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故障檢查與技術維護 |
硅整流發電機不充電或電流小的故障檢查 |
摘要：硅整流發電機是柴油發電機組電氣系統的核心部件之一，它負責為柴油發電機組的控制系統和電氣設備提供穩定的電力。然而，在柴油發電機組使用過程中，充電發電機也可能會出現各種故障，給設備的使用帶來不便。因此，了解硅整流發電機的常見故障及處理方法，對于保障用電安全和延長充電發電機使用壽命具有重要意義。
一、無刷充電機的特點
1、工作原理
目前使用最多的是爪極式無刷硅整流充電發電機，結構如圖1所示。其特點是勵磁繞組通過磁軛托架3固定在后端蓋上。兩個爪極中只有一個爪極（b）直接固定在發電機結子軸上，另一個爪極（a）常用的固定方法有兩種，一種方法是用非導磁材料焊接（如銅焊焊接）固定在爪極（b）上；另一種方法是用非導磁連接環固定在爪極（b）上。當驅動帶輪帶動轉子軸轉動時，一個爪極就帶動另一爪極在定子內一起轉動。在爪極（b）的軸向制有一個大圓孔，磁軛托架由此圓孔伸入爪極的空腔內。在磁軛托架與爪極以及與轉子磁軛之間均需留出附加間隙Gr、Gp，以便轉子自由轉動。
2、磁場
爪極式無刷硅整流充電發電機的磁路：
當磁場繞組中有直流電流通過時，其主磁通路徑由轉子磁軛出發，經附加間隙Gy→磁軛托架→附加間隙Gr→左邊爪極的磁極N→主氣隙G→定子鐵心→主氣隙G→右邊的磁極S→轉子磁軛形成閉合回路
由主磁通路徑可見；爪形磁極的磁涌是單向通道，即左邊爪極的磁極全是N極，右邊的爪極的磁極全是S極，或者相反，這樣在轉子旋轉時，磁力線便交替穿過定子鐵心，定子槽中的三相繞組就會感應產生交變電動勢，形成三相交流電，經整流器整流后變為直流電供用電設備使用。
3、爪極式無刷充電機的優點
外形如圖2所示。其結構簡單、維護工作量少，工作可靠性高，可在潮濕和多塵環境中工作，工作時無火花，減小了無線電干擾。其缺點是：兩塊爪極之間聯接的制造工藝要求高。此外，由于主磁通路徑中增加了兩個附加間隙，因此在輸出功率相同的情況下，必須增大通過磁場繞組的電流，這對控制磁場電流的調節器就提出了更高的要求。
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圖1 爪極式發電機結構圖 |
圖2 硅整流發電機外形圖 |
二、充電發電機故障原因
1、電氣故障
電氣故障是無刷充電發電機常見的故障之一。可能是由于電線接觸不良、線路短路、斷路或者絕緣損壞等問題導致。
解決方法：檢查發電機的電氣連接是否牢固，確保電線連接良好，沒有松動或脫落。檢查電線和連接器是否受損，并進行修復或更換。
2、電子元件故障
無刷充電發電機中包含了多個電子元件，如穩壓器、整流器、電容器等。如果其中的任何一個元件出現故障，都可能導致發電機停止工作或性能下降。
解決方法：通過檢查電子元件的工作狀態，例如使用儀器測量電壓和電流等參數，來確定是否有故障元件。對于有問題的元件，需要進行更換或修復。
3、磁場問題
無刷充電發電機中的磁場起著關鍵的作用。如果磁場不穩定或失去磁性，發電機就無法正常工作。
解決方法：檢查發電機的磁鐵是否磁化良好，并確保定子和轉子之間的間隙適當。如果發現磁鐵損壞或磁性喪失，需要進行修復或更換。
4、冷卻系統問題
無刷充電發電機在工作過程中會產生熱量，如果冷卻系統故障或不足以散熱，可能導致發電機溫度過高，進而引發故障。
解決方法：檢查發電機的冷卻系統，包括冷卻水、散熱器、水泵等部件。確保冷卻系統運行正常，并且冷卻水循環順暢。
5、軸承故障
無刷充電發電機的軸承負責支撐轉子的旋轉運動，如果軸承出現磨損、松動或過熱等問題，會導致發電機故障。
解決方法：檢查軸承的狀態，確保軸承潤滑良好。如有必要，進行軸承的更換或維修。
三、充電發電機故障檢查方法
充電機的故障一般是由于勵磁線圈開路或短路、二極管擊穿短路、發電機磁場接線柱與調節器之間的連接線出現接線錯誤或線路接觸不良所致。充電電流太小，一般是由于調節器彈簧調整不當、個別二極管引線脫焊斷開使電樞線圈一相或兩相開路、電刷與滑環接觸不良等所造成的。其檢查方法如下。
1、檢查調節器
查硅整流發電機的外部接線柱與調節器各接線柱間的連線是否有接錯現象。如果有，則應糾正。若接線正確，則檢查調節器附加電阻和內部線包是否損壞。附加電阻和內部線包在調節器中的位置。
（1）調節器原理
充電發電機是由柴油機按固定傳動比驅動旋轉的，其轉速高低取決于柴油機的轉速。由充電發電機每相繞組產生的感應電動勢中。
U=E=CenΦ
式中，C——電機結構常數；
n——轉速（r/min）；
Φ——每極磁通（Wb）。
由上式可知：
每相繞組的感應電動勢E的大小與發電機轉速n和每極磁通中的乘積成正比。在發電機運行過程中，柴油機轉速隨機發生變化，因此發電機輸出電壓必然隨著柴油機轉速的變化而變化。若發電機端電壓變化無常，將使機上用電設備無法正常使用，甚至燒壞用電設備，造成故障。
（2）調節電壓方法
可以通過調節磁場電流，使磁極磁通強度改變；或發電機轉速改變時，反向調節磁場電流，從而使發電機輸出電壓保持相對恒定。
即：恒定E=Cen↓Φ↑；恒定E=Cen↑Φ↓
當柴油機轉速一定時的電壓調節過程如圖4所示。
當發電機轉速n達到一定值（即：n=Ce=常數），其輸出電壓U達到調節電壓上限U2時，調節器開始進行調節并使磁場電流Ic減小，因此磁通Φ減弱，電動勢E下降，輸出電壓隨之下降，當輸出電壓路到洞節電壓下限值U1時，調節器又進行調節并使磁場電流，增大，因此磁通Φ增強電動勢E升高，輸出電壓隨之升高；當輸出電壓升高到調節電壓上限值U2時，調節器重復上述過程，使發電機輸出電壓U在調節電壓上下限U1、U2之間脈動，從而保持平均電壓U相對恒定。上述電壓調節過程可簡要表達為：
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圖3 硅整流發電機調節器電路原理圖 |
圖4 發電機調壓過程曲線圖 |
2、電刷的檢修
（1）外觀檢查
取出電刷，檢查電刷是否出現嚴重磨損或表面磨損不均的現象，如是則必須更換；
（2）測量電刷長度
如圖5所示，使用游標卡尺測量兩個電刷的長度，最小值為2.0mm左右，如果任何一個電刷的磨損超過極限，應更換所有電刷或電刷架總成。
（3）電刷彈簧的檢查
使用彈簧管壓力計測量電刷彈簧力。如圖6所示，2mm電刷端子凸起處彈簧壓力計讀數一般為2.0N左右。若不在規定的范圍內，則應更換電刷彈簧。
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圖5 發電機電刷長度的測量 |
圖6 發電機電刷彈簧力測量 |
3、轉子的檢查
① 檢查集電環表面的情況。如果集電環表面粗糙，應使用精細砂紙磨平；
② 如圖7所示，使用萬用表測量集電環之間的電阻，集電環之間電阻應為1.9~2.2Ω（20℃）。如果不在規定范圍內，應更換轉子；
③ 如圖8所示，使用萬用表檢測轉子，應該不導通。如果導通，應更換轉子。
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圖7 發電機集電環之間的電阻測量 |
圖8 發電機轉子檢查 |
4、測量阻值
用萬用表電阻檔測量發電機各接線柱間的阻值，以此來判斷發電機內部線路是否有開路或短路等故障。其測量方法是，先把發電機各個接線柱上的接線拆下來，再用萬用表分別測量“+”與“-”兩個接線柱之間的阻值和“+”與“-”、“+”與“F”之間的正、反向阻值。根據測量結果判斷發電機內部工作情況。
（1）用萬用表的表筆分別搭接“F”接線柱與“-”接線柱，JF-350W28V硅整流發電機的電阻值應在60、100Ω范圍內。若測得的電阻值大于100則說明碳刷與滑環接觸不良或有開路。正常情況下，碳刷與滑環的接觸面積應在85％以上，而且彈簧要有一定壓力。
（2）測量“+”與“-”兩接線柱之間的正向阻值。
將萬用表的轉換開關撥至電阻R×1擋（數字式萬用表應撥至二極管擋），測量時，用黑表筆搭在有紅色標記引線的二極管上，紅表筆搭在金屬面板上，用普通萬用表測試時，表針的指示應為幾十歐；用數字式萬用表測試時，萬用表會發出蜂鳴聲。然后將紅表筆搭在有紅色標記引線的二極管上，黑表筆搭在金屬面板，普通萬用表和數字萬用表的指示值在10以上時，說明硅二極管工作正常。若測得的正、反向電阻值都較大時，則說明二極管內部開路。如果測得正、反向電阻值都很小，則可判斷二極管內部短路。無論二極管內部發生短路或開路都應更換新的二極管。
總結：
普通硅整流充電發電機因為有電刷和滑環的長期接觸，磨損、燒蝕現象難以避免，會造成勵磁電流不穩定或不發電等故障，增加了維修工作量。而采用無刷硅整流充電發電機，將勵磁線圈固定在定子上，避免了勵磁電流的動態接觸，故省去了滑環和電刷，使結構簡單，減少了故障，提高了工作可靠性。以上是充電發電機常規檢查的方法，具體檢查方法還需要根據不同發電機的型號和使用情況進行相應調整。為了確保充電發電機的正常運行和延長使用壽命，建議定期進行維護保養，并委托康明斯售后工程師進行檢查和維修。
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