摘 要：介紹某UUV（無人水下航行器）裝備收放電機(jī)和槽道電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理，結(jié)合修理實際對兩型電機(jī)的典型故障進(jìn)行分析及排除，保證收放電機(jī)和槽道電機(jī)正常工作，提高該裝備的修理效率。

關(guān)鍵詞：收放電機(jī);槽道電機(jī);故障排除;UUV

引言

收放電機(jī)和槽道電機(jī)是某UUV裝備的重要組部件，它們工作性能的優(yōu)劣直接關(guān)系某UUV裝備任務(wù)的實現(xiàn)，該裝備保障過程中經(jīng)常出現(xiàn)收放電機(jī)和槽道電機(jī)的故障，影響該裝備的修理效率。因此，梳理分析收放電機(jī)和槽道電機(jī)典型故障，總結(jié)修理經(jīng)驗，對快速定位及排除故障、提高該裝備的修理效率有著積極的實際意義。

1? 收放電機(jī)結(jié)構(gòu)原理

收放電機(jī)是收放裝置的動力單元，由永磁電機(jī)和減速器組成，電機(jī)輸出軸通過彈性連軸器與絞轂連接，輸出軸進(jìn)行正反轉(zhuǎn)時，帶動絞轂同步進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)校準(zhǔn)源信標(biāo)電纜的釋放與回收。

收放電機(jī)是直流永磁有刷電機(jī)，電刷A連接直流電源的正極的一端，電刷B連接直流電源的負(fù)極的一端，如圖1所示。

當(dāng)電樞線圈中有電流流過時，受磁場作用，導(dǎo)體ab受力為f1，導(dǎo)體cd受力為f2，故整個電樞線圈形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩大于阻轉(zhuǎn)矩時，電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)，如圖2所示。

當(dāng)電樞線圈旋轉(zhuǎn)到圖3所示位置時，導(dǎo)體ab旋轉(zhuǎn)到S極端，受力為f3，導(dǎo)體cd旋轉(zhuǎn)到N極端，受力為f4。此時電樞線圈的電磁轉(zhuǎn)矩仍是逆時針方向，線圈在該電磁轉(zhuǎn)矩作用下繼續(xù)逆時針旋轉(zhuǎn)。

實際直流電動機(jī)的電樞并非單一線圈，磁極也并非只有一對，而是根據(jù)實際需要有多個線圈。線圈分布在電樞鐵心表面的不同位置，按照一定的規(guī)律連接起來，構(gòu)成電機(jī)的電樞繞組[1]。磁極也是根據(jù)需要N、S極交替旋轉(zhuǎn)多對。

收放電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子如圖4、圖5所示。

2? 收放電機(jī)典型故障分析及排除

2.1? 收放電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流偏小

海軍標(biāo)要求收放電機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流≥8.5A，但在修理過程中，發(fā)現(xiàn)某收放電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流偏小，最大只有5.87A，不符合技術(shù)要求。經(jīng)測量正常收放電機(jī)的內(nèi)阻約為0.61Ω，而該收放電機(jī)的內(nèi)阻達(dá)到為1.22Ω左右，高于正常內(nèi)阻范圍，初步判斷為電機(jī)繞組內(nèi)阻偏大造成。電機(jī)堵轉(zhuǎn)時，所有電能都只轉(zhuǎn)化為線圈的熱能，電機(jī)的工作電壓為7.2V，正常內(nèi)阻為0.61Ω左右，故正常時理論堵轉(zhuǎn)電流可達(dá)7.2/0.61=11.8A。同理，可計算出該故障收放電機(jī)的理論堵轉(zhuǎn)電流為7.2/1.22=5.90A，與實測值吻合。接著，經(jīng)過細(xì)心排查，發(fā)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子換向片與線圈的壓接處，有一端松開，壓接牢靠后重新檢測，堵轉(zhuǎn)電流為8.96A，符合技術(shù)要求，故障排除。

2.2? 收放電機(jī)釋放回收電流偏大

某收放電機(jī)空載時釋放平均電流≥5.6A、回收平均電流≥7.2A，而海軍標(biāo)要求為空載時收放平均電流≤1.5A。剛開始，技術(shù)人員以為是電機(jī)裝配不到位影響了電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，造成空載收放電流過高。但重新分解裝配后，故障依舊。接著，懷疑是否為電機(jī)驅(qū)動裝置有故障，驅(qū)動電壓過大造成。經(jīng)測量，電機(jī)工作電壓為7.2V，正常。最后，經(jīng)多方查閱資料了解到，對于未安裝換向極的小容量直流電機(jī)，常常采用移動電刷位置的方法來改善換向，就是將電刷從幾何中心線上移開一個適當(dāng)?shù)慕嵌?，使換向元件產(chǎn)生的切割電勢的方向與自感電勢的方向相反，相互抵消，以達(dá)到改善換向的目的。果然，把電刷從幾何中心線上移開適當(dāng)角度后，重新檢測，電機(jī)空載時釋放平均電流0.8A左右、回收平均電流1.1A左右，符合技術(shù)要求，故障排除。但需要注意的是，永磁體定子與電刷的相對位置不能顛倒，否則會造成電機(jī)轉(zhuǎn)向顛倒，從而導(dǎo)致收放電機(jī)釋放與回收方向顛倒。

3? 槽道電機(jī)結(jié)構(gòu)原理

槽道電機(jī)作用是提供航行器上浮下潛或在水下懸停定位時需要的垂向推力，使航行器快速下潛或懸停于水下某一深度，保證校準(zhǔn)源信標(biāo)浮于水面，確保校準(zhǔn)源信號的接收性能。槽道電機(jī)屬于無刷直流電動機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。它主要由電動機(jī)本體、電子開關(guān)線路和位置傳感器三部分組成[2]。當(dāng)電樞繞組的某一相通電時，該電流與轉(zhuǎn)子磁極所產(chǎn)生的磁場相互作用而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，控制電路根據(jù)位置傳感器測定的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置有序的觸發(fā)驅(qū)動電路進(jìn)行有序換相，以驅(qū)動直流電動機(jī)[3]。

槽道電機(jī)的位置傳感器為霍爾傳感器，其作用是測定直流無刷電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置，實時為電子開關(guān)線路反饋對應(yīng)的換相信息，將轉(zhuǎn)子磁極的位置信息轉(zhuǎn)換為電信號，然后去控制電樞繞組換相，如圖7所示。

無刷直流電機(jī)驅(qū)動電路有半橋驅(qū)動和全橋驅(qū)動，全橋驅(qū)動又可分為星形（Y）聯(lián)結(jié)和三角形（△）聯(lián)結(jié)，通電方式有兩兩通電、三三通電等。如圖8所示，槽道電機(jī)控制電路采用的是三相星形（Y）聯(lián)結(jié)全控橋式電路，通電方式采用的是兩兩通電的方式。每個時刻均有2個功率管導(dǎo)通，間隔60°電角度換相1次，每次換相1個功率管，每個功率管導(dǎo)通120°電角度，各功率管的導(dǎo)通順序是T1T2、T2T3、T3T4、T4T5、T5T6、T6T1、…。

4? 槽道電機(jī)典型故障分析及排除

4.1? 槽道電機(jī)正轉(zhuǎn)方向正常，轉(zhuǎn)速過高，反轉(zhuǎn)不啟動

修理過程中，發(fā)現(xiàn)某槽道電機(jī)正轉(zhuǎn)方向正常，轉(zhuǎn)速過高，反轉(zhuǎn)不啟動。首先，用一個正常的槽道電機(jī)替代原電機(jī)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，故障可定位在槽道電機(jī)上;接著經(jīng)過仔細(xì)排查，確認(rèn)供電相序正確;最后調(diào)整霍爾傳感器位置，發(fā)現(xiàn)霍爾傳感器安裝位置不同，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)也不同，調(diào)整霍爾傳感器到適當(dāng)位置，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，故障排除。

4.2? 槽道電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)異常，有顯明抖動現(xiàn)象

修理過程中，發(fā)現(xiàn)某槽道電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)異常，有顯明抖動現(xiàn)象。首先，用一個正常的槽道電機(jī)替代原槽道電機(jī)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，可定位為槽道電機(jī)故障;接著調(diào)整霍爾傳感器位置，故障仍舊;最后查閱資料得知槽道電機(jī)屬于直流無刷三相電機(jī)，采用兩兩通電方式進(jìn)行電子換向。經(jīng)仔細(xì)排查，發(fā)現(xiàn)供電相序接線不正確，按正確接線重新焊接，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，故障排除。

5? 結(jié)語

本文簡要介紹了某UUV裝備收放電機(jī)和槽道電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理，總結(jié)了收放電機(jī)和槽道電機(jī)典型故障的修理經(jīng)驗，對快速定位及排除故障、提高該裝備的修理效率起到了積極作用，同時也為同行修理保障提供參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧繩谷.電機(jī)及拖動基礎(chǔ).上冊[M].4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2]張琛.直流無刷電動機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3]牛海清，謝運(yùn)祥.無刷直流電動機(jī)及其控制技術(shù)的發(fā)展[J].微電機(jī)，2002（5）：36-38.

作者簡介：

譚善文（1986-），男，漢族，廣東廣州，本科，工程師，黃埔軍械修理廠軍械裝備分廠，從事水中兵器修理相關(guān)工作。

（中國人民解放軍第四八零一工廠黃埔軍械修理廠，廣東 廣州 510715）