郭海芹　王慶華　龔星元

摘 要： 本文對(duì)機(jī)功能及組成進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)對(duì)3kW背負(fù)式數(shù)碼發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)方法及試驗(yàn)驗(yàn)證作出了分析。

關(guān)鍵詞： 數(shù)碼發(fā)電機(jī)組；逆變控制器；背架；設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)軍事裝備的不斷發(fā)展，對(duì)小型裝備的要求越來(lái)越高，其中，小型電源裝備作為現(xiàn)代化裝備系統(tǒng)的一部分，不可或缺。近年來(lái)，數(shù)碼發(fā)電機(jī)組由于重量輕、體積小、效率高等優(yōu)點(diǎn)在民用市場(chǎng)已被廣泛應(yīng)用，在對(duì)體積、重量以及電性能要求比較高的軍用裝備中的應(yīng)用也在逐年增加。3kW背負(fù)式數(shù)碼發(fā)電機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱“數(shù)碼發(fā)電機(jī)機(jī)組”）作為某武器系統(tǒng)配套裝備，是一個(gè)典型應(yīng)用案例。

1 機(jī)組主要功能及組成

數(shù)碼發(fā)電機(jī)組根據(jù)部隊(duì)作戰(zhàn)需要，主要運(yùn)用于野營(yíng)條件下用電設(shè)備的供電，并滿足單兵背負(fù)要求。機(jī)組主要由數(shù)碼發(fā)電機(jī)和機(jī)組背架組成。

2 機(jī)組類型選擇

若實(shí)現(xiàn)單兵背負(fù)，機(jī)組最大重量不應(yīng)超過(guò)40kg。若按傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)，其主要采用1500r/min或3000r/min發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一個(gè)工頻發(fā)電機(jī)進(jìn)行工作，直接輸出對(duì)應(yīng)要求工頻電源，由于傳統(tǒng)無(wú)刷勵(lì)磁發(fā)電機(jī)須有交流勵(lì)磁機(jī)和發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組，并且發(fā)電機(jī)為外置式，很難將發(fā)電機(jī)的體積、重量做小，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)而言就很難做到輕量化、便攜化。傳統(tǒng)3kW發(fā)電機(jī)組重量一般為70kg左右，很難實(shí)現(xiàn)單兵背負(fù)要求。

背負(fù)式發(fā)電機(jī)組采用數(shù)碼型發(fā)電機(jī)組，將交流發(fā)電機(jī)直接與發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合，取消發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪，與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組相比，數(shù)碼發(fā)電機(jī)組在尺寸和重量上減小至少50%，可以真正做到輕量化要求。

3 數(shù)碼發(fā)電機(jī)原理

數(shù)碼發(fā)電機(jī)組利用發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)雙凸極中頻發(fā)電機(jī)發(fā)電，經(jīng)整流后通過(guò)逆變控制器對(duì)輸出電壓進(jìn)行控制，將發(fā)電機(jī)輸出的三相中頻非正弦交流電通過(guò)“交-直-交”轉(zhuǎn)換成工頻50Hz、230V的交流電源。其輸出交流電壓波形失真小，精度高，工作頻率幾乎不受負(fù)載影響。數(shù)碼發(fā)電機(jī)工作原理框圖如圖1。

4 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)輕量化目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)單兵背負(fù)式機(jī)組，3kW背負(fù)式數(shù)碼發(fā)電機(jī)組采用KOHLER CH270汽油機(jī)，其重量17.5kg，為同類型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的1/2。發(fā)電機(jī)為嵌入式數(shù)碼發(fā)電機(jī)，體積和重量可以進(jìn)一步減小。數(shù)碼發(fā)電機(jī)組總重量為34kg，為同功率段重量較輕，可以滿足單兵背負(fù)要求。其機(jī)組和發(fā)電機(jī)主要結(jié)構(gòu)外形圖如2、圖3。

4.1 逆變控制器設(shè)計(jì)

逆變控制器作為數(shù)碼發(fā)電機(jī)控制的核心，主要將發(fā)電機(jī)輸出的電能整流濾波后得到的直流電重新變換成頻率和電壓比較穩(wěn)定、受負(fù)載影響小的功率交流電。其控制電源設(shè)計(jì)的好壞很大程度上決定了供電系統(tǒng)輸出電壓的質(zhì)量。方案中將逆變控制器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)風(fēng)端并加裝進(jìn)風(fēng)導(dǎo)風(fēng)罩，以利于逆變控制的散熱，適應(yīng)高溫工作環(huán)境，經(jīng)高溫50℃試驗(yàn)驗(yàn)證，機(jī)組高溫工作正常。

4.2 機(jī)組背架

根據(jù)單兵背負(fù)要求，數(shù)碼發(fā)電機(jī)組配有符合人機(jī)工程的機(jī)組背架，不僅采用雙肩背帶，還設(shè)置了腰部支撐，使承重受力更加合理，在肩部支點(diǎn)處理上，用柔軟的通氣材料隆起，使背后形成一個(gè)安部，從而良好地解決了通風(fēng)性。機(jī)組背架后方設(shè)置發(fā)電機(jī)組的固定托架以及緊固器，以便機(jī)組的固定牢固。機(jī)組背架外形圖如圖4。

5 數(shù)碼發(fā)電機(jī)組與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組對(duì)比

數(shù)碼發(fā)電機(jī)組與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

a）體積小、重量輕

數(shù)碼發(fā)電機(jī)采用外轉(zhuǎn)子凸極的結(jié)構(gòu)形式，將發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)融為一體，取消了發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪，減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，另外，省去傳統(tǒng)機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)和調(diào)壓系統(tǒng)，進(jìn)一步降低了機(jī)組重量；數(shù)碼發(fā)電機(jī)永磁體設(shè)計(jì)成瓦形片，粘貼固定在轉(zhuǎn)子外殼的內(nèi)表面上，轉(zhuǎn)子軛圈可以克服永磁體的離心力，省去了常規(guī)內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁電機(jī)所必須的轉(zhuǎn)子加固措施，提高了電機(jī)的高速運(yùn)行能力；定子鐵心右冷扎硅鋼沖片疊加而成，集中繞組結(jié)構(gòu)相比普通發(fā)電機(jī)的分布繞組結(jié)構(gòu)不僅體積大為減小，而且電樞繞組端部比較短，用銅量比普通電機(jī)少。因此，數(shù)碼發(fā)電機(jī)組的體積和重量均大幅降低。

b）輸出電壓波形品質(zhì)好

發(fā)電機(jī)輸出電壓、頻率是經(jīng)逆變控制器整流輸出，其電壓和頻率波形受負(fù)載變化影響小，其電氣性能指標(biāo)可以滿足GJB235A-1997中Ⅲ類電站指標(biāo)要求，甚至達(dá)到GJB235A-1997中Ⅱ類指標(biāo)的要求，是傳統(tǒng)小型發(fā)電機(jī)組無(wú)法達(dá)到的。3kW背負(fù)式數(shù)碼發(fā)電機(jī)組經(jīng)過(guò)了技術(shù)指標(biāo)測(cè)試、功能驗(yàn)證等，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

6 結(jié)束語(yǔ)

3kW背負(fù)式數(shù)碼發(fā)電機(jī)組目前已完成設(shè)計(jì)鑒定，從鑒定試驗(yàn)和部隊(duì)試用情況看，數(shù)碼發(fā)電機(jī)組工作穩(wěn)定、背負(fù)可靠，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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