摘要：柴油發(fā)電機充電系統由蓄電池、發(fā)電機、調節器及充電狀態(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(zhù)向起動(dòng)系之外所有用電設備供電和向蓄電池充電的任務(wù)。由于充電機是由發(fā)動(dòng)機經(jīng)傳動(dòng)帶驅動(dòng)旋轉的，當發(fā)動(dòng)機轉速變化時(shí)，充電機輸出電壓是變化的。為滿(mǎn)足柴油發(fā)電機用電設備用電及向蓄電池充電的恒定電壓要求，所以柴油發(fā)電機充電系統設有電壓調節器。

 

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成，發(fā)電機工作時(shí)產(chǎn)生的三相交流電通過(guò)整流器進(jìn)行三相橋式全波整流后轉變?yōu)橹绷麟?。硅整流發(fā)電機主要由轉子、定子、整流器、前后端蓋、風(fēng)扇及皮帶輪、電刷及電刷架等6個(gè)部分組成。其外觀(guān)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視圖

 

1．轉子

      普通硅整流發(fā)電機轉子由轉子軸、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子軸上，腔內裝有導磁用的鐵心（也稱(chēng)磁軛）。

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

（2）兩個(gè)電刷通過(guò)引線(xiàn)分別接在兩個(gè)螺釘接線(xiàn)柱上。這兩個(gè)接線(xiàn)柱即為發(fā)電機的“F”（磁場(chǎng)）接線(xiàn)柱和“一”（搭鐵）接線(xiàn)柱。

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

2．定子

      定子也稱(chēng)“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圓帶嵌線(xiàn)槽的圈環(huán)狀硅鋼片疊成。

（2）嵌線(xiàn)槽內嵌入三相對稱(chēng)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(diǎn)（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)生的三相交流電轉換成直流電輸出，它一般用六個(gè)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(diǎn)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(xiàn)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(gè)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(xiàn)柱以B（或“+”）。

（2）負極二極管的中心引線(xiàn)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(gè)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(gè)孔內），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(zhuān)門(mén)用來(lái)供給勵磁電流，這樣可以提高發(fā)電機的電壓調節精度。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(diǎn)。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，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裝式兩種，為外裝式結構電刷的拆裝和更換在電機外部即可進(jìn)行，拆裝檢修十分方便，因此被普遭采用。內裝式電刷組件的電刷拆裝是在電機內部進(jìn)行的，由于拆裝不便，因此已很少采用。

 

圖3  交流發(fā)電機定子和轉子截面圖

圖4  充電發(fā)電機整流器

 

 

二、調節器工作原理

充電機又稱(chēng)硅整流發(fā)電機，其結構形式多種多樣。柴油機配用的充電機機常帶有真空系，稱(chēng)帶泵型發(fā)電機；若調節器置于發(fā)電機內，則稱(chēng)整體式發(fā)電機；按整流二極管的多少來(lái)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(dòng)，其轉速隨柴油發(fā)電機的轉速在一個(gè)很大的范圍內變動(dòng)。硅整流發(fā)電機的轉速高，其發(fā)出的電壓高；轉速低，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定，必須設置電壓調節器。

硅整流發(fā)電機電壓調節器可分為電磁振動(dòng)觸點(diǎn)式電壓調節器、晶體管電壓調節器和集成電路電壓調節器三種。其中，電磁振動(dòng)觸點(diǎn)式調節器按觸點(diǎn)對數分，有一對觸點(diǎn)振動(dòng)工作的單級式和二對觸點(diǎn)交替振動(dòng)工作的雙級式兩種。目前，雙級電磁振動(dòng)式電壓調節器和晶體管電壓調節器應用最為廣泛。

 

三、雙級電磁振動(dòng)式電壓調節器

雙級電磁振動(dòng)式電壓調節器。它具有兩對觸點(diǎn)，中間觸點(diǎn)是固定的，下動(dòng)觸點(diǎn)常閉，稱(chēng)為低速觸點(diǎn)，上動(dòng)觸點(diǎn)常開(kāi)，稱(chēng)為高速觸點(diǎn)。調節器設有3個(gè)電阻：附加電阻R1、助振電阻R2和溫度補償電阻R3。

電壓調節器的固定觸點(diǎn)通過(guò)支架1和磁場(chǎng)接線(xiàn)柱與發(fā)電機轉子中的勵磁線(xiàn)圈相連。

下動(dòng)觸點(diǎn)臂3則通過(guò)支架1和電樞接線(xiàn)柱及發(fā)電機正極接線(xiàn)柱相通。繞在鐵芯上的線(xiàn)圈一端搭鐵，另一端則通過(guò)電阻與電樞接線(xiàn)柱相連?，F按照發(fā)電機不同情況說(shuō)明其工作原理。

閉合電源開(kāi)關(guān)，當發(fā)電機轉速較低，發(fā)電機電壓低于蓄電池電壓時(shí)，蓄電池的電流同時(shí)流經(jīng)電壓調節器線(xiàn)圈和勵磁線(xiàn)圈。流經(jīng)電壓調節器線(xiàn)圈的電路為：蓄電池正極分電流表分電源開(kāi)關(guān)分電壓調節器電樞接線(xiàn)柱分IR2分電壓調節器線(xiàn)圈分IR3分搭鐵分蓄電池負極。

電流流入電壓調節器線(xiàn)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(diǎn)仍閉合。這時(shí)流經(jīng)勵磁線(xiàn)圈電流的電路為：蓄電池正極分電流表分電源開(kāi)關(guān)分調節器電樞接線(xiàn)柱框架分下動(dòng)觸點(diǎn)分固定觸點(diǎn)支架分電壓調節器磁場(chǎng)接線(xiàn)柱分發(fā)電機接線(xiàn)柱分電刷和滑環(huán)分勵磁線(xiàn)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)電機轉速升高，發(fā)電機電壓高于蓄電池電壓時(shí)，發(fā)電機向用電設備和蓄電池供電。同時(shí)向勵磁線(xiàn)圈和調節器線(xiàn)圈供電。

當硅整流發(fā)電機轉速繼續升高，發(fā)電機電壓達到額定值時(shí)，調節器線(xiàn)圈的電壓增高，電流增大，電磁吸力加強，鐵芯的磁力將下動(dòng)觸點(diǎn)吸下，使觸點(diǎn)斷開(kāi)，磁場(chǎng)線(xiàn)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(chǎng)減弱，發(fā)電機輸出電壓隨之下降。這時(shí)的勵磁線(xiàn)路為：發(fā)電機正極分電源開(kāi)關(guān)分電樞接線(xiàn)柱分電阻R2分電阻&分磁場(chǎng)接線(xiàn)柱分勵磁線(xiàn)圈分發(fā)電機負極。

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

發(fā)電機轉速再增高使電壓超過(guò)允許值時(shí)，由于鐵芯吸力繼續增大，將下動(dòng)觸點(diǎn)臂吸得更低，并帶動(dòng)上動(dòng)觸點(diǎn)臂下移與固定觸點(diǎn)相碰，觸點(diǎn)閉合，這時(shí)勵磁電路被短路，勵磁電流直接通過(guò)觸點(diǎn)和上動(dòng)觸點(diǎn)臂而搭鐵，勵磁線(xiàn)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(shí)由于電壓下降，鐵芯吸力隨之減小，觸點(diǎn)又分開(kāi)，電壓又回升，如此不斷反復，高速觸點(diǎn)振動(dòng)，使發(fā)電機電壓保持穩定。

由于觸點(diǎn)式電壓調節器在觸點(diǎn)分開(kāi)時(shí)觸點(diǎn)之間會(huì )產(chǎn)生電火花，以及其機械裝置的固有缺點(diǎn)，目前已逐漸被晶體管電壓調節器所代替。

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