吳言鳳，王宗亮，孫 碩

（海軍潛艇學(xué)院，山東青島 266199）

某艦船主推電機勵磁電流不可調(diào)故障及維修

吳言鳳，王宗亮，孫 碩

（海軍潛艇學(xué)院，山東青島 266199）

針對某型艦船的主推進電機后電樞勵磁電流不可調(diào)整的故障問題，在理論上分析造成故障的原因，并在此基礎(chǔ)上通過逐步排查和檢測，確定了故障原因，精確定位了故障點，及時排除了故障，為此類故障檢修和排除積累了維修經(jīng)驗。

艦船 主推電機 勵磁電流 維修

0 引言

艦船電氣故障的種類繁多，且往往不可預(yù)料。常用的分析和排除電氣故障的方法有傳統(tǒng)的故障診斷法(經(jīng)驗診斷法)及各種現(xiàn)代故障診斷方法。作為一般管理和使用人員來講接觸比較多還是經(jīng)驗診斷法[1]。

直流主推電機作為某些特種艦船的關(guān)鍵裝備，屬于動力核心，其可靠運行對艦船整體技術(shù)狀態(tài)的發(fā)揮和功能實現(xiàn)具有重要意義[2]。為保證可靠性和更好的調(diào)速性能，這些艦船的直流主推電機通常采用雙電樞結(jié)構(gòu)[3]，兩個電樞可以并聯(lián)、串聯(lián)工作，也可以單獨工作。針對某艦船訓(xùn)練時發(fā)生的主推電機后電樞勵磁電流不可調(diào)整的故障案例，從故障所在的設(shè)備和故障現(xiàn)象入手，系統(tǒng)全面的對故障原因進行分析診斷，科學(xué)性、條理性闡述故障的搶修過程，最后總結(jié)此類典型故障的經(jīng)驗，以幫助使用管理和維修保障人員，在遇到此類故障時，避免排查的盲目性，爭取維修的時效性，提高維修的綜合能力。

1 主推電機勵磁電流調(diào)整電路

主推進電機有兩個勵磁調(diào)節(jié)器，分別為主用和備用勵磁調(diào)節(jié)器，兩個調(diào)節(jié)器原理相同。勵磁電流調(diào)整電路是勵磁調(diào)節(jié)器的一部分電路。

圖1為某艦船主推電機的簡化的勵磁電流調(diào)整電路。

勵磁電源分別經(jīng)過濾波后送到前后樞斬波器電路，在觸發(fā)電路的控制下，形成脈寬可調(diào)的方波電壓，再經(jīng)過滅磁開關(guān)加到推進電機前、后電樞勵磁繞組上，產(chǎn)生可調(diào)勵磁電流以調(diào)節(jié)推進電機的轉(zhuǎn)速。勵磁電流的調(diào)節(jié)范圍正常為0～60 A。

斬波器電路為主電路，調(diào)節(jié)和觸發(fā)電路為控制電路。

2 故障現(xiàn)象和原因排查

2.1 故障現(xiàn)象

某艦船在海上執(zhí)行訓(xùn)練任務(wù)時，一日凌晨兩點鐘水上航行過程中，突然出現(xiàn)推進電機后電樞勵磁電流不可調(diào)，最大值上升至75 A（正常情況下為60 A左右），而此時前電樞勵磁電流正常。

圖1 勵磁電流調(diào)整電路

2.2 原因排查

根據(jù)圖1所示的勵磁調(diào)整電路簡圖，主勵磁調(diào)節(jié)器工作時，前電樞勵磁電流正常，而后電樞勵磁電流不可調(diào)，并且其電流值超過正常最大值。最大的可能性是主勵磁調(diào)節(jié)器后電樞斬波電路或者相應(yīng)的控制電路故障。

主勵磁調(diào)節(jié)器后電樞斬波電路如圖 2所示。圖中，V1和V2為逆導(dǎo)晶閘管，V1通過負載電流，是主要功率元件，稱為主逆導(dǎo)晶閘管，V2為換流逆導(dǎo)晶閘管，L4和 C4分別為換流電感和換流電容，LSM2為主推電機后樞勵磁繞組。

圖2 勵磁調(diào)節(jié)器后電樞斬波電路

推進電機勵磁電流調(diào)節(jié)電路工作時，主電路先上電，控制電路后上電。當主電路上電時，換流電容C4通過與V2相并聯(lián)的反向二極管充電，充好電的電容C4兩端電壓左正右負。當V1得到觸發(fā)脈沖后立即導(dǎo)通，勵磁電源便加到勵磁繞組兩端。經(jīng)過一定的時間t后，V2得到觸發(fā)脈沖后也立即導(dǎo)通，此時原先已充好電的電容C4（左正右負）經(jīng)V2、V1、L4放電，然后再反向充電。在C4反向充電（右正左負）期間，主逆導(dǎo)晶閘管V1因被施加反向電壓而關(guān)斷。C4恢復(fù)原先充電狀態(tài)，而勵磁繞組因電流不能突變則經(jīng)續(xù)流二極管V3續(xù)流，至此一個斬波周期完成。待 V1接到下一個觸發(fā)脈沖后，又一個斬波周期開始，如此反復(fù)工作。

由以上分析可見：

1）V1導(dǎo)通時，勵磁繞組獲得勵磁電流；V1截止時，勵磁電流經(jīng)續(xù)流二極管續(xù)流。在一個周期內(nèi)，V1導(dǎo)通時間越長，則勵磁電流就越大。如果在一個周期內(nèi)V1全導(dǎo)通不截止，則勵磁電流將超過其最大值（60 A）。

2）V1導(dǎo)通時間取決于V1和 V2觸發(fā)脈沖的間隔時間t，所以改變t即可調(diào)節(jié)勵磁電流大小。

3）當斬波電路正常工作時，換流電容C4和換流電感L4上存在交變電壓，以保證斬波電路正常工作。

結(jié)合斬波電路工作原理可知，勵磁電流超過其最大值（60 A）主要原因是V1全導(dǎo)通不截止所至。導(dǎo)致V1全導(dǎo)通的可能原因是：

1）V1得到觸發(fā)脈沖導(dǎo)通后，V2沒有得到觸發(fā)脈沖，V2不能導(dǎo)通，使換流電容 C4不能放電和反向充電，V1不能截止。這主要是勵磁電流調(diào)節(jié)控制電路（調(diào)節(jié)器電路或觸發(fā)電路）有故障。

2）滅磁開關(guān)閉合時，勵磁電流調(diào)節(jié)控制電路未能保證勵磁電流調(diào)節(jié)主電路先上電，控制電路后上電，致使換流電容C4未能充滿到電源電壓。這主要是勵磁電流調(diào)節(jié)控制電路不正常，可能是接通控制電源的繼電器電路有故障。

3）與V2相并聯(lián)的反向二極管損壞，致使電容C4充電過程太慢或不能充電。

4）換流電容C4和換流電感L4中有一個損壞，致使斬波電路不能正常工作。

5）主逆導(dǎo)可控硅V1擊穿全導(dǎo)通，不可控。

3 搶修過程

檢修勵磁電流調(diào)節(jié)電路內(nèi)部故障時，要使勵磁電流調(diào)節(jié)電路斷電和對內(nèi)部電容放電，為此：

1)斷開滅磁開關(guān)，使勵磁電流調(diào)節(jié)電路不帶電；

2)將數(shù)字電壓表放置在正確的量程，分別測量前后電樞的相應(yīng)端子間是否存在高電壓。如果存在數(shù)伏以上電壓，則采用放電電阻器將相應(yīng)端子短接放電；如果量不出電壓值，則應(yīng)考慮有可能是快速熔斷器熔斷，在熔斷器另一側(cè)仍可能存在高電壓，因此應(yīng)在快速熔斷器另一側(cè)緊固螺栓上進行放電操作。

3）針對V1全導(dǎo)通五個方面的原因，處理方法如下：

（1）當V2觸發(fā)脈沖不能按時發(fā)出時，按下列方法檢查調(diào)節(jié)器電路板和觸發(fā)電路板，確定其輸出波形是否正常，必要時更換該電路板。

用數(shù)字萬用表直流電壓檔測量觸發(fā)及故障轉(zhuǎn)換電路板上的測試孔（見圖3）TP5和TP6分別對TP2的電壓值，若在–0.7～+10.3 V內(nèi)暫定為正常，記作“0”；否則為不正常，記作“×”。如果有“×”，則故障發(fā)生在調(diào)節(jié)器電路板上。

上述測量正常時，再用數(shù)字萬用表直流電壓檔測量TP11對TP7和TP9，TP12對TP8和TP10之間的電壓值。這些電壓若在0.3～0.6V內(nèi)為正常，記作“0”；否則為不正常，記作“×”。上列四個電壓值中只要有一個“×”，則故障發(fā)生在觸發(fā)器電路板。

根據(jù)上述測量結(jié)果，可按表1判斷可能發(fā)生故障的部位。

圖3 控制電路面板測量孔位置

表1 故障部位判斷表

再斷開、接通交流控制電源一次，觀察觸發(fā)及故障轉(zhuǎn)換電路板左半邊中部（見圖4）的四只發(fā)光二極管，在合上交流電源約6 s后都應(yīng)閃亮，發(fā)光二極管不閃亮則表明故障轉(zhuǎn)換電路有故障。

圖4 故障轉(zhuǎn)換電路輸出顯示板

（2）如果勵磁電流調(diào)整電路控制電路未能保證勵磁電流調(diào)整電路主電路先上電，控制電路后上電，則應(yīng)檢查勵磁電流調(diào)整電路的控制電路中控制電源繼電器電路是否存在故障。

（3）如果與換流逆導(dǎo)晶閘管V2相并聯(lián)的反向充電二極管損壞，直接更換該二極管即可。

（4）換流電容C4或換流電感L4損壞，直接更換該部件即可。

（5）主逆導(dǎo)晶閘管V1是否擊穿可用下列方法檢測：用數(shù)字萬用表二極管檔檢查后樞主逆導(dǎo)晶閘管電路：紅表筆置于陰極，黑表筆置于控制極，萬用表的讀數(shù)為200～400之間；改用數(shù)字萬用表電阻檔中等量程，同時將紅、黑表筆交換測量，若能看到電阻值由小到大，最后達幾百千歐以上為正常。若看不到電阻由小到大的過程，再交換紅、黑表筆測量兩次；如仍看不到此過程，則主電路中主逆導(dǎo)晶閘管RC吸收電路的電容器或電阻器有故障或主逆導(dǎo)晶閘管擊穿。

按照上述方法逐步經(jīng)過測試和檢測，發(fā)現(xiàn)本例故障是主逆導(dǎo)晶閘管V1因擊穿而造成的后電樞勵磁電流不可調(diào)整，更換了主逆導(dǎo)晶閘管V1之后，后電樞的勵磁電流可以正常調(diào)節(jié)。

4 經(jīng)驗總結(jié)

針對某艦船主推電機發(fā)生的后電樞勵磁電流不可調(diào)整的故障，通過對勵磁電流調(diào)節(jié)電路的分析，總結(jié)了各種故障原因，并通過測試和檢測，精確定位了故障點，確定了故障原因，及時排除了設(shè)備存在的安全風(fēng)險隱患。

某型艦船有主用和備用兩臺勵磁電流調(diào)節(jié)器，每臺勵磁調(diào)節(jié)器均有前電樞斬波電路和后電樞斬波電路。四個斬波電路中使用的元器件相同，發(fā)生的故障也有共性，可以舉一反三。當發(fā)生勵磁電流不可調(diào)時，按上述分析和處理方法基本上能排除故障。

[1] 苑仁民, 劉洋. 船舶電氣設(shè)備常見故障實例分析.船電技術(shù), 2015, 35(4): 78-80.

[2] 刁愛民, 李海濤. 某船主推進電機偶發(fā)艏、艉樞電流異常偏差問題分析及修理. 中國修船, 2016, 29(1): 21-24.

[3] 宋義超等. 潛艇推進電機技術(shù)特點與發(fā)展分析. 船舶工程, 2013, 35(3): 55-58.

The Excitation Current Fault and Maintenance of A Main Propulsion Motor

Wu Yanfeng, Wang Zongliang, Sun Shuo
（Naval Submarine College, Qingdao 266199, Shandong, China）

In order to eliminate the excitation current fault of back armature of marine main propulsion motor, the cause of the fault is analyzed in theory. Based on the comprehensive analysis and inspection, the cause is determined, the fault is pinpointed accuracy, and the fault is excluded finally, which accumulates repair experience for this kind of fault.

ship; main propulsion motor; excitation current; repair

U672

A

1003-4862（2017）02-0045-03

2016-10-09

吳言鳳（1974-），女，博士，講師。研究方向：艦船電力電子和低壓電器。

E-mail:15066792976@163.com