张庆胜

（济源职业技术学院电气系，河南济源，459000）

0 引言

机场地面电源通常包括两种，一种是固定的电源，可将工频电流转化为115/200V的交流电源或者28V的直流电源，工作效率较高，但是因为不可移动导致适用范围有限；另一种是地面移动电源车，体积小、可移动是其一大特点，也支持交流电源与直流电源输出。可以为地面飞机供电，也可为飞机维修厂和试飞场的实验供电等，使用灵活性高，因此，在目前的市场上是必不可少的产品。但能同时输出400赫兹、115/200伏特的交流电和28伏特的直流电的双输出供电电源较为少见。因此，为了提升机场电源的功能性，设计了交直流双输出的静音拖车式电源[1]。

1 机场拖车式交直流双输出电源设计要求

1.1 交直流双输出电源参数要求

电源的设计包括多方面的技术参数，对输出电压、输出功率、机组功率和噪音等都有详细的规定，文章设计的机场拖车式电源的各种技术指标如表1所示。

表1 交直流双输出供电静音电源技术参数

频率 HZ 400机组功率 kW 112额定转速 r/min 1500额定电压 V AC200/115功率因数 - 0.8（滞后）1路直流输出，输出功率 kW 23直流输出电压 V DC28 2路交流输出，输出功率 kW 112 1米处空载噪音 dB（A） 80

1.2 交直流双输出电源性能指标要求

机场拖车式电源体积不能过大，最小转弯直径要小于14米，离地面的距离要大于250毫米，为保证机场道路安全，行驶速度不能超过25千米每小时；在排放指标上，CO的排放量在3.5g/kW·h，颗粒物的排放量约为0.2g/kW·h；在电压的输出上可能会有一定幅度的变化，直流稳态电压偏差要大于-15%，交流稳态电压偏差在正负百分之一之间，当电压发生不稳定情况使，要在2秒之内尽快恢复，以保证正常供电[2]。

2 交直流双输出机场拖车静音电源设计方案

2.1 电源总体设计原理

机场拖车交直流双输出电源系统原理，如图1所示。电源的总体设计主要分为静音电源部分和拖车部分。图中可以看到电源的发电机组和柴油机均通过减震装置安装在机场拖车的底盘，国三发动机使用柴油带动发电机组运转生产电力，交流发电机经交流断路器输出两路交流电源，是400赫兹的三相电，在变压整流过程，输出一路直流电源，经直流断路器传输到负载设备上，这类负载主要是地面的飞机，电力通常被使用于飞机的停场准备和地面维修保养过程，另一路输出的是交流电源，拖车可移动到其他场地，使用交流电源为飞机维修厂、生产制造厂以及试飞场等电器设备提供电源[3]。

图1 机场拖车交直流双输出静音电源系统原理

2.2 电源结构设计

（1）电源设备组成

发动机选择康明斯公司生产的QSB6.7-G4，即我们常说的国三排放发动机，发电机选择康富公司生产的KF-W4.D-112-32P（无刷励磁发电机），拖车选择我国烟台爱科机械设备有限公司定制的TA6000型号转向拖车。电源的整体由电源和拖车两部分组装而成。可将承载柴油机与发电机的底盘与机场拖车的底架当做一个整体进行设计。静音电源是机场拖车电源的重要组成部分，电源系统的硬件包括柴油发动机、发电机、交直流整流系统、消音系统、自动控制系统以及输出系统等，拖车作为电源的载体，结构相对简单，包括拖车底盘、轮胎、保险杠和驻车制动系统等。电源的外形总体结构上要包含排烟口、加水口、牵引杆、叉车槽、检修门等组成部分。

（2）发动机与发电机联结设计

作为整体进行设计的机场拖车静音电源，将发动机的飞轮壳和发电机端盖止口定位，通过螺栓固定为一体，再将柴油发动机和发电机安装在同一减震器上，固定到机场拖车的底盘上。二者之间的驱动方式为柴油发动机通过弹性盘片联轴器与发电机连接，发动机消耗柴油为发电机提供动力，使发电机转子进行旋转发电。这种联结方式使得机械定位简单、准确、牢固，不需要进行手动调整，联结紧密使得机组振动幅度小，产生的噪音就较小[4]。

（3）拖车底盘设计

机场拖车电源底盘的各零部件均需固定起来，采用4毫米到10毫米之间厚度的钢板经折弯焊接固定成型。电源的重量较大，因此拖车底盘要有超强的载荷能力，底盘的大梁、隔板、端板和一些小的辅助组件均采用焊接工艺，以增强拖车整体的强度和刚性，拖车框架越简单实用越好，便于电源器件的安装与维修，在建造拖车底盘前要根据设计图纸，预留出每一个安装孔，以安装电源箱体、各种开关以及消声器等众多组成部分。底盘两侧留出专用电缆槽，以防电线缠绕造成安全隐患，线缆槽采用斜面式设计，便于布线，线槽端口要光滑，以防磨损电缆线外部胶皮。与汽车类似，拖车底盘的外侧要设计反光板，保障拖车在夜间的安全行驶。底盘的底部设计两个安置燃油箱的托盘，分别位于底部的左右两边。合理的设计可增强拖车的承载力，增加长时间行驶的安全性[5]。

（4）拖车整体设计

拖车总成包括车轴、牵引杆、轮胎等，是实现拖车进行承载和行驶的主要构成。机场拖车选择扭力轴独立悬挂装置，转向角度最大可达40度，可保证在移动过程中牵引杆和车轴不会因转向角度大造成磨损或者断裂，在保证拖车灵活性的前提下增加了机场拖车底盘的稳定性，独立悬挂装置使得机场拖车各部分之间没有金属摩擦与碰撞，且左右车轮互不影响，提升了整体的减震性。为保证机场拖车的行驶安全，采用六边形橡胶悬挂系统，六边形橡胶悬挂装置传统的钢板弹簧悬挂系统相比，更利于缓解震动，保持拖车的平稳。另外，为节约拖车箱体空间，实现空间最大化利用，可将整流柜安置到发电机上方，交流电输出柜与直流电输出柜分别嵌在机场拖车的两侧，燃油箱悬挂在拖车底部进行固定[6]。

3 交直流电源保护与控制方案

3.1 电源双路输出控制及保护方案

发电机组将频率为400赫兹、大小为115/200伏特的双电压中频交流电源输出一路交流电源，给需要交流电的机场设备供电；另外一路通过变压整流器将400HZ、115/200V的中频交流电源整流为28.5V左右的直流电源，输出给工作在直流电模式下的机场设备。此机场拖车电源控制系统选用频率为400HZ的机场定制控制模块，该模块具备交直流电流和电压的保护功能以及直流电流和电压的测量功能。经变压整流器输出的直流电压即为此系统控制模块整体的直流电压，可霍尔电流传感器来测量系统控制模块的直流电流。为了提升控制模块的智能性和安全性，机场拖车电源系统完善了非正常状态下时的跳闸和报警等功能。

3.2 电源交流多脉波整流技术控制方案

机场拖车电源系统中变压整流器采用经天津瑞卡特航空设备有限公司生产的BZ-5整流器。变压整流器主要应用在以交流电为主要电源的大中型的飞机上，其作用是将400HZ、115/200V的交流电转化为低压的直流电，其中变压的作用是将交流电降低，整流的作用是将交流电转化为直流电。BZ-5整流器采用的是多脉波整流技术，噪音在85分贝以下，包括三相变压器和整流模块等，三相变压器主要分为铁芯与绕组两大部分，由铁芯和三个原边绕组和三个副边绕组构成。BZ-5整流器选用的是SD 50×80×200非标铁芯。三相变压器有很多辅助结构，例如括保护装置、冷却装置以及测温装置等。整流桥是整流部分用到的重要元器件，由12个单臂整流桥模块构成，用在变压结构后，作用是将减小后的交流低电压转化成直流电，之后将输出的电流通过低压大电容和放电电阻进行直流侧滤波过程，此过程的目的在于过滤掉整流后的交流电成分，BZ-5整流器的交流多脉波整流技术，使机场拖车静音电源的供电品质大大提高[7]。

4 结语

机场拖车静音电源的适用范围较广，为提升其电源输出功能，文章设计了交直流双输出的机场拖车电源，主要为地面飞机在进行检测和维修等地面工作时提供交流电源和直流电源。该机场拖车电源采用箱体式结构，体积小巧灵活，便于移动。经设计与实验得到，该拖车电源的移动速度最高可达每小时25千米，且静音效果良好，排放量达标，是一种环保经济型的电源，最主要的是该电源可同时输出28伏的直流电源和频率为400赫兹、大小为115/200伏的双电压交流电源，以满足机场设备对交直流电源的多种需求。