的前提下，把輸出容量提高到10kw。為達此目的，確定了挖掘發電機內部可利用的空間潛力，加長發電機電樞鐵心長度，研制成交流同步發電機與整流器分置的總體設計方案，使新研制的10kw發電機可直接安裝幾種裝甲車輛以及它們的改進型坦克上。
10kw交流同步發電機結構如圖1所示。
整流器部分的結構如圖2所示。
10kw發電機電氣線路圖如圖3所示。
從圖3可以看出，該發電機由主發電機、勵磁機、旋轉整流器和整流器四部分組成。主發電機為三相同步發電機。勵磁機的轉子為電樞，電樞所產生的電勢經旋轉整流以后供
主發電機勵磁。電機中的勵磁機電樞、旋轉整流器與發電機的轉子同軸旋轉。發電機工作
原理圖如圖4所示。
該發電機有三個特點，第一是電機中沒有電刷和滑環。第二是轉子采用雙爪極結構。第三是整流器采用模塊式整流器件。  1．2試驗結果
發電機經過初樣機和正樣機研制以后，按技術條件進行了發電機臺架試驗，性能全面達到了設計要求。其中壽命試驗在進行500h試驗后，絕緣電阻值仍為400～450MΩ。為了考核該電機達到的水平，按美國軍用標準壽命試驗1000h的要求，又加做了500h試驗。試驗后電機性能參數沒有改變，絕緣電阻仍為400MΩ。充分顯示了無刷電機高可靠性特點。
1991年2月該電機在發動機臺架上進行了350h的試驗考核，接著又進行了裝車試驗，并按GJB298—87要求進行了電氣系統試驗，試驗結果表明，穩態電壓、瞬態電壓等性能達到了標準規定的要求。
10kW無刷硅整流發電機研制成功，對提高坦克裝甲車輛供電能力起到了重要的作用，填補了軍用車輛發電機容量系列的空擋。由于該發電機采用無刷勵磁和雙爪極結構，大大提高了電機的可靠性、可維修性及耐久性，在國內軍用車輛電機中屬首創，在國內居****地位，達到了國際80年代同類產品水平。
2關鍵技術及其推廣應用
2．1關鍵技術
2．1．1高性能無刷勵磁技術
根據該電機使用環境(100℃、有油污等)和技術要求而研制的旋轉整流結構和勵磁機。在時間常數、短路比等方面保證了該電機在性能上達到了美標MIL一STDl275—1986的動態特性(尖峰、浪涌電壓)和穩定電壓要求。電機壽命試驗指標為1000h，達到美標MIL一G一62061B一1988的水平(國內為500h)。填補了我國沒有無刷坦克發電機的空白。該無刷勵磁技術在車輛用發電機上有重要的推廣價值。
2．1．2雙爪極轉子結構
為解決發電機外形尺寸小而又要輸出功率大的矛盾，在國內首次研制出雙爪極轉子結構，不僅克服了外形尺寸給設計造成的困難，而且加強了轉子強度，改善了磁路分布。為長徑比大、高轉速、需減小軸電流對軸承電腐蝕的同步電機設計提供了新技術。
2．1．3模塊式整流器件
模塊式整流器件是專為安裝空間小、要求散熱效果好的整流器而研制的，對低壓大電流整流器有重要推廣價值。
2．2無刷技術以及該電機的推廣應用
10kw無刷硅整流發電機所采用的無刷勵磁技術和雙爪極轉子結構。可承受高轉速(試驗中按8000r／min考核)、高溫工作環境(按100考核)和狹窄工作空間等惡劣的工作條件。與國內民品無刷電機比較，有獨到之處。在電機性能方面，由于實現了無刷，避免了有刷電機因電刷接觸不良和電刷粉末造成的故障，提高了電機運行的可靠性。該電機的雙爪極轉子結構，為高轉速、長徑比大、磁軛尺寸小的電機設計找到了新的解決辦法。
3軍用車輛無刷發電機的優點以及坦克裝甲車輛發電機發展趨扭
3．1無刷發電機的優點
軍用車輛無刷發電機與有刷發電機比較，無刷電機體現了體積小、重量輕、效率高、電壓波形好、電磁干擾小、可靠性高等優點。這里特別應當指出的是電磁干擾問題，隨著軍用車輛技術的發展，大量采用高性能、高電子化、高靈敏度的用電設備，對電源的供電質量要求越來越高。由于有刷勵磁電壓波形突變太大，形成的電磁干擾難以消除。而無刷電機妥善地解決了這一難題。另外，由于無刷電機定、轉子之間沒有電的接觸，從根本上消除廠電火花產生的輻射干擾和傳導干擾．
3．2坦克裝甲車輛發電機的發展趨勢
由于坦克裝甲車輛發電機裝在發動機上。C作空間狹窄．散熱極為困難，伴隨有油污和高溫(國外定為125℃)工作環境。另外，振功、沖擊標準要求也很高。因此。在軍用車輛發電機中，尤其以坦克發電機的研制難度為****。
我國現有的裝甲車輛大量采用的是直流發電機和硅整漉發電機兩種類型。冷卻方式均為風冷，容量等級為1．5、3、4．5、6kw共4個等級，發電機外徑均為178mm。新研制并己得到應用的10kw無刷硅整流發電機，在保持外徑尺寸和冷卻方式不變的前提下，容量提高到10kw．并采用廠無刷技術和雙爪根轉子結構，綻其在壽命等主要性能指標方面達到了國外80年代水平。與國內水平比較，無疑是有了一個長足的發展，特別在標志車輛發電機水平的勵磁方式方面是個很大的進步。然而與國外先進水平相比，尚有較大的差距。當今國外坦克發電機幾種具有代表性的產品有：
德國豹Ⅱ式坦克為20kw油冷發電機(西門子公司生產)。
美國M1坦克和以色列梅卡瓦坦克的油冷式18．2kw發電機(型號3089s一3)。
英國盧卡斯公司生產的噴油冷卻式20kW發電機。
國外坦克發電機最主要的特點，一是均為無刷勵磁硅整流方式，二是冷卻方式均為油冷。坦克發電機之所以采用無刷硅整流方式，具有它獨特的優點。當前國外發電機冷卻方式都是借助發動機本體機油冷卻系統，把發電機做成一個全密封式結構。這樣就克服了坦克發電機所在的外界各種不良工作條件，然而實現這種結構方式除了有研制發電機自身的難度外，更為重要的是，實現發電機油冷又需要在坦克發動機設計乃至車體底盤設計中，必須通盤考慮創造條件才能實現。這是提高我囤坦克裝甲車輛發電機水平，向世界覺進水平發展不可回避的必然條件。筆者認為解決這些難題，既實現發電機的無刷勵磁，又解決機油冷卻方式，是我國坦克裝甲車輛發展的必然趨勢。 |
