性能特點和作用說明

康明斯發電機組硅整流發電機作用和原理結構圖

 

摘要：蓄電池充電發電機有直流發電機和硅整流發電機兩種，目前柴油發電機上應用較廣泛的是硅整流發電機。當柴油發電機工作時，硅整流發電機經六只硅二極管三相全波整流后，與配套的充電發電機調節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電機和充電機電壓調節器的工作原理、作用、產品分類以及部件構造的相關知識點。

 

一、硅整流發電機的構造與原理

 

1、工作原理

      硅整流發電機原理如圖1所示。當電源開關接通時，蓄電池電流通過上方調節器流向發電機的勵磁線圈，勵磁線圈周圍便產生磁通，大部分磁通通過磁軛和爪形磁極形成N極，再穿過轉子與定子之間的空氣隙，經過定子的齒部和軛部，然后再穿過空氣隙，進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，這部分稱為漏磁通。

      當轉子磁極在定子內旋轉時，轉子的N極和s極在定子內交替通過，使定子繞組切割磁力線而產生交流感應電動勢。三相繞組所產生的交流電動勢相位差為120°，所發出的三相交流電經6只二極管三相全波整流后，即可在發電機正負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  硅整流發電機原理示意圖

圖2  硅整流發電機特性曲線圖

 

2、部件構造

      硅整流發電機與并勵直流發電機相比具有體積小、重量輕、結構簡單、維修方便、使用壽命長、柴油發電機低速時充電性能好、相匹配的調節器結構簡單等優點。硅整流發電機主要由定子、轉子、外殼及硅整流器等四部分組成。

（1）轉子

      轉子是發電機的磁場部分，由勵磁線圈、磁極和集電環組成。磁極形狀像爪子，故稱為爪極。每一爪極上沿圓周均布數個（4、5、6或7個）鳥嘴形極爪。爪極用低碳鋼板沖制而成，或用精密鑄造鑄成。每臺發電機有兩個爪極，它們相互嵌人。爪極中間放人勵磁線圈，然后壓裝在轉子軸上，當線圈通電后爪極即成為磁極。轉子上的集電環（滑環）由兩個彼此絕緣且與軸絕緣的銅環組成。勵磁線圈的兩個端頭分別接在兩個集電環上，兩個集電環與裝在刷架（與殼體絕緣）上的兩個電刷相接觸，以便將發電機輸出的經整流后的電流部分引人勵磁線圈中。

（2）定子

      定子由沖有凹槽的硅鋼片疊成，定子槽內嵌人三相繞組，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）至發電機外部作為正極，而發電機外殼作為負極。直流電流從發電機的電樞接線柱輸出，經用電設備后至柴油發電機機體，然后到發電機外殼。

 

圖3  發電機整流器結構與接線

圖4  三相發電機整流電路圖

 

3、充電機的分類

 表1  柴油機充電機類型及產品代碼

 

二、電壓調節器的原理與類型

 

1、電壓調節器的基本原理

      發電機組在運行過程中，發動機轉速變化范圍很大，由于發電機與發動機的傳動比是固定的，所以發電機的轉速將隨發動機轉速的變化而變化，發電機的端電壓也將隨發動機的轉速變化而在很大范圍內變化。充電機在對用電氣設備供電和向蓄電池充電時，都要求其電壓穩定，因此必須對發電機的輸出電壓進行調節，使之保持在某一數值上基本不變。

      由于發電機的輸出電壓U=Crcc，對某一臺發電機，C是常數。在工作過程中，轉速n是不斷變化的，要使發電機端電壓保持不變，可以通過改變磁通少的大小來進行調節，而磁通的大小是由勵磁電流決定的。因此，當發電機轉速增高時，可以減小勵磁電流使磁通減小，保持發電機的輸出電壓不變；反之，當發電機轉速降低時，增大勵磁電流。因此電壓調節器的作用就是在發電機轉速變化時，自動改變勵磁電流的大小，使發電機輸出電壓保持不變。

2、電壓調節器的類型

      電壓調節器分為觸點式和電子式兩類，觸點式又有雙級式和單級式之分，電子式又分為晶體管式與集成電路式兩種。

（1）觸點式電壓調節器

● 雙級觸點式調節器

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

● 單級觸點式調節器

      如圖6所示。FT111型單級觸點式調節器的增加了一個退磁線圈L2。L2的一端與固定觸點臂相連接，另一端通過退磁二極管V搭鐵，在觸點K的兩端還接入了電容器C。它只有一級調節電壓，其電壓調節原理與雙級式調節器低速觸點的工作情況相似。退磁回路的作用如下∶

○ 電路中接入Lz與V后，當觸點斷開時，發電機勵磁繞組產生的自感電動勢自勵磁繞組搭鐵端，經二極管V，L2回到磁場繞組另一端形成回路，使觸點斷開時的火花明顯減弱。

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

○ 電容器C的作用是在觸點斷開時，感生電動勢對電容器充電，使火花減小，延長了觸點壽命，減小了無線電干擾。

 

圖5  充電機雙級觸點式調節器電路圖

圖6  充電機單級觸點式調節器電路圖

 

（2）電子式電壓調節器

      如圖7所示。電子調節器按所配套發電機勵磁繞組的搭鐵形式不同可分為內搭式和外搭鐵式。按元件的組合形式不同可分為分立元件式和集成電路式。分立元件式調節器就是將二極管、三極管、穩壓管、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。電子調節器種類繁多，但基本工作原理相同。都是根據發電機端電壓的變化，使穩壓管及時地導通或截止，進一步控制大功率晶體管飽和導通與截止，接通或切斷發電機勵磁電流，使發電機端電壓保持不變。

● JFT106型調節器

      JFT106型調節器是分立元件外搭鐵式調節器。它與14V，750W發電機配套使用。調節電壓為13.8~14.6V。

 

圖7  充電機電子式調節器電路圖

 

● JFT105型電子調節器

      JFT105型電子調節器是分離元件內搭鐵式的12V 調節器。該調節器是國內早期產品，內部結構比較簡單，與內搭鐵式硅整流發電機配套。

● 集成電路調節器

      集成電路式調節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節器相同，這種調節器具有體積小、質量輕、調節精度高等優點，可將其裝在發電機內部，形成整體式發電機。

 

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