某UUV装备电机典型故障分析及排除

摘 要：介绍某UUV（无人水下航行器）装备收放电机和槽道电机的结构原理，结合修理实际对两型电机的典型故障进行分析及排除，保证收放电机和槽道电机正常工作，提高该装备的修理效率。

关键词：收放电机;槽道电机;故障排除;UUV

引言

收放电机和槽道电机是某UUV装备的重要组部件，它们工作性能的优劣直接关系某UUV装备任务的实现，该装备保障过程中经常出现收放电机和槽道电机的故障，影响该装备的修理效率。因此，梳理分析收放电机和槽道电机典型故障，总结修理经验，对快速定位及排除故障、提高该装备的修理效率有着积极的实际意义。

1  收放电机结构原理

收放电机是收放装置的动力单元，由永磁电机和减速器组成，电机输出轴通过弹性连轴器与绞毂连接，输出轴进行正反转时，带动绞毂同步进行正反转，实现校准源信标电缆的释放与回收。

收放电机是直流永磁有刷电机，电刷A连接直流电源的正极的一端，电刷B连接直流电源的负极的一端，如图1所示。

当电枢线圈中有电流流过时，受磁场作用，导体ab受力为f1，导体cd受力为f2，故整个电枢线圈形成逆时针方向的电磁转矩，当电磁转矩大于阻转矩时，电机转子逆时针旋转，如图2所示。

当电枢线圈旋转到图3所示位置时，导体ab旋转到S极端，受力为f3，导体cd旋转到N极端，受力为f4。此时电枢线圈的电磁转矩仍是逆时针方向，线圈在该电磁转矩作用下继续逆时针旋转。

实际直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非只有一对，而是根据实际需要有多个线圈。线圈分布在电枢铁心表面的不同位置，按照一定的规律连接起来，构成电机的电枢绕组[1]。磁极也是根据需要N、S极交替旋转多对。

收放电机定子与转子如图4、图5所示。

2  收放电机典型故障分析及排除

2.1  收放电机堵转电流偏小

海军标要求收放电机的堵转电流≥8.5A，但在修理过程中，发现某收放电机堵转电流偏小，最大只有5.87A，不符合技术要求。经测量正常收放电机的内阻约为0.61Ω，而该收放电机的内阻达到为1.22Ω左右，高于正常内阻范围，初步判断为电机绕组内阻偏大造成。电机堵转时，所有电能都只转化为线圈的热能，电机的工作电压为7.2V，正常内阻为0.61Ω左右，故正常时理论堵转电流可达7.2/0.61=11.8A。同理，可计算出该故障收放电机的理论堵转电流为7.2/1.22=5.90A，与实测值吻合。接着，经过细心排查，发现电机转子换向片与线圈的压接处，有一端松开，压接牢靠后重新检测，堵转电流为8.96A，符合技术要求，故障排除。

2.2  收放電机释放回收电流偏大

某收放电机空载时释放平均电流≥5.6A、回收平均电流≥7.2A，而海军标要求为空载时收放平均电流≤1.5A。刚开始，技术人员以为是电机装配不到位影响了电机运转，造成空载收放电流过高。但重新分解装配后，故障依旧。接着，怀疑是否为电机驱动装置有故障，驱动电压过大造成。经测量，电机工作电压为7.2V，正常。最后，经多方查阅资料了解到，对于未安装换向极的小容量直流电机，常常采用移动电刷位置的方法来改善换向，就是将电刷从几何中心线上移开一个适当的角度，使换向元件产生的切割电势的方向与自感电势的方向相反，相互抵消，以达到改善换向的目的。果然，把电刷从几何中心线上移开适当角度后，重新检测，电机空载时释放平均电流0.8A左右、回收平均电流1.1A左右，符合技术要求，故障排除。但需要注意的是，永磁体定子与电刷的相对位置不能颠倒，否则会造成电机转向颠倒，从而导致收放电机释放与回收方向颠倒。

3  槽道电机结构原理

槽道电机作用是提供航行器上浮下潜或在水下悬停定位时需要的垂向推力，使航行器快速下潜或悬停于水下某一深度，保证校准源信标浮于水面，确保校准源信号的接收性能。槽道电机属于无刷直流电动机，其结构如图6所示。它主要由电动机本体、电子开关线路和位置传感器三部分组成[2]。当电枢绕组的某一相通电时，该电流与转子磁极所产生的磁场相互作用而产生的转矩，驱动转子旋转，控制电路根据位置传感器测定的电机转子位置有序的触发驱动电路进行有序换相，以驱动直流电动机[3]。

槽道电机的位置传感器为霍尔传感器，其作用是测定直流无刷电动机转子磁极位置，实时为电子开关线路反馈对应的换相信息，将转子磁极的位置信息转换为电信号，然后去控制电枢绕组换相，如图7所示。

无刷直流电机驱动电路有半桥驱动和全桥驱动，全桥驱动又可分为星形（Y）联结和三角形（△）联结，通电方式有两两通电、三三通电等。如图8所示，槽道电机控制电路采用的是三相星形（Y）联结全控桥式电路，通电方式采用的是两两通电的方式。每个时刻均有2个功率管导通，间隔60°电角度换相1次，每次换相1个功率管，每个功率管导通120°电角度，各功率管的导通顺序是T1T2、T2T3、T3T4、T4T5、T5T6、T6T1、…。

4  槽道电机典型故障分析及排除

4.1  槽道电机正转方向正常，转速过高，反转不启动

修理过程中，发现某槽道电机正转方向正常，转速过高，反转不启动。首先，用一个正常的槽道电机替代原电机，电机运转正常，故障可定位在槽道电机上;接着经过仔细排查，确认供电相序正确;最后调整霍尔传感器位置，发现霍尔传感器安装位置不同，电机运转状态也不同，调整霍尔传感器到适当位置，电机运转正常，故障排除。

4.2  槽道电机正反转运转异常，有显明抖动现象

修理过程中，发现某槽道电机正反转运转异常，有显明抖动现象。首先，用一个正常的槽道电机替代原槽道电机，电机运转正常，可定位为槽道电机故障;接着调整霍尔传感器位置，故障仍旧;最后查阅资料得知槽道电机属于直流无刷三相电机，采用两两通电方式进行电子换向。经仔细排查，发现供电相序接线不正确，按正确接线重新焊接，电机运转正常，故障排除。

5  结语

本文简要介绍了某UUV装备收放电机和槽道电机的结构原理，总结了收放电机和槽道电机典型故障的修理经验，对快速定位及排除故障、提高该装备的修理效率起到了积极作用，同时也为同行修理保障提供参考和借鉴。

参考文献：

[1]顾绳谷.电机及拖动基础.上册[M].4版.北京：机械工业出版社，2004.

[2]张琛.直流无刷电动机原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2004.

[3]牛海清，谢运祥.无刷直流电动机及其控制技术的发展[J].微电机，2002（5）：36-38.

作者简介：

谭善文（1986-），男，汉族，广东广州，本科，工程师，黄埔军械修理厂军械装备分厂，从事水中兵器修理相关工作。

（中国人民解放军第四八零一工厂黄埔军械修理厂，广东 广州 510715）