某型交流发电机整流管损坏故障分析

王啸 苑振宇 罗雁

摘 要交流发电机是组合传动发电机中的重要部件，为三级式无刷交流发电机，主要提供三相交流电能。在飞机上使用过程中，同台产品连续出现整流管损坏的故障现象。针对此类现象，本文从故障状况、整流管失效分析、定位故障、原因分析和故障排除五大方面进行阐述。

关键词电压;交流发电机;励磁机绕组;整流管

1 故障状况

某型组合传动发电机在飞机上使用过程中出现过压保护故障，产品返回后装配到试验台上进行了性能检测，当组合传动发电机输入转速在5000转/分钟，接通供电开关时，系统瞬时进行保护，故障重现。根据故障情况分析，确定故障定位在交流发电机部分。经分解交流发电机，取出转子，检查转子和线圈未见异常;测量保护电阻，阻值合格;对6件整流管分别进行性能检查，发现其中1件整流管被击穿失效。经更换转子部件完成修复后，重新装机使用，但再次出现过压保护故障，产品返回后经检查故障又再现，与上次故障点一致，为1件整流管被击穿失效所致，但是2件整流管的件号、安装部位和生产年代均不同。

2 整流管失效分析

2.1 外部检查

利用显微镜进行外部目检，典型形貌见图1。封装体上的字符清晰可见，未见明显异常形貌。

2.2 电特性分析

利用晶体管图示仪测试电特性参数和引脚间的I-V特性。结果显示，阳极-阴极短路。

2.3 X射线检查

利用X光透视系统进行检查。典型结果见图2。芯片位置有连接阳极引脚和阴极引脚的异常阴影形貌。

2.4 粒子碰撞噪声检查（PIND）

依据GJB548B-2005方法2020.1进行粒子碰撞噪声检测，结果显示：除背景噪声均外无任何其余噪声，为合格，内部无可移动的多余物。

2.5 开封、内部检查

采用机械方法进行开封。典型结果见图3。芯片周边有软胶包裹，用化学方法去除软胶后可见结边缘和焊料边缘有烧毁形成的熔坑，熔坑边缘有熔融物。芯片未见开裂、机械破损形貌。

2.6 结论

通过以上检查并结合产品的使用时间进行判断，为阳极、阴极之间引入异常电压击穿芯片，随后形成大电流再次烧毁，最终导致失效。

3 定位故障

针对同一台交流发电机连续出现两起整流管击穿失效故障，故将故障定位在交流发电机定子部分，分析应为定子部分工作异常，对转子上的整流管产生了破坏，对此制定了详细的试验验证和分解检查方案。

（1）目视检查定子外观，漆层颜色正常，定子内部没有多余物，也没有零组件损坏。

（2）检测定子绕组线圈阻值，如表1，均符合要求。

（3）检查交流发电机各绕组的冷态绝缘电阻均大于20 MΩ，合格。

（4）用示波器检查各绕组匝间短路情况，波形正常，无短路。

（5）将该故障交流发电机定子串装到已试验合格的交流发电机上进行试验验证，采取连续工作两个小时，停机半个小时后再继续工作两个小时，一共试验10小时，按此方法进行两次，试验中重复通过冲击负载、加减速及复合试验等项目进行测试。经过两轮试验验证，未发现问题，整流管失效故障没有重现。

（6）更换原故障交流发电机转子上击穿失效的整流管，修复转子，并将该转子装回到原定子中，对该交流发电机重复以上试验项目进行验证，同样未发现整流管击穿的问题，整流击穿故障未能在试验台上复现。

（7）由于试验验证未复现故障，故将主发定子组件、励磁机定子组件从定子机壳内拆下，并进行检查，分解过程中发现励磁机定子组件有轻微松动，安装固定与壳体贴合不紧等异常情况，存在诱发整流管故障的影响因素。

4 原因分析

当交流发电机在旋转工作时，固定在转子上的永磁发电机的永久磁钢跟转子一起以12000r/min的转速旋转，它产生的旋转磁场在永磁发电机的定子上感应出三相交流电。永磁机输出的三相交流电提供给控制器。控制器输出矩形电压脉冲波给励磁绕组，在励磁机的气隙中产生磁场，控制器通过脉宽调节方式对该输出电压矩形脉冲波进行调制，控制励磁绕组中的平均电流的大小，使交流发电机的输出电压在允许的范围内变化。固定在转子上的励磁机电枢绕组随着转子一起旋转，在励磁绕组产生的磁场作用下感应出三相交流电，该三相交流电通过三相全波旋转整流器组件（由6个整流管组成）整流成直流后供给主发电机的励磁绕组，这样就会主发电机的主气隙中产生磁场，定子绕组感应产生三相交流电压。

根据感应电动势原理，转子励磁机电枢绕组感应出的最大电动势为E=nBSω，式中n是线圈匝数，B是磁感应强度，S是线圈所围的面积，ω是线圈转动的角速度。由于电枢绕组阻值固定，故感应电流大小取决于感应电动势。

通过检查结果、整流管失效分析结论，以及结合产品工作原理分析，确定故障原因应是由于励磁机定子组件与壳体不能紧密贴合，使其在较大振动环境下會产生局部位移，引起励磁磁场感应强度和角速度发生变化、不正常，从而使励磁机电枢上感应的电流不均匀，出现异常变化，使整流管受到较长时间的不稳定电流冲击，异常电压促使6件整流管中最薄弱的1件失效，不能正常工作，造成励磁电流过大，控制器保护，出现不发电故障。

5 故障排除

经过以上检查与分析，最终确定故障部件为交流发电机定子内部的励磁机定子组件。由于励磁机定子组件为无法修复部件，故对其定子进行了更换，然后对重新装配合格的产品进行试验，故障现象未重现，输出电压符合要求，工作稳定，其他技术性能参数也符合要求，而且装机使用情况良好。因此，可以确定故障得以排除。

6 结论

本文针对“交流发电机整流管损坏”故障进行了剖析、阐述和分析，从中也总结出排除故障的一些经验，希望能够借此为读者在以后的产品修理中起到帮助作用。

参考文献

[1]沈颂华.航空航天器供电系统[M].北京航天航空大学出版社.2005.

[2]沈兴全吴秀玲.液压传动与控制.第一版.国防工业出版社.2005.

[3]朱其顺.机械故障分析及应对措施[J].矿业工程[J]，2008-8，3（4）：46.

[4]刘亚雄，吉晓波，董乃峰.发电机故障分析方法研究[J].山西电力技术，1999-8，4：1-4.

[5]王莉，杨善水，张卓然，魏佳丹.航空航天器供电系统[M].科学出版社，2018.