新聞主題	康明斯柴油發(fā)動(dòng)機無(wú)刷充電機的工作原理

 

 摘要：柴油發(fā)電機組充電系統由充電機、調節器和充電狀態(tài)指示裝置組成。充電機作為啟動(dòng)運行中的主要電源，擔負著(zhù)向啟動(dòng)系以外所有用電設備供電的任務(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、所配用的調節器結構簡(jiǎn)單且無(wú)整流火花、對無(wú)線(xiàn)電干擾小等特點(diǎn)，適應了柴油發(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律分布在發(fā)電機的定子槽中，彼此相差120°電角度，且匝數相等。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。

      當轉子磁場(chǎng)繞組接通直流電時(shí)，產(chǎn)生了磁場(chǎng)，使轉子軸上的兩塊爪形磁極被磁化。當轉子旋轉時(shí)，形成旋轉磁場(chǎng)，磁力線(xiàn)被定子繞組切割。根據電磁感應原理，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(dòng)勢。每相繞組的電動(dòng)勢的有效值E與轉子轉速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(dòng)勢的有效值（V）；

C——電機結構常數；

n——轉子轉速（r/min）；

Ø——每極磁通（Wb）

2、充電過(guò)程

      當充電發(fā)電機被柴油發(fā)電機組的發(fā)動(dòng)機帶動(dòng)時(shí)，發(fā)電機跟隨旋轉，這時(shí)便有電壓和電流輸出，使蓄電池充電。柴油發(fā)電機組起動(dòng)期間，充電機電壓小于蓄電池電壓時(shí)，整流二極管截止，充電機不能對外輸出，由蓄電池供給磁場(chǎng)電流。路徑為：蓄電池正極→點(diǎn)火開(kāi)關(guān)SW→磁場(chǎng)繞組調節器→搭鐵→蓄電池負極。

說(shuō)明：發(fā)電機的旋轉方向為順時(shí)針?lè )较?，皮帶輪對準自已?/span>正極搭鐵。

3、搭鐵形式

① 內搭鐵型交流發(fā)電機

      如圖2（a）所示，發(fā)電機磁場(chǎng)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(chǎng)繞組的一端經(jīng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)接電源，另一端經(jīng)調節器后搭鐵的交流發(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、充電機結構

 

      充電發(fā)電機分有刷和無(wú)刷兩種，其結構分別如圖3、圖4所示。以康明斯柴油機為例，通常采購無(wú)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(gè)帶狀的磁通量。這個(gè)帶狀磁通量沿著(zhù)各個(gè)導磁元件環(huán)行，在整個(gè)磁回路中，這個(gè)磁通量將在勵磁繞組周?chē)业揭粋€(gè)最低磁阻的通道：勵磁電流產(chǎn)生的磁力線(xiàn)通過(guò)勵磁鐵心(磁軛托架)→輔助氣隙g1→轉子N極→主氣隙g→定子鐵心→主氣隙g→轉子S極→輔助氣隙g2→勵磁鐵心形成一個(gè)閉合的磁路系統。這種結構除轉子爪極外徑與定子內表面之間的氣隙(稱(chēng)為主氣隙)外，在閉合的磁路系統中，增加了兩個(gè)有相對運動(dòng)的徑向附加氣隙，使閉合回路的磁阻增大。所以必須通過(guò)增加磁場(chǎng)繞組的激磁安匝來(lái)補有效磁通量所減小的部分，才能保證無(wú)刷交流充電機的輸出。

2、定子繞組

      隨著(zhù)轉子的旋轉，使通過(guò)定子鐵心的磁通量發(fā)生變化，定子繞組切割磁力線(xiàn)而產(chǎn)生感應電動(dòng)勢，定子繞組發(fā)出三相交流電壓，通過(guò)三相橋式整流電路整流成直流。當轉速達到1000r/min左右時(shí)，充電機應能正常發(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，或對其他負載供電。N端通過(guò)VD4、VD5、VD6中的一個(gè)硅管整流，與對地端形成半波整流電壓，被稱(chēng)為中性點(diǎn)電壓，其輸出信號為14V直流脈動(dòng)電壓(最大負載不能超過(guò)2A)，N端可用于接轉速表。中性點(diǎn)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速而變，與中性點(diǎn)相連的二極管(VD10、VD11)就稱(chēng)為中性點(diǎn)二極管。當中性點(diǎn)二極管的正極管(VD11)電位最高或負極管(VD11)電位最低時(shí)，中性二極管亦處于正向導通，可對外輸出，能有效利用中性點(diǎn)電壓來(lái)增加充電機的輸出功率。實(shí)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、調節器

      定子繞組的三相交流電壓經(jīng)三相全橋整流后，經(jīng)調節器向勵磁繞組供電。調節器以通/斷方式調節勵磁電流，使充電機的輸出電壓保持在(28±0.3)V范圍內波動(dòng)，給蓄電池浮充電。充電機調節器電路主要由3個(gè)電阻R1、R2、R3，2個(gè)三極管VT1、VT2和1個(gè)穩壓管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(chēng)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(chǎng)繞組相連，磁場(chǎng)繞組為VT2負載，VT2導通時(shí)，磁場(chǎng)電流接通反之磁場(chǎng)電流切斷。因此，可以通過(guò)控制三極管VT2的導通與截止，改變磁場(chǎng)電流使充電機輸出電壓穩定。

4、穩壓二極管

      穩壓二極管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，監測充電機電壓的變化。當充電機的輸出電壓在分壓電阻R1上的電壓達到AVR的設定電壓時(shí)，AVR擊穿，VT1有基極電流使VT1導通，VT2截止，這就使充電機的F點(diǎn)不接地面切斷了磁場(chǎng)繞組的電路，充電機電壓便會(huì )下降。充電機電壓下降時(shí)又使VR、VT1截止，VT2導通，充電機電壓重又升高如此反復作用，使充電機端電壓被控制在一定的范圍內。

      現在集成電路電壓調節器也被廣泛使用。用集成電路開(kāi)發(fā)的電壓調節器體積很小，可方便地安裝在充電機的內部與充電機組成一個(gè)整體，稱(chēng)之為整體式交流充電機。集成電路調節器的基本工作原理與晶體管調節器完全一樣，都是根據充電機的電壓信號(輸入信號)，利用三極管的開(kāi)關(guān)特性控制充電機的磁場(chǎng)電流以此達到穩定充電機輸出電壓的目的。集成電路調節器有內、外搭鐵之分，以外搭鐵形式居多。

 

圖3  無(wú)刷充電機結構圖

圖4  有刷充電發(fā)電機結構圖

 

三、康明斯充電機安裝與零件圖

 

       當充電發(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(dòng)電壓，直接對接就可以了。下面具體說(shuō)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(huà)接電流表+端，電流表- 極接電瓶+極）；

（2）充電發(fā)電機的F（磁場(chǎng)）就是充電發(fā)電機碳刷上的F接到充電發(fā)電機調節器的F（磁場(chǎng)），調節器上+接到點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打開(kāi)的第一檔（這是給磁場(chǎng)送電的，它沒(méi)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)電機調節器是- 極連接，啟動(dòng)柴油發(fā)電機組即可發(fā)電。

 

 

 

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