摘要：柴油發(fā)電機充電系統(tǒng)由蓄電池、發(fā)電機、調(diào)節(jié)器及充電狀態(tài)指示裝置組成。充電機作為柴油發(fā)電機運行中的主電源，擔負著向起動系之外所有用電設(shè)備供電和向蓄電池充電的任務。由于充電機是由發(fā)動機經(jīng)傳動帶驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的，當發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化時，充電機輸出電壓是變化的。為滿足柴油發(fā)電機用電設(shè)備用電及向蓄電池充電的恒定電壓要求，所以柴油發(fā)電機充電系統(tǒng)設(shè)有電壓調(diào)節(jié)器。

 

一、硅整流發(fā)電機主要部件

 

      硅整流發(fā)電機基本原理是由一臺三相同步交流發(fā)電機和硅二極管整流器構(gòu)成，發(fā)電機工作時產(chǎn)生的三相交流電通過整流器進行三相橋式全波整流后轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟９枵靼l(fā)電機主要由轉(zhuǎn)子、定子、整流器、前后端蓋、風扇及皮帶輪、電刷及電刷架等6個部分組成。其外觀如圖1、圖2所示。

 

圖1  硅整流發(fā)電機模型后視圖

圖2  硅整流充電機模型側(cè)視圖

 

1．轉(zhuǎn)子

      普通硅整流發(fā)電機轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子軸、勵磁繞組、鐵心、爪形磁極、集電環(huán)等組成，由低碳鋼制成的兩塊六爪磁極壓裝在轉(zhuǎn)子軸上，腔內(nèi)裝有導磁用的鐵心（也稱磁軛）。

（1）鐵心上繞有勵磁繞組，勵磁繞組的兩根引線分別焊在兩個壓裝在軸上與軸絕緣的集電環(huán)上。集電環(huán)與裝在后端蓋內(nèi)的兩個電別相接觸。

（2）兩個電刷通過引線分別接在兩個螺釘接線柱上。這兩個接線柱即為發(fā)電機的“F”（磁場）接線柱和“一”（搭鐵）接線柱。

（3）當這兩個接線柱與直流電源相接時，便有電流流過勵磁繞組，從而產(chǎn)生了十二極磁場。

2．定子

      定子也稱“電樞”，由定子鐵心和定子繞組組成，如圖3所示。

（1）定子鐵芯合由相互絕緣的內(nèi)圓帶嵌線槽的圈環(huán)狀硅鋼片疊成。

（2）嵌線槽內(nèi)嵌入三相對稱的定子繞組。繞組的接法有星形、三角形兩種方式。

（3）一般硅整流發(fā)電機都采用星形連接，即每相繞組的首端分別與整流器的硅二極管相接，每相燒組的尾端接在一起，形成中性點（N ）。

3．整流器

       整流器的作用是把三相同步交流發(fā)電機產(chǎn)生的三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電輸出，它一般用六個硅二極管接成三相橋式全波整流電路。有些硅整流發(fā)電機還有小功率腸磁二極管和中性點二極管。硅整流發(fā)電機用整流二極管分正極二極管和負極二極管兩種。

（1）正極二極管的中心引線為二極管的正極，外殼為負極，管殼底部一般標有紅色標記。正極二極管的外殼壓裝成焊裝在元件板上，共同組成發(fā)電機的正極，由一個與后端蓋絕緣的元件板固定螺栓通至機殼外，成為發(fā)電機的“電樞”接線柱以B（或“+”）。

（2）負極二極管的中心引線為二極管的負極，外殼為正極，管殼底部一般有黑色標記。三個負極管的外殼壓裝或焊接在另一元件板上（有些壓裝在后端蓋的三個孔內(nèi)），和發(fā)電機外殼一起成為發(fā)電機的負極，圖4—10 為大功率整流二極管的封裝示意圖。

      有些硅整流發(fā)電機的整流器采用九只二極管，增加的三只小功率二極，專門用來供給勵磁電流，這樣可以提高發(fā)電機的電壓調(diào)節(jié)精度。勵磁二極管，還可以控制充電指示燈。

4．前后端蓋

      硅整流發(fā)電機的前、后端蓋均用鋁合金鑄造而成。鋁合金為非導磁材料，可以減少漏磁，另外它還有質(zhì)量輕、散熱性能好的優(yōu)點。在后端蓋上裝有電刷組件，電刷組件由電劇、電劇架和電刷彈簧組成。

（1）電刷是用銅粉和石墨粉模壓而成，電刷架用酚醛玻璃纖維塑料模壓而成。

（2）電刷安裝在電刷架的孔內(nèi)，借彈簧張力使電刷與集電環(huán)保持良好接觸。

（3）電刷組件的安裝形式有外裝式和內(nèi)裝式兩種，為外裝式結(jié)構(gòu)電刷的拆裝和更換在電機外部即可進行，拆裝檢修十分方便，因此被普遭采用。內(nèi)裝式電刷組件的電刷拆裝是在電機內(nèi)部進行的，由于拆裝不便，因此已很少采用。

 

圖3  交流發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子截面圖

圖4  充電發(fā)電機整流器

 

 

二、調(diào)節(jié)器工作原理

充電機又稱硅整流發(fā)電機，其結(jié)構(gòu)形式多種多樣。柴油機配用的充電機機常帶有真空系，稱帶泵型發(fā)電機；若調(diào)節(jié)器置于發(fā)電機內(nèi)，則稱整體式發(fā)電機；按整流二極管的多少來分，到有六份、八管、九管、十一管發(fā)電機；按勵磁繞組搭鐵方式不同，又分內(nèi)搭鐵式和外搭鐵式兩種。

硅整流發(fā)電機由柴油發(fā)電機帶動，其轉(zhuǎn)速隨柴油發(fā)電機的轉(zhuǎn)速在一個很大的范圍內(nèi)變動。硅整流發(fā)電機的轉(zhuǎn)速高，其發(fā)出的電壓高；轉(zhuǎn)速低，其發(fā)出的電壓也低，為了保持硅整流發(fā)電機的端電壓的基本穩(wěn)定，必須設(shè)置電壓調(diào)節(jié)器。

硅整流發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器可分為電磁振動觸點式電壓調(diào)節(jié)器、晶體管電壓調(diào)節(jié)器和集成電路電壓調(diào)節(jié)器三種。其中，電磁振動觸點式調(diào)節(jié)器按觸點對數(shù)分，有一對觸點振動工作的單級式和二對觸點交替振動工作的雙級式兩種。目前，雙級電磁振動式電壓調(diào)節(jié)器和晶體管電壓調(diào)節(jié)器應用最為廣泛。

 

三、雙級電磁振動式電壓調(diào)節(jié)器

雙級電磁振動式電壓調(diào)節(jié)器。它具有兩對觸點，中間觸點是固定的，下動觸點常閉，稱為低速觸點，上動觸點常開，稱為高速觸點。調(diào)節(jié)器設(shè)有3個電阻：附加電阻R1、助振電阻R2和溫度補償電阻R3。

電壓調(diào)節(jié)器的固定觸點通過支架1和磁場接線柱與發(fā)電機轉(zhuǎn)子中的勵磁線圈相連。

下動觸點臂3則通過支架1和電樞接線柱及發(fā)電機正極接線柱相通。繞在鐵芯上的線圈一端搭鐵，另一端則通過電阻與電樞接線柱相連。現(xiàn)按照發(fā)電機不同情況說明其工作原理。

閉合電源開關(guān)，當發(fā)電機轉(zhuǎn)速較低，發(fā)電機電壓低于蓄電池電壓時，蓄電池的電流同時流經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器線圈和勵磁線圈。流經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器線圈的電路為：蓄電池正極分電流表分電源開關(guān)分電壓調(diào)節(jié)器電樞接線柱分IR2分電壓調(diào)節(jié)器線圈分IR3分搭鐵分蓄電池負極。

電流流入電壓調(diào)節(jié)器線圈產(chǎn)生一定的電磁吸力，但不能克服彈簧張力，故低速觸點仍閉合。這時流經(jīng)勵磁線圈電流的電路為：蓄電池正極分電流表分電源開關(guān)分調(diào)節(jié)器電樞接線柱框架分下動觸點分固定觸點支架分電壓調(diào)節(jié)器磁場接線柱分發(fā)電機接線柱分電刷和滑環(huán)分勵磁線圈分滑環(huán)和電刷分發(fā)電機負極分搭鐵分蓄電池負極。

當硅整流發(fā)電機轉(zhuǎn)速升高，發(fā)電機電壓高于蓄電池電壓時，發(fā)電機向用電設(shè)備和蓄電池供電。同時向勵磁線圈和調(diào)節(jié)器線圈供電。

當硅整流發(fā)電機轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，發(fā)電機電壓達到額定值時，調(diào)節(jié)器線圈的電壓增高，電流增大，電磁吸力加強，鐵芯的磁力將下動觸點吸下，使觸點斷開，磁場線圈電路不經(jīng)框架，而經(jīng)電阻R2與R1。由于電路中串入R2和R1，使勵磁電流減小，磁場減弱，發(fā)電機輸出電壓隨之下降。這時的勵磁線路為：發(fā)電機正極分電源開關(guān)分電樞接線柱分電阻R2分電阻&分磁場接線柱分勵磁線圈分發(fā)電機負極。

發(fā)電機電壓降低后，通過調(diào)壓器線圈的電流減小，鐵芯吸力減弱，觸點在彈簧作用下重新閉合。勵磁電流增加，電壓又升高，使觸點再次打開。如此反復開閉，從而使發(fā)電機的電壓維持在規(guī)定范圍內(nèi)。

發(fā)電機轉(zhuǎn)速再增高使電壓超過允許值時，由于鐵芯吸力繼續(xù)增大，將下動觸點臂吸得更低，并帶動上動觸點臂下移與固定觸點相碰，觸點閉合，這時勵磁電路被短路，勵磁電流直接通過觸點和上動觸點臂而搭鐵，勵磁線圈中電流劇降，發(fā)電機靠剩磁發(fā)電。因此電壓也迅速下降。同時由于電壓下降，鐵芯吸力隨之減小，觸點又分開，電壓又回升，如此不斷反復，高速觸點振動，使發(fā)電機電壓保持穩(wěn)定。

由于觸點式電壓調(diào)節(jié)器在觸點分開時觸點之間會產(chǎn)生電火花，以及其機械裝置的固有缺點，目前已逐漸被晶體管電壓調(diào)節(jié)器所代替。

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