新聞主題	康明斯柴油發(fā)動機無刷充電機的工作原理

 

 摘要：柴油發(fā)電機組充電系統(tǒng)由充電機、調(diào)節(jié)器和充電狀態(tài)指示裝置組成。充電機作為啟動運行中的主要電源，擔(dān)負(fù)著向啟動系以外所有用電設(shè)備供電的任務(wù)，并向蓄電池充電。交流發(fā)電機具有輸出功率大、低速充電性能好、所配用的調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)簡單且無整流火花、對無線電干擾小等特點，適應(yīng)了柴油發(fā)電機組對電源的要求。

 

一、充電機工作原理

 

1、工作原理

      如圖1所示是交流發(fā)電機的工作原理圖。發(fā)電機的三相定子繞組按一定規(guī)律分布在發(fā)電機的定子槽中，彼此相差120°電角度，且匝數(shù)相等。三相繞組的首端分別接在整流器上，其末端連在一起，呈星形連接。

      當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場繞組接通直流電時，產(chǎn)生了磁場，使轉(zhuǎn)子軸上的兩塊爪形磁極被磁化。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，形成旋轉(zhuǎn)磁場，磁力線被定子繞組切割。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，勢必在定子三相繞組中產(chǎn)生頻率相同、振幅相等、相位互差120°的正弦交流電動勢。每相繞組的電動勢的有效值E與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n以及磁極磁通中成正比，即：

E=C_enØ

式中：E——每相繞組中電動勢的有效值（V）；

C——電機結(jié)構(gòu)常數(shù)；

n——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速（r/min）；

Ø——每極磁通（Wb）

2、充電過程

      當(dāng)充電發(fā)電機被柴油發(fā)電機組的發(fā)動機帶動時，發(fā)電機跟隨旋轉(zhuǎn)，這時便有電壓和電流輸出，使蓄電池充電。柴油發(fā)電機組起動期間，充電機電壓小于蓄電池電壓時，整流二極管截止，充電機不能對外輸出，由蓄電池供給磁場電流。路徑為：蓄電池正極→點火開關(guān)SW→磁場繞組調(diào)節(jié)器→搭鐵→蓄電池負(fù)極。

說明：發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)方向為順時針方向，皮帶輪對準(zhǔn)自已。正極搭鐵。

3、搭鐵形式

① 內(nèi)搭鐵型交流發(fā)電機

      如圖2（a）所示，發(fā)電機磁場繞組的一端與發(fā)電機殼體連接的交流發(fā)電機。

② 外搭鐵型交流發(fā)電機

     如圖2（b）所示，發(fā)電機磁場繞組的一端經(jīng)點火開關(guān)接電源，另一端經(jīng)調(diào)節(jié)器后搭鐵的交流發(fā)電機。

 

圖1 硅整流發(fā)電機工作原理

圖2 發(fā)電機搭鐵形式.

 

二、充電機結(jié)構(gòu)

 

      充電發(fā)電機分有刷和無刷兩種，其結(jié)構(gòu)分別如圖3、圖4所示。以康明斯柴油機為例，通常采購無刷發(fā)電機。

1、勵磁繞組

      流入勵磁繞組的電流，在勵磁鐵心中建立一個帶狀的磁通量。這個帶狀磁通量沿著各個導(dǎo)磁元件環(huán)行，在整個磁回路中，這個磁通量將在勵磁繞組周圍找到一個最低磁阻的通道：勵磁電流產(chǎn)生的磁力線通過勵磁鐵心(磁軛托架)→輔助氣隙g1→轉(zhuǎn)子N極→主氣隙g→定子鐵心→主氣隙g→轉(zhuǎn)子S極→輔助氣隙g2→勵磁鐵心形成一個閉合的磁路系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)除轉(zhuǎn)子爪極外徑與定子內(nèi)表面之間的氣隙(稱為主氣隙)外，在閉合的磁路系統(tǒng)中，增加了兩個有相對運動的徑向附加氣隙，使閉合回路的磁阻增大。所以必須通過增加磁場繞組的激磁安匝來補有效磁通量所減小的部分，才能保證無刷交流充電機的輸出。

2、定子繞組

      隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，使通過定子鐵心的磁通量發(fā)生變化，定子繞組切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，定子繞組發(fā)出三相交流電壓，通過三相橋式整流電路整流成直流。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到1000r/min左右時，充電機應(yīng)能正常發(fā)電并對外輸出，經(jīng)濾波電容C后輸出28V直流電壓，充電機電壓大于蓄電池電壓，充電機自勵，并對蓄電池充電，或?qū)ζ渌?fù)載供電。N端通過VD4、VD5、VD6中的一個硅管整流，與對地端形成半波整流電壓，被稱為中性點電壓，其輸出信號為14V直流脈動電壓(最大負(fù)載不能超過2A)，N端可用于接轉(zhuǎn)速表。中性點電壓除了直流成分外，還含有交流成分，且幅值隨充電機的轉(zhuǎn)速而變，與中性點相連的二極管(VD10、VD11)就稱為中性點二極管。當(dāng)中性點二極管的正極管(VD11)電位最高或負(fù)極管(VD11)電位最低時，中性二極管亦處于正向?qū)ǎ蓪ν廨敵觯苡行Ю弥行渣c電壓來增加充電機的輸出功率。實踐證明，在交流充電機上安裝中性二極管后，輸出功率可增加10%～15%。

3、調(diào)節(jié)器

      定子繞組的三相交流電壓經(jīng)三相全橋整流后，經(jīng)調(diào)節(jié)器向勵磁繞組供電。調(diào)節(jié)器以通/斷方式調(diào)節(jié)勵磁電流，使充電機的輸出電壓保持在(28±0.3)V范圍內(nèi)波動，給蓄電池浮充電。充電機調(diào)節(jié)器電路主要由3個電阻R1、R2、R3，2個三極管VT1、VT2和1個穩(wěn)壓管VR組成。R1、R2，為分壓電阻，VT1為小功率三極管，接在大功率管的前一級，起功率放大作用，也稱前級放大。三極管VT2為大功率三極管，其集電極與充電機磁場繞組相連，磁場繞組為VT2負(fù)載，VT2導(dǎo)通時，磁場電流接通反之磁場電流切斷。因此，可以通過控制三極管VT2的導(dǎo)通與截止，改變磁場電流使充電機輸出電壓穩(wěn)定。

4、穩(wěn)壓二極管

      穩(wěn)壓二極管AVR是感受元件，其一端接三極管VT1的基極，另一端接分壓電阻R1、R2、以組成電壓檢測電路，監(jiān)測充電機電壓的變化。當(dāng)充電機的輸出電壓在分壓電阻R1上的電壓達(dá)到AVR的設(shè)定電壓時，AVR擊穿，VT1有基極電流使VT1導(dǎo)通，VT2截止，這就使充電機的F點不接地面切斷了磁場繞組的電路，充電機電壓便會下降。充電機電壓下降時又使VR、VT1截止，VT2導(dǎo)通，充電機電壓重又升高如此反復(fù)作用，使充電機端電壓被控制在一定的范圍內(nèi)。

      現(xiàn)在集成電路電壓調(diào)節(jié)器也被廣泛使用。用集成電路開發(fā)的電壓調(diào)節(jié)器體積很小，可方便地安裝在充電機的內(nèi)部與充電機組成一個整體，稱之為整體式交流充電機。集成電路調(diào)節(jié)器的基本工作原理與晶體管調(diào)節(jié)器完全一樣，都是根據(jù)充電機的電壓信號(輸入信號)，利用三極管的開關(guān)特性控制充電機的磁場電流以此達(dá)到穩(wěn)定充電機輸出電壓的目的。集成電路調(diào)節(jié)器有內(nèi)、外搭鐵之分，以外搭鐵形式居多。

 

圖3  無刷充電機結(jié)構(gòu)圖

圖4  有刷充電發(fā)電機結(jié)構(gòu)圖

 

三、康明斯充電機安裝與零件圖

 

       當(dāng)充電發(fā)電機上已經(jīng)安裝了整流器，充電發(fā)電機輸出的是直流脈動電壓，直接對接就可以了。下面具體說明一下：

（1）充電發(fā)電機M6螺絲是接電瓶+極的（有電流表的話接電流表+端，電流表- 極接電瓶+極）；

（2）充電發(fā)電機的F（磁場）就是充電發(fā)電機碳刷上的F接到充電發(fā)電機調(diào)節(jié)器的F（磁場），調(diào)節(jié)器上+接到點火開關(guān)打開的第一檔（這是給磁場送電的，它沒電充電發(fā)電機就不發(fā)電）；

（3）如果是有刷發(fā)電機，其充電發(fā)電機碳刷上還有一端是接搭鐵的，與充電發(fā)電機調(diào)節(jié)器是- 極連接，啟動柴油發(fā)電機組即可發(fā)電。

 

 

 

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