姚瑞成++张健

[摘 要]随着我国科学技术水平的不断提高，多绕组电励磁双凸极的发电机被广泛应用于各个不同的领域，也得到了高度的认同。相对的，各个行业对发电系统的可靠性、科学合理性的要求也就日益的增高。下面就通过对航空地面电源进行实验，研究其可靠性和可行性。我们将采用余度技术进行实际的模拟实验工作，首先制作模拟用的发电机，把四套高、低压电枢绕组分别安装在一台电励磁双凸极发电机定子上，一个多绕组电励磁双凸极的发电机就制作完成了。

[关键词]多绕组发电机；特性；电励磁双凸极

中图分类号：TM306 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）07-0112-01

引言

要提高电源系统功能性以及可靠性，就可以通过余度的技术手段来很好的实现。下面就详细介绍如何利用余度技术，在模拟的多绕组电励磁双凸极的发电机上进行模拟实验，并且对它的一些基本特性、可行性进行详细的分析和介绍，通过实验得出实验的结论，看多绕组電励磁双凸极的发电机的科学合理性，是否能满足航空地面电源的需求性。

一、多绕组电励磁双凸极发电机的基本结构和工作原理

实验首先要根据航空地面电源对电机的特种实际需求，然后结合双凸极电机结构简单的基本特性来进行。下面就将在制作好的多绕组电励磁双凸极发电机上进行实验。

在励磁绕组有同有电流的情况下，必须要保证磁通是随时沿磁阻最小路径闭合的状态，这种状态下电机内所形成的磁通就会经过定子轭部、定子齿部等位置，从而形成一个良好闭合的磁路。同时在外加机械将转子转动时，磁场就会顺同一个方向进行旋转，但是各个电枢绕组的磁链会随时因为受其他因素的影响而发生不同的变化，这时候绕组电感就会形成相应的感应电动势。如果在外接负载和绕组相连接的时候，电机发电就会向负载输送相应的电能。而如果负载或转速发生变化的时候，维持恒定电压输出的方式就可以通过有效的方式，控制并调节励磁绕组的电流大小来完成。试验中所模拟的多绕组电励磁双凸极发电机在工作运转的情况下，四套高、低压电枢绕组所输出的四路三相交流电，通过整流滤波后的方式直接将直流电输出。低压端所采用的是半桥整流，而高压端则采用全桥整流来设计。

二、多绕组电励磁双凸极发电机有限元分析

实验所使用的双凸极电机，其定子极和转子极都有非常显著的边缘效应，因为它的结构比较特殊是凸极结构，还有较高的局部饱和现象。电机的气隙磁场空间的分布是非常复杂的，运用传统的线性分析法可能没有办法得出其准确的电感特性、磁链特性。所以就需要利用有限元分析法，使用An soft软件，按实验实际所需要的原理样机的尺寸，制作一个多绕组电励磁双凸极电机的仿真模形，同时对电磁特性进行详细的计算。下图2所示的就是采用有限元分析法，从而得到空载时，不同转子位置角电机磁路的分布图，仿真过程中的定义转子是逆时针方向旋转的，定子齿的位置与转子齿的位置是完全正对的，为0°。从θ=0°到θ=15°为一个磁链变化周期。

三、实验验证

实验中所使用的多绕组电励磁双凸极的发电机的一些主要参数如下：定子外径327mm，定子内径211.8mm，转子外径210.8mm，转子内径76mm，定子轭高20.3mm，定子齿高度是37.3mm，转子轭高度设定为30.8mm，转子齿高度为36.6mm，定子极弧和转子极弧都是15°。

3.1 低压绕组实验

3.1.1 低压绕组空载特性实验。

以前面励磁电流仿真得出的结果作为根据，在进行低压绕组三相半桥的整流工作模式下的实际操作实验，下图1（a）是增磁工作模式，而1（b）则为去磁工作模式，这两种工作模式下 A相绕组的空载相电势波形。比较图1（a）与图1（b），可以清楚的看出电枢电流所产生的磁场去磁状态是发生在前半周的时候，到了后半周则是增磁的状态，但是由于受到磁路饱和的影响，前半周去磁电枢反应与后半周的增磁对感生电动势影响相对比较明显和突出。这就表明在增磁模式下，同样大小的励磁电流所产生的感生电动势比较大，而在去磁模式下，所产生的感生电动势就相对比较小。

3.1.2 低压绕组调压实验

在串联带载的状态下，两套绕组的整流输出电压都是负载两端电压，既带电容波形，详细如下图1（c），图1（d）所示。两个图对比可以看出，不同的两路电压的输出是基本相等的。这种情况就说明了，如果在负载所需要57V电压的时候，两路串联调节当中的一路电压输出28.5V的时候是可行。

3.2 高压绕组实验

3.2.1 高压绕组输出特性试验。

高压绕组试验（n=3600R/min）在励磁电流为If=5.6A 时，电机三相绕组连接不带电容的波形时，如下图2（a）那样，而下图2（b）则是两组高压绕组带电容的波形。通过对图2的分析可以得出，高压绕组整流所使用的方式是全桥方式，如果在发电机空载情况下，气隙中就只有励磁磁场，从而所需要的励磁电流就非常的小。而如果在负载情况下，电枢绕组中有电枢电流通过，电枢电流所产生的电枢磁势也就可以作用于气隙中，同时与励磁磁势一并产生气隙，进而形成磁场。

3.2.2 高压绕组突加、突卸载试验波形

如下图2（c）、（d）所示的为高压绕组整流桥输出突加载、突卸载的时候所输出的电压变化形成的波形。通过图可以得出以下结论，发电机的高压输出动态特性非常好，能很好的满足航空地面电源GJB572-88对突加、突卸负载的性能需求，比较适合用于动态性能要求比较高的新型航空地面的实际电源研制工作。

结语

要通过实验的方式，本着严谨的态度，反复的验证多绕组电励磁双凸极发电机的安全可靠性以及科学合理性，为新型航空地面电源的安全保驾护航，更好的体现其应用价值和经济价值。

参考文献

[1] 赵徐成，方利敏，苏晋.多绕组电励磁双凸极发电机特性分析[J].海军工程大学学报，2012，06：43-47+88.