目前，我軍軍事裝備中儀器設備用電單、三相混用的情況較為普遍，普通的單相或三相交流發(fā)電機組都不能很好地滿足需要，單相機組無法給三相設備提供電源，三相機組單相負載能力較差，而且在三相負載不平衡量較大的情況下，三相電壓也極不平衡，嚴重威脅著用電設備及發(fā)電機組的安全使用。為了滿足部隊這一特殊需要，我們設計了單、三相汽油發(fā)電機裝配汽油發(fā)電機組，滿足了部隊單、三相混用的要求，并最大限度地抑制了三相電壓的不平衡量，使各用電器均能安全可靠使用。下面就已通過技術鑒定的8kW單、三相發(fā)電機組各項性能指標的設計作一介紹。

　　工作原理根據(jù)單、三相交流同步發(fā)電機的特殊需要，我們采用性能好、結(jié)構(gòu)簡單的電抗分流勵磁方式，其電氣原理圖如。

　　單、三相交流同步發(fā)電機電氣原理圖發(fā)電機定子中嵌有一套主繞組，一套副繞組，主繞組輸出三相交流電能和單相交流電能，每相繞組的尾端分別與三相分流電抗器的中間抽頭M相聯(lián)接，首端為輸出端，副繞組首端分別與電抗器每相一個端頭d，相聯(lián)接，尾端與三相整流橋相聯(lián)，電抗器各相繞組另一個端頭d2聯(lián)在一起成為中點并向外同步發(fā)電機在空載時，當轉(zhuǎn)速達到額定值時，由于轉(zhuǎn)子中有剩磁，故在副繞組中感應出電壓，并向轉(zhuǎn)子勵磁繞組提供勵磁電流4（電壓分量），使磁通增強，如此繼續(xù)下去，就能使電機自勵，很快建立空載電壓。負載時，依靠電抗器的負載電流分流，其中一部分電流成為轉(zhuǎn)向勵磁繞組的勵磁電流//i（電流分量），補償發(fā)電機負載時的去磁及壓降作用，使轉(zhuǎn)子勵磁電流隨負載的變化而自動調(diào)節(jié)，達到恒定端電壓的作用。

　　單、三相交流同步發(fā)電機設計計算和變通交流同步發(fā)電機相同，但應該注意的是單、三相參數(shù)的協(xié)調(diào)及性能指標平衡，因此，需要注意如下幾點。

　　由于本電機主要與方艙配套使用，對其體積、重量等指標有較嚴格的要求，因此電機定子繞組設計必須合理排布，在有限的空間內(nèi)，使電機出力最大，同時相與相之間的互感系數(shù)較小，以減少運行時三相電壓不平衡量。最簡單直接的方法是將單相、三相繞組均設計成為獨立的兩套繞組，但這樣勢必增加電機的體積和重量，運行時操作也比較麻煩，而且無法實現(xiàn)單、三相混用。

　　理想的辦法是在三相發(fā)電機基礎上，將其中一相設計輸出相同功率的單相繞組，讓該相承受單相負載，這樣既節(jié)省了材料，又與實際使用情況相符。

　　在設計過程中我們采用了兩種方案。

　　方案1：發(fā)電機繞組系統(tǒng)見。定子線圈設有兩套本相繞組，一套接作三相作為三相繞組，另一套接成單相和三相繞組中匝數(shù)較少的一相串聯(lián)起來。

　　這是一種常規(guī)的繞組排列，經(jīng)試制及相關試驗，發(fā)現(xiàn)有兩點不足，一是由于單相繞組有部分線圈和另外兩相空間上同相位，電機運行時，相間互感系數(shù)大；二是嵌線工藝復雜，有部分槽嵌有4種繞組，絕表1標記U相V相W相原邊匝數(shù)584858負邊匝數(shù)196153196表2實測標準優(yōu)等品電/工穩(wěn)態(tài)稠整度三杯」2.方案2：發(fā)電機繞組系統(tǒng)見。定子線圈只設1套三相繞組，其中一相繞組并繞根數(shù)為另外兩相的2倍，作為單相繞組。這樣繞組排列比較整齊、有規(guī)律，由于單相繞組和另外兩相在空間上同相位，故相間互感系數(shù)小，發(fā)電機不平衡運行時，三相電壓不平衡量少。該繞組除一相纏繞根數(shù)較多以外，其余完全和三相交流同步發(fā)電機相同，嵌接線工藝都很簡單，絕緣也容易處理，較方案1可節(jié)省銅材15%左右，部分槽的槽滿率可減少10%左右，經(jīng)試驗驗證該方案較為理想。

　　本發(fā)電機采用的是電抗分流勵磁方式，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)良，但電機單相、三相運行時橋組整流系數(shù)和電樞反應均不一樣，如完全按。

　　三相設計，則單相運行時，勵磁功率不夠；如完全按單相設計則三相等待運行時，電阻負載電壓過高，必須采取協(xié)調(diào)平衡措施。我們采取的方法是將電抗器設計成不平衡的電抗器，電抗器兩邊繞組參數(shù)按三相電機設計，中間一相繞組按單相設計，這樣既滿足了單、三相發(fā)電機要求，又使電機不平衡運行時電壓不平衡量較少。具體數(shù)據(jù)見表1.為了增強電機工藝適應能力，提高電機調(diào)壓精度，減少電壓冷熱態(tài)偏差，我們在勵磁系統(tǒng)中增設一個自動電壓調(diào)節(jié)器，由于本電機需單、三相運行，因此測量信號只能取單相相電壓，而單相電壓諧波含量較多（含了次諧波），特別是單相運行時更為嚴重，致使調(diào)節(jié)器調(diào)壓精度不高，一般只能達到7%~10%，不能滿足戰(zhàn)技要求，必須增加補償裝置。但由于單、三相運行時電流變化較大，用負載電流作為反饋信號不適合，只能用電機勵磁電壓作為反饋信號，我們在單相電壓調(diào)節(jié)器測量回路中，增設了一個反映勵磁電壓大小的反饋信號，利用光耦隔離，達到了要求，其具體線路見。

　　樣機經(jīng)寒區(qū)、熱區(qū)、可靠性及部隊使用試驗，并經(jīng)國家內(nèi)燃機電站質(zhì)檢中心檢測表明，各項性能指標均達到了設計要求，具體指標及質(zhì)量分等見表2.單、三相汽油發(fā)電機組既可單獨輸出單、三相交流電，又可同時輸出單、三相交流電。用電設備單、三相混用情況不僅在部隊中存在，而且在施工現(xiàn)場等民用場所也普通存在，它的開發(fā)成功，填補了國內(nèi)空白，具有廣泛的推廣價值，目前已為工程車等產(chǎn)品配套500余臺，其獨特的功能，極大地滿足了部隊使用需要，深受使用部隊的歡迎。