裝甲車輛發電機故障模擬診斷平臺研究與設計

李光升，黃捷音，謝永成，魏 寧

（1.裝甲兵工程學院控制工程系，北京100072；2.裝甲兵工程學院外訓系，北京100072）

0 引言

裝甲車輛發電機是裝甲車輛電源系統的重要組成部分，為保障全車用電設備正常工作，發揮著舉足輕重的作用，其任何一種故障，都可能導致全車用電設備的工作不正常或停止工作。要提高裝甲車輛發電機的可靠性，除了要提升發電機本身的設計工藝外，還需要及時有效地對裝備進行保養維護。然而由于其結構復雜，部隊保障維修條件和技術水平的限制，致使裝甲車輛保養維護效率大大降低［1］。因此，針對裝甲車輛發電機的故障特點，研究設計發電機故障模擬診斷平臺，對提升裝甲車輛發電機故障診斷能力具有現實意義。

1 平臺工作原理

發電機是由發動機帶動發電，發電機的輸出電壓在調壓器調壓后，供給用電設備使用并對蓄電池進行充電［2］。該模擬平臺的工作原理是：故障模擬診斷平臺通過工控機控制調速電源，調整拖動電機轉動，拖動電機給發電機提供轉速，通過變頻器控制三相交流電動機的轉速改變發電機的轉速，利用信號采集卡對發電機進行數據采集等狀態監測，并利用可調負載單元對發電機的帶載能力進行監測，如圖1所示。

圖1 故障模擬診斷平臺工作原理圖

該平臺主要由主控單元（含操作臺）、被測單元、可調負載三大部分構成。其中主控單元采用工控機數字控制，模塊化設計，利用數據采集卡采集實時數據完成故障診斷檢測，同時將檢測結果傳輸給信息管理中心，管理中心可實時監控系統運行狀態，查詢檢測結果。其框架如圖2所示。

圖2 故障模擬診斷平臺總體框架圖

2 發電機FMECA分析

FMECA即為故障模式、影響及危害性分析（Failure Mode，Effect and Criticality Analysis，FMECA），是進行故障機理分析的一種重要手段。因此，針對裝甲車輛發電機各結構單元潛在的各種故障模式，以及各故障模式對發電機的影響和危害性進行分析，把每一個故障模式按照其危害性大小量化分類，對提高發電機故障診斷能力具有重要意義，如表1所示。

其中故障危害度是指該類故障的危害程度，分為：致命、嚴重、一般、輕微四類［3］；故障頻率是指該類故障發生概率，分為經常、有時、偶爾三種。

3 軟硬件設計

整個模擬平臺主要部件包括PC104工控機、調理箱、觸摸屏、交流調速電源（變頻器）、耗能負載、拖動電機和發電機機械卡具等。其硬件結構圖如圖3所示。

表1 某型無刷硅整流發電機FMECA分析

在軟件設計方面，先進行需求分析，然后編寫測控軟件，實現檢測功能。平臺檢測界面如圖4所示。

4 性能需求

為保證發電機故障診斷模擬平臺的準確性和可靠性，提出以下幾點性能要求。

（1）環境適應性

所有元件應選用寬電源范圍，適應車間電源的波動；所有大功率設備應具備散熱裝置，具有一定溫度適應能力；所有機件應涂有防銹層，并滿足有關抗腐蝕性要求。

（2）操作性

選用視窗操作，人機交互環境要完善，每步操作均在上一步操作界面中有提示信息，提倡一鍵式操作。

（3）安全可靠性

圖3 故障模擬診斷平臺硬件結構圖

圖4 發電機檢測界面

在軟件設計時，充分考慮軟件的可靠性，在程序的重要指令前加入空操作指令；在復位處理中，選用軟復位與硬復位相結合的異常復位措施；在發電機故障模擬診斷平臺電路中設置過流過壓保護裝置，防止過流過壓情況出現；設置看門電路保證故障狀態下的可靠復位等。

5 關鍵技術

查閱有關資料可知，在以往的發電機負載試驗系統中，發電機的負載形式主要有兩種：一種是直接將發電機的輸出功率消耗在大功率電阻上，一般通過調節大功率電阻箱的手柄改變發電機輸出回路的電阻，進而改變發電機的輸出電流，實現對負載調節的目的。另一種方式是使用直流電動機作負載，通過調節直流電動機的機械負載，改變電動機的電樞電流，從而達到調節發電機輸出電流的目的。

本平臺考慮到電機放大機（Z-ZKK系統）功率放大系數很大，便于計算機控制，并且其體積較小，故采用改裝后的電機放大機（Z-ZKK系統）和固定電阻相結合作為待測發電機的負載，將發電機輸出的功率消耗在電機放大機的拖動電機上。通過調節控制繞組上的電壓，可改變電機放大機的輸出電壓，即改變電機放大機的輸出功率，從而改變拖動電機的電流。此方案可以比較方便、可靠的完成對發電機輸出電流的自動控制，滿足自動化檢測的要求，還可進一步減小負載電阻的體積和溫升。原理如圖5所示。

圖5 可調負載原理圖

6 結束語

本文基于裝甲車輛發電機的結構與故障特點，在研究其故障模式、影響及危害性分析基礎之上，設計了裝甲車輛發電機故障模擬診斷平臺，采用模塊化、通用化設計，具備信息化管理接口，能夠滿足信息化條件下裝甲車輛發電機故障診斷及維修保障的需求，具有較大的實際意義。

［1］ 張豫南，謝永成.裝甲車輛電氣與電子系統［M］.北京：國防工業出版社，2003.

［2］ 邵 兵.基于相關性模型的導彈發射裝置故障診斷［J］.航天發射技術，2011，2（2）：228-231.

［3］ 程延偉，呂 強，謝永成.裝甲車輛電源系統智能故障診斷方法研究［J］.計算機測量與控制，2011，19（6）：1410-1413.