性能特點(diǎn)和作用說(shuō)明

康明斯發(fā)電機(jī)組硅整流發(fā)電機(jī)作用和原理結(jié)構(gòu)圖

 

摘要：蓄電池充電發(fā)電機(jī)有直流發(fā)電機(jī)和硅整流發(fā)電機(jī)兩種，目前柴油發(fā)電機(jī)上應(yīng)用較廣泛的是硅整流發(fā)電機(jī)。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)工作時(shí)，硅整流發(fā)電機(jī)經(jīng)六只硅二極管三相全波整流后，與配套的充電發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器配合使用給蓄電池充電。康明斯公司在本文中講述了硅整流發(fā)電機(jī)和充電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器的工作原理、作用、產(chǎn)品分類以及部件構(gòu)造的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

 

一、硅整流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造與原理

 

1、工作原理

      硅整流發(fā)電機(jī)原理如圖1所示。當(dāng)電源開(kāi)關(guān)接通時(shí)，蓄電池電流通過(guò)上方調(diào)節(jié)器流向發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁線圈，勵(lì)磁線圈周圍便產(chǎn)生磁通，大部分磁通通過(guò)磁軛和爪形磁極形成N極，再穿過(guò)轉(zhuǎn)子與定子之間的空氣隙，經(jīng)過(guò)定子的齒部和軛部，然后再穿過(guò)空氣隙，進(jìn)人另一爪形磁極形成s極，最后回到磁軛，形成磁回路。另有少部分磁通在定子旁邊的空氣隙中及N與s極之間通過(guò)，這部分稱為漏磁通。

      當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子的N極和s極在定子內(nèi)交替通過(guò)，使定子繞組切割磁力線而產(chǎn)生交流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。三相繞組所產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)相位差為120°，所發(fā)出的三相交流電經(jīng)6只二極管三相全波整流后，即可在發(fā)電機(jī)正負(fù)接線柱之間獲得直流電。其輸出、空載、外特性曲線如圖2所示。

 

圖1  硅整流發(fā)電機(jī)原理示意圖

圖2  硅整流發(fā)電機(jī)特性曲線圖

 

2、部件構(gòu)造

      硅整流發(fā)電機(jī)與并勵(lì)直流發(fā)電機(jī)相比具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、使用壽命長(zhǎng)、柴油發(fā)電機(jī)低速時(shí)充電性能好、相匹配的調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。硅整流發(fā)電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、外殼及硅整流器等四部分組成。

（1）轉(zhuǎn)子

      轉(zhuǎn)子是發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)部分，由勵(lì)磁線圈、磁極和集電環(huán)組成。磁極形狀像爪子，故稱為爪極。每一爪極上沿圓周均布數(shù)個(gè)（4、5、6或7個(gè)）鳥(niǎo)嘴形極爪。爪極用低碳鋼板沖制而成，或用精密鑄造鑄成。每臺(tái)發(fā)電機(jī)有兩個(gè)爪極，它們相互嵌人。爪極中間放人勵(lì)磁線圈，然后壓裝在轉(zhuǎn)子軸上，當(dāng)線圈通電后爪極即成為磁極。轉(zhuǎn)子上的集電環(huán)（滑環(huán)）由兩個(gè)彼此絕緣且與軸絕緣的銅環(huán)組成。勵(lì)磁線圈的兩個(gè)端頭分別接在兩個(gè)集電環(huán)上，兩個(gè)集電環(huán)與裝在刷架（與殼體絕緣）上的兩個(gè)電刷相接觸，以便將發(fā)電機(jī)輸出的經(jīng)整流后的電流部分引人勵(lì)磁線圈中。

（2）定子

      定子由沖有凹槽的硅鋼片疊成，定子槽內(nèi)嵌人三相繞組，各相線圈一端連在一起，另一端的引出分別與元件板上的硅二極管和端蓋上的硅二極管相連在一起，從而使它們之間的連接方式為星形連接。

（3）前后端蓋

       前后端蓋均用鋁合金鑄成形以防漏磁，兩端蓋軸承座處鑲有鋼套，以增加其耐磨性，軸承座孔中裝有滾動(dòng)軸承。

（4）整流裝置

      整流裝置通常由6只硅整流二極管組成三相橋式全波整流電路（組成如圖3所示，dian'lu如圖4所示）。其中3只外殼為負(fù)極的二極管裝在后端蓋上，3只外殼為正極的二極管則裝在一塊整體的元件板上。元件板也用鋁合金壓鑄而成，與后端蓋絕緣。從元件板引一接線柱（電樞接線柱）至發(fā)電機(jī)外部作為正極，而發(fā)電機(jī)外殼作為負(fù)極。直流電流從發(fā)電機(jī)的電樞接線柱輸出，經(jīng)用電設(shè)備后至柴油發(fā)電機(jī)機(jī)體，然后到發(fā)電機(jī)外殼。

 

圖3  發(fā)電機(jī)整流器結(jié)構(gòu)與接線

圖4  三相發(fā)電機(jī)整流電路圖

 

3、充電機(jī)的分類

 表1  柴油機(jī)充電機(jī)類型及產(chǎn)品代碼

 

二、電壓調(diào)節(jié)器的原理與類型

 

1、電壓調(diào)節(jié)器的基本原理

      發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍很大，由于發(fā)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)比是固定的，所以發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速將隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化，發(fā)電機(jī)的端電壓也將隨發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化而在很大范圍內(nèi)變化。充電機(jī)在對(duì)用電氣設(shè)備供電和向蓄電池充電時(shí)，都要求其電壓穩(wěn)定，因此必須對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之保持在某一數(shù)值上基本不變。

      由于發(fā)電機(jī)的輸出電壓U=Crcc，對(duì)某一臺(tái)發(fā)電機(jī)，C是常數(shù)。在工作過(guò)程中，轉(zhuǎn)速n是不斷變化的，要使發(fā)電機(jī)端電壓保持不變，可以通過(guò)改變磁通少的大小來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而磁通的大小是由勵(lì)磁電流決定的。因此，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增高時(shí)，可以減小勵(lì)磁電流使磁通減小，保持發(fā)電機(jī)的輸出電壓不變；反之，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，增大勵(lì)磁電流。因此電壓調(diào)節(jié)器的作用就是在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，自動(dòng)改變勵(lì)磁電流的大小，使發(fā)電機(jī)輸出電壓保持不變。

2、電壓調(diào)節(jié)器的類型

      電壓調(diào)節(jié)器分為觸點(diǎn)式和電子式兩類，觸點(diǎn)式又有雙級(jí)式和單級(jí)式之分，電子式又分為晶體管式與集成電路式兩種。

（1）觸點(diǎn)式電壓調(diào)節(jié)器

● 雙級(jí)觸點(diǎn)式調(diào)節(jié)器

      如圖5所示。FT61型雙級(jí)觸點(diǎn)式調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)器的磁扼與鐵心鉚固在一起，鐵心上繞有磁化線圈，動(dòng)鐵一端的上、下各有一片觸點(diǎn)（稱為活動(dòng)觸點(diǎn)），活動(dòng)觸點(diǎn)與低速觸點(diǎn)支架的觸點(diǎn)組成了低速觸點(diǎn)K1，與搭鐵觸點(diǎn)組成了高速觸點(diǎn)K2，動(dòng)鐵的另一端用彈簧拉緊，使K，為常閉觸點(diǎn)，K2為常開(kāi)觸點(diǎn)。調(diào)節(jié)器上有加速電阻R1、附加電阻R2和溫度補(bǔ)償電阻R3。有火線接線柱“B；（或“＋”和磁場(chǎng)接線柱“F 以及底板上的搭鐵螺釘。

● 單級(jí)觸點(diǎn)式調(diào)節(jié)器

      如圖6所示。FT111型單級(jí)觸點(diǎn)式調(diào)節(jié)器的增加了一個(gè)退磁線圈L2。L2的一端與固定觸點(diǎn)臂相連接，另一端通過(guò)退磁二極管V搭鐵，在觸點(diǎn)K的兩端還接入了電容器C。它只有一級(jí)調(diào)節(jié)電壓，其電壓調(diào)節(jié)原理與雙級(jí)式調(diào)節(jié)器低速觸點(diǎn)的工作情況相似。退磁回路的作用如下∶

○ 電路中接入Lz與V后，當(dāng)觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)自勵(lì)磁繞組搭鐵端，經(jīng)二極管V，L2回到磁場(chǎng)繞組另一端形成回路，使觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)的火花明顯減弱。

○ 由于退磁線圈Lz的作用是加快K的閉合。提高了觸點(diǎn)的振動(dòng)頻率，減小了愉出電壓的脈動(dòng)性。

○ 電容器C的作用是在觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，感生電動(dòng)勢(shì)對(duì)電容器充電，使火花減小，延長(zhǎng)了觸點(diǎn)壽命，減小了無(wú)線電干擾。

 

圖5  充電機(jī)雙級(jí)觸點(diǎn)式調(diào)節(jié)器電路圖

圖6  充電機(jī)單級(jí)觸點(diǎn)式調(diào)節(jié)器電路圖

 

（2）電子式電壓調(diào)節(jié)器

      如圖7所示。電子調(diào)節(jié)器按所配套發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的搭鐵形式不同可分為內(nèi)搭式和外搭鐵式。按元件的組合形式不同可分為分立元件式和集成電路式。分立元件式調(diào)節(jié)器就是將二極管、三極管、穩(wěn)壓管、電阻、電容等電子元件焊接在一塊印刷線路板上，然后封裝在外殼內(nèi)。電子調(diào)節(jié)器種類繁多，但基本工作原理相同。都是根據(jù)發(fā)電機(jī)端電壓的變化，使穩(wěn)壓管及時(shí)地導(dǎo)通或截止，進(jìn)一步控制大功率晶體管飽和導(dǎo)通與截止，接通或切斷發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)端電壓保持不變。

● JFT106型調(diào)節(jié)器

      JFT106型調(diào)節(jié)器是分立元件外搭鐵式調(diào)節(jié)器。它與14V，750W發(fā)電機(jī)配套使用。調(diào)節(jié)電壓為13.8~14.6V。

 

圖7  充電機(jī)電子式調(diào)節(jié)器電路圖

 

● JFT105型電子調(diào)節(jié)器

      JFT105型電子調(diào)節(jié)器是分離元件內(nèi)搭鐵式的12V 調(diào)節(jié)器。該調(diào)節(jié)器是國(guó)內(nèi)早期產(chǎn)品，內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，與內(nèi)搭鐵式硅整流發(fā)電機(jī)配套。

● 集成電路調(diào)節(jié)器

      集成電路式調(diào)節(jié)器一般是將集成電路與部分不便于集成的電子元件焊接在一起。其工作原理與晶體管調(diào)節(jié)器相同，這種調(diào)節(jié)器具有體積小、質(zhì)量輕、調(diào)節(jié)精度高等優(yōu)點(diǎn)，可將其裝在發(fā)電機(jī)內(nèi)部，形成整體式發(fā)電機(jī)。

 

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