余錫斌

（海裝駐廣州地區(qū)第一軍事代表室,廣州510000）

1 故障情況

某型艦消磁電流控制設(shè)備電源變流裝置采用傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式電源變流裝置ZKK 系列電機擴大機，在等級修理報修故障時，艦方反映消磁電流控制設(shè)備開啟后YQ 繞組和ZF 繞組電機擴大機有異響，其輸出消磁電流處于過載狀態(tài)且不受控制。船廠修理人員經(jīng)現(xiàn)場靜態(tài)勘驗后，初步確認消磁系統(tǒng)工作不正常，需要進行維修。

2 原因分析

（1）消磁系統(tǒng)組成

鋼質(zhì)艦船被地球磁場磁化后具有磁性，形成磁場，容易被各種水中磁性武器所利用成為攻擊對象。為了提高艦艇生命力，一般會在艦艇內(nèi)部安裝消磁系統(tǒng)，以降低水中磁性武器的攻擊概率。目前艦艇上大量采用測地磁消艦磁的控制模式，即消磁電流控制信號來源于安裝在艦船桅桿上的三分量磁場探測器，測量艦船所在區(qū)域的地球磁場作為控制信號開展工作，因此消磁系統(tǒng)在功能上由磁場探測器、消磁電流控制設(shè)備、電源變流裝置和消磁繞組四部分組成：磁場探測器負責測量艦船所在地球磁場信號；消磁電流控制設(shè)備負責將獲取的地球磁場信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的控制信號送至電源變流裝置（電機擴大機）的控制繞組端，以控制電機擴大機輸出電流到消磁繞組，消磁繞組將消磁電流轉(zhuǎn)換為磁場。消磁系統(tǒng)功能框圖，如圖1 所示。

圖1 消磁系統(tǒng)功能框圖

（2）消磁電流控制設(shè)備與電機擴大機的接口原理

從圖1 可以看出：消磁電流控制設(shè)備連接電機擴大機，其電路末級輸出與電機擴大機控制繞組端相連，工作時向電機擴大機控制繞組端傳送直流電壓信號，電機擴大機利用其自身旋轉(zhuǎn)式二級放大功能，將弱小的電壓控制信號放大成較強的電功率輸出，起到功率放大作用，電機擴大機輸出負載端為艦艇消磁繞組。連接線路原理圖，如圖2 所示。

圖2 消磁電流控制設(shè)備與電機擴大機連接圖

（3）產(chǎn)生故障的原因

由于艦艇航行過程中姿態(tài)變化不大，磁場探測器所獲取的地磁場信號變化量不大，反映到消磁電流控制設(shè)備輸出的電壓控制信號變化也不大，這些因素造成電機擴大機控制繞組長期處于一種單方向的勵磁狀態(tài)，容易引起電機擴大機剩磁電壓偏于一邊或過大；如果在消磁系統(tǒng)運行過程中因為操作不當，在電機擴大機組沒有完全停轉(zhuǎn)的情況下即斷開消磁繞組，將使擴大機電樞電流出現(xiàn)較大變化。電樞繞組為閉合回路，電樞電流的變化將通過電磁感應(yīng)形式耦合到周邊回路，疊加自身剩磁電壓的影響，會造成在電機擴大機控制繞組端輸出反向的干擾交流電壓，當反向的干擾交流電壓超過控制設(shè)備末級輸出端的器件極限電壓，將反向擊穿這些與其相連的器件。

本艦返廠修理后，經(jīng)技術(shù)人員檢查，發(fā)現(xiàn)艦方反映的YQ 繞組和ZF 繞組對應(yīng)的消磁電流控制設(shè)備末級輸出三極管已燒壞，元器件處于短路狀態(tài)，如果對控制設(shè)備進行通電工作，消磁電流控制設(shè)備對應(yīng)輸出到控制繞組端的控制電壓將始終處于負載開路時的DC35V 飽和狀態(tài)，電機擴大機將會超額定飽和輸出造成異響，如果不及時關(guān)斷控制電壓信號，會造成電機擴大機長期處于過載狀態(tài)而損壞；檢查四臺電機擴大機組的工作狀況，發(fā)現(xiàn)電機擴大機剩磁電壓較大，其中有異響的YQ 繞組和ZF 繞組經(jīng)測量，控制繞組端剩磁電壓均大于AC15V，而正常工作的XQ 繞組和ZQ 繞組對應(yīng)電機擴大機控制繞組端剩磁電壓分別為AC7.1 V和AC7.8V；現(xiàn)場對消磁電流控制設(shè)備檢查時，根據(jù)設(shè)備分量插件的通用性、互換性原理，將正常工作的XQ繞組、ZQ 繞組控制分量插件轉(zhuǎn)換到控制YQ 繞組、ZF繞組的控制通道上，開關(guān)機存在前面同樣的電路元器件損壞現(xiàn)象；而將修復(fù)后的控制分量插件再次用于控制XQ 繞組、ZQ 繞組對應(yīng)電機擴大機時，兩組電機擴大機均正常工作，相應(yīng)消磁繞組回路輸出電流符合要求；由于重復(fù)出現(xiàn)這樣的故障現(xiàn)象將引起控制設(shè)備電路元器件的損壞，所以我們不再過多地進行故障問題復(fù)現(xiàn)，而從電路原理分析可以知道，從電機擴大機剩磁電壓的不同造成對消磁電流控制設(shè)備的影響，判定損壞消磁電流控制設(shè)備元器件的原因是電機擴大機剩磁過大所引起。

3 改進措施

從以上的分析可知，造成本次消磁電流控制設(shè)備電路板元件損壞的主要原因，是電機擴大機剩磁電壓偏于一邊且電壓過大。解決這一問題的措施：一是降低剩磁電壓，二是在電機擴大機控制繞組兩端并聯(lián)吸收電路，把剩磁電壓通過并聯(lián)電路進行釋放。

（1）電機擴大機在設(shè)計制造時，為了削弱由磁滯效應(yīng)引起的剩磁電壓對電機特性的影響，改善電機擴大機性能，通常在定子鐵心的軛部繞有交流去磁繞組來降低剩磁電壓。對于小功率的電機擴大機交流去磁供電電源，由同驅(qū)殼的異步電動機供給，用戶不需要外接電源；而對于大功率電機擴大機則在使用時由用戶自行接入，在擴大機的接線座上預(yù)留有QC-QC 標識的去磁繞組接線端頭。根據(jù)電機擴大機隨機文件，可以清楚了解到ZKK330 型電機擴大機的外接去磁電源，為AC10～11 V、1～2 A 的交流電；ZKK2000 型電機擴大機的外接去磁電源，為AC5～10 V、2.9～3.6 A的交流電。

（2）在使用過程中，發(fā)現(xiàn)剩磁電壓過大時人為進行消除，即在電機擴大機空載運行狀態(tài)下，在剩磁小的方向加上1～2 倍額定控制電流，然后斷開電動機電源，在轉(zhuǎn)速降低的同時再繼續(xù)增加控制電流到3～5 倍，直到電樞完全停止轉(zhuǎn)動約5～10 s 后，再減小控制電流至零。這樣反復(fù)進行數(shù)次，直至剩磁電壓符合要求；如果效果不理想或剩磁單邊嚴重，可在剩磁小的方向加上略大于額定的負載，然后斷開驅(qū)動電動機電源，在轉(zhuǎn)速及負載逐漸降低的同時逐漸增大控制電流至3～5倍，直到電樞完全停止轉(zhuǎn)動約10～15 s 后，再減小控制電流至零，這樣反復(fù)進行數(shù)次即可。

（3）對于使用過程因電機擴大機剩磁過大造成的反向干擾電壓影響，根據(jù)反向干擾電壓為交流電壓的特點，與消磁電流控制設(shè)備輸出的直流電壓信號存在較大的頻率差，可在電機擴大機的控制繞組兩端并聯(lián)一個RC 吸收回路，見圖3 所示；由于消磁電流控制設(shè)備輸出的電壓信號為一個慢變直流信號，電機擴大機剩磁過大造成的反向干擾電壓主要以工頻50 Hz 交流信號為主，我們利用電容的通交流、隔直流的原理，通過調(diào)整R、C 參數(shù)，剩磁過大造成的反向干擾電壓信號大部份可通過RC 電路進行消耗吸收。

圖3 控制繞組兩端并聯(lián)RC 電路圖

下面從理論上進行驗證，控制設(shè)備輸出與電機擴大機控制繞組在增加RC 電路前，等效電路如圖4 所示（RL 為控制繞組電阻，約1 kΩ）：

圖4 增加前等效電路

此時如有剩磁干擾V 干 ，其影響控制設(shè)備末級電路是直接的，影響程度可通過作用于控制設(shè)備輸出端電壓表示：

增加RC 電路后（見圖5），由于正向傳輸控制信號的最大工作頻率為，則增加的RC 回路阻抗主要體現(xiàn)為容抗：

若電容C 選用2.2μF，R 選取與電機擴大機控制繞組相近電阻910 Ω，并保證在正常運行狀態(tài)下控制電路輸出對C 的充電不超過其極限電流，則正常正向輸出控制信號時：說明RC 電路的接入對流向控制繞組電流影響可以忽略。

相對于消磁電流控制設(shè)備輸出的電壓信號頻率，電機擴大機剩磁反向干擾信號的頻率大，因而在剩磁干擾情況下，控制設(shè)備輸出端到電機擴大機控制繞組之間等效電路變?yōu)椋?/p>

圖5 增加后等效電路

增加的RC 回路阻抗主要體現(xiàn)為阻抗，此時剩磁反向干擾信號對控制設(shè)備末級的影響電壓可表示為：

增加RC 電路后，電機擴大機剩磁反向干擾信號的影響大為減少，降低了對控制設(shè)備未級輸出器件損壞的影響。

4 結(jié)論

維修后的電機擴大機裝艦后，結(jié)合在控制繞組兩端并聯(lián)RC 電路，消磁系統(tǒng)經(jīng)過多次的開機關(guān)機運行試驗，同時在控制繞組兩端進行電壓監(jiān)測，沒有發(fā)現(xiàn)大的反向干擾電壓信號，也未發(fā)生因關(guān)機過程損壞控制設(shè)備末級輸出元器件現(xiàn)象，說明對故障原因分析正確，電路改進措施合理可行。另外，現(xiàn)行消磁系統(tǒng)在實船安裝中，大功率電機擴大機沒有按生產(chǎn)廠的使用說明書要求，因外接交流去磁電源對于新交付的裝備來說，電機擴大機剩磁幾乎沒有，短時間內(nèi)對消磁電流控制設(shè)備影響很小，但隨著裝備使用頻次的提高，電機擴大機長時間運行，其剩磁將會逐漸累積。建議能提出明確要求，在電機擴大機的使用安裝時完善去磁電源電路的連接，盡量延緩電機擴大機剩磁的產(chǎn)生，以降低電機擴大機剩磁對消磁電流控制設(shè)備的影響，進一步提高消磁系統(tǒng)可靠性。