長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)通信車(chē)野外供電主要由安裝于車(chē)內(nèi)的小功率交流工頻柴油發(fā)電機(jī)組來(lái)提供，在駐車(chē)或條件許可時(shí)則優(yōu)先利用市電。由于發(fā)電機(jī)組可靠性偏低，通常采用兩臺(tái)機(jī)組“用一備一”的冷備份方式，造成占用車(chē)內(nèi)空間大、車(chē)輛易超重等問(wèn)題，影響了車(chē)輛越野機(jī)動(dòng)性能。另外，由于發(fā)電機(jī)組的原動(dòng)機(jī)為單缸風(fēng)冷柴油機(jī)，整個(gè)機(jī)組設(shè)計(jì)為開(kāi)架式結(jié)構(gòu)，振動(dòng)和噪聲都比較大，發(fā)熱量高，無(wú)法在車(chē)內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，通常做法是在駐車(chē)時(shí)將發(fā)電機(jī)組取下來(lái)，抬到遠(yuǎn)離車(chē)輛幾十米的地方進(jìn)行發(fā)電，制約了通信車(chē)“運(yùn)動(dòng)中通信”和“運(yùn)動(dòng)中指揮控制”的保障能力。

基于上述問(wèn)題，“十一五”期間我國(guó)研制并裝備使用了基于水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的第一代靜音型柴油發(fā)電機(jī)組，整體設(shè)計(jì)為相對(duì)封閉的箱式結(jié)構(gòu)，噪聲和振動(dòng)較低、發(fā)熱量較小，可在通信車(chē)上長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，較好地解決了車(chē)輛運(yùn)動(dòng)中使用的難題，但與國(guó)外先進(jìn)水平相比還有一定的差距，急需進(jìn)行提升改進(jìn)，以更好地滿足實(shí)際使用要求。

全水冷超靜音柴油發(fā)電機(jī)組研制過(guò)程中涉及的關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)分析

　　我國(guó)第一代靜音發(fā)電機(jī)組產(chǎn)品噪聲指標(biāo)實(shí)際控制在１ｍ處不超過(guò)７３ｄＢ（Ａ），第二代全水冷超靜音柴油發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)目標(biāo)為１ｍ處不超過(guò)７０ｄＢ（Ａ），接近甚至達(dá)到了Ｆｉｓｃｈｅｒ　Ｐａｎｄａ公司設(shè)計(jì)水平。在該型機(jī)組研制過(guò)程中須解決以下幾個(gè)方面的主要問(wèn)題：

（１） 總體方案及維護(hù)設(shè)計(jì)；

（２） 發(fā)動(dòng)機(jī)合理選型；

（３） 發(fā)電機(jī)合理設(shè)計(jì)；

（４） 電能的穩(wěn)定輸出；

（５） 降噪與散熱的綜合控制；

（６） 電磁兼容設(shè)計(jì)。

1、　總體方案設(shè)計(jì)

柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作，由交流變換器將發(fā)電機(jī)輸出的中頻電能轉(zhuǎn)換為工頻電能后向外供電；通過(guò)增壓器對(duì)柴油機(jī)進(jìn)氣進(jìn)行增壓，提高柴油機(jī)在高海拔時(shí)輸出功率；通過(guò)隔聲罩、消聲器等措施進(jìn)行降低處理；通過(guò)循環(huán)冷卻液將柴油機(jī)、消聲器、交流變換器、發(fā)電機(jī)熱量帶到散熱器對(duì)機(jī)組進(jìn)行散熱。機(jī)組總體方案原理框圖如圖３所示。

 

圖３　全水冷超靜音柴油發(fā)電機(jī)組總體方案原理框圖

發(fā)電機(jī)組主要由水冷柴油機(jī)、水冷永磁中頻發(fā)電機(jī)、水冷交流變換器、水冷消聲器、電動(dòng)增壓器、散熱器、隔聲罩、油箱等部分組成。機(jī)組外形結(jié)構(gòu)示意如圖４所示。

圖４　全水冷超靜音柴油發(fā)電機(jī)組外形結(jié)構(gòu)示意圖

2、　柴油機(jī)合理選型

發(fā)動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)組的核心部件，在選型過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注體積、重量、功率（特別是連續(xù)功率）、可靠性、噪聲等指標(biāo)，盡量能夠自帶增壓器。從目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上來(lái)看，美國(guó)康明斯（Cummins）B\C\N\K系列是不錯(cuò)的選擇。

3、　發(fā)電機(jī)合理設(shè)計(jì)

英國(guó)斯坦福自勵(lì)磁無(wú)刷電機(jī)由于永磁發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、可靠性高、效率高、無(wú)無(wú)線電干擾等優(yōu)點(diǎn)，方案設(shè)計(jì)采用三相水冷永磁中頻同步發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)為內(nèi)轉(zhuǎn)子式和外轉(zhuǎn)子式兩種，由于內(nèi)轉(zhuǎn)子式水冷發(fā)電機(jī)加工和裝配簡(jiǎn)單，外轉(zhuǎn)子式水道布局及裝配相對(duì)復(fù)雜，因此方案選用內(nèi)轉(zhuǎn)子式發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)。

內(nèi)轉(zhuǎn)子式結(jié)構(gòu)為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子組合在定子組合內(nèi)部，定子外部壓裝電機(jī)殼體，發(fā)電機(jī)殼體內(nèi)開(kāi)有水道槽，發(fā)電機(jī)通過(guò)殼體內(nèi)流動(dòng)的冷卻液對(duì)其散熱，發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖５所示。

圖５　內(nèi)轉(zhuǎn)子式水冷發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

4、　靜音發(fā)電機(jī)組電能的穩(wěn)定輸出

永磁發(fā)電機(jī)額定輸出為４００Ｖ／４００Ｈｚ中頻中壓電能且自身無(wú)法調(diào)節(jié)勵(lì)磁，而通信車(chē)需要穩(wěn)定的２２０Ｖ／５０Ｈｚ工頻電能。因此，需通過(guò)交流變換器（核心是逆變器）進(jìn)行電能變換，滿足穩(wěn)壓穩(wěn)頻輸出要求，同時(shí)不增加永磁發(fā)電機(jī)自身的體積與重量。交流變換器需在國(guó)軍標(biāo)規(guī)定的５５℃高溫環(huán)境下工作，加上設(shè)備自身溫升，封裝在隔聲罩內(nèi)的變換器需承受高達(dá)上百度 的環(huán)境溫度，因此，必須優(yōu)選性能優(yōu)異的軍用元器件，并做好耐環(huán)境設(shè)計(jì)和散熱設(shè)計(jì)，否則無(wú)法滿足機(jī)組可靠性指標(biāo)要求。

 

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