摘要：柴油發電機充電系統由蓄電池、發電機、調節器及充電狀態指示裝置組成。充電機作為柴油發電機運行中的主電源，擔負著向起動系之外所有用電設備供電和向蓄電池充電的任務。由于充電機是由發動機經傳動帶驅動旋轉的，當發動機轉速變化時，充電機輸出電壓是變化的。為滿足柴油發電機用電設備用電及向蓄電池充電的恒定電壓要求，所以柴油發電機充電系統設有電壓調節器。

 

一、硅整流發電機主要部件

 

      硅整流發電機基本原理是由一臺三相同步交流發電機和硅二極管整流器構成，發電機工作時產生的三相交流電通過整流器進行三相橋式全波整流后轉變為直流電。硅整流發電機主要由轉子、定子、整流器、前后端蓋、風扇及皮帶輪、電刷及電刷架等6個部分組成。其外觀如圖1、圖2所示。

 

圖1  硅整流發電機模型后視圖

圖2  硅整流充電機模型側視圖

 

1．轉子

      普通硅整流發電機轉子由轉子軸、勵磁繞組、鐵心、爪形磁極、集電環等組成，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（也稱磁軛）。

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

（2）兩個電刷通過引線分別接在兩個螺釘接線柱上。這兩個接線柱即為發電機的“F”（磁場）接線柱和“一”（搭鐵）接線柱。

（3）當這兩個接線柱與直流電源相接時，便有電流流過勵磁繞組，從而產生了十二極磁場。

2．定子

      定子也稱“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槽的圈環狀硅鋼片疊成。

（2）嵌線槽內嵌入三相對稱的定子繞組。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（N ）。

3．整流器

       整流器的作用是把三相同步交流發電機產生的三相交流電轉換成直流電輸出，它一般用六個硅二極管接成三相橋式全波整流電路。有些硅整流發電機還有小功率腸磁二極管和中性點二極管。硅整流發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，共同組成發電機的正極，由一個與后端蓋絕緣的元件板固定螺栓通至機殼外，成為發電機的“電樞”接線柱以B（或“+”）。

（2）負極二極管的中心引線為二極管的負極，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孔內），和發電機外殼一起成為發電機的負極，圖4—10 為大功率整流二極管的封裝示意圖。

      有些硅整流發電機的整流器采用九只二極管，增加的三只小功率二極，專門用來供給勵磁電流，這樣可以提高發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，另外它還有質量輕、散熱性能好的優點。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行的，由于拆裝不便，因此已很少采用。

 

圖3  交流發電機定子和轉子截面圖

圖4  充電發電機整流器

 

 

二、調節器工作原理

充電機又稱硅整流發電機，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，稱帶泵型發電機；若調節器置于發電機內，則稱整體式發電機；按整流二極管的多少來分，到有六份、八管、九管、十一管發電機；按勵磁繞組搭鐵方式不同，又分內搭鐵式和外搭鐵式兩種。

硅整流發電機由柴油發電機帶動，其轉速隨柴油發電機的轉速在一個很大的范圍內變動。硅整流發電機的轉速高，其發出的電壓高；轉速低，其發出的電壓也低，為了保持硅整流發電機的端電壓的基本穩定，必須設置電壓調節器。

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

 

三、雙級電磁振動式電壓調節器

雙級電磁振動式電壓調節器。它具有兩對觸點，中間觸點是固定的，下動觸點常閉，稱為低速觸點，上動觸點常開，稱為高速觸點。調節器設有3個電阻：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通過支架1和磁場接線柱與發電機轉子中的勵磁線圈相連。

下動觸點臂3則通過支架1和電樞接線柱及發電機正極接線柱相通。繞在鐵芯上的線圈一端搭鐵，另一端則通過電阻與電樞接線柱相連。現按照發電機不同情況說明其工作原理。

閉合電源開關，當發電機轉速較低，發電機電壓低于蓄電池電壓時，蓄電池的電流同時流經電壓調節器線圈和勵磁線圈。流經電壓調節器線圈的電路為：蓄電池正極分電流表分電源開關分電壓調節器電樞接線柱分IR2分電壓調節器線圈分IR3分搭鐵分蓄電池負極。

電流流入電壓調節器線圈產生一定的電磁吸力，但不能克服彈簧張力，故低速觸點仍閉合。這時流經勵磁線圈電流的電路為：蓄電池正極分電流表分電源開關分調節器電樞接線柱框架分下動觸點分固定觸點支架分電壓調節器磁場接線柱分發電機接線柱分電刷和滑環分勵磁線圈分滑環和電刷分發電機負極分搭鐵分蓄電池負極。

當硅整流發電機轉速升高，發電機電壓高于蓄電池電壓時，發電機向用電設備和蓄電池供電。同時向勵磁線圈和調節器線圈供電。

當硅整流發電機轉速繼續升高，發電機電壓達到額定值時，調節器線圈的電壓增高，電流增大，電磁吸力加強，鐵芯的磁力將下動觸點吸下，使觸點斷開，磁場線圈電路不經框架，而經電阻R2與R1。由于電路中串入R2和R1，使勵磁電流減小，磁場減弱，發電機輸出電壓隨之下降。這時的勵磁線路為：發電機正極分電源開關分電樞接線柱分電阻R2分電阻&分磁場接線柱分勵磁線圈分發電機負極。

發電機電壓降低后，通過調壓器線圈的電流減小，鐵芯吸力減弱，觸點在彈簧作用下重新閉合。勵磁電流增加，電壓又升高，使觸點再次打開。如此反復開閉，從而使發電機的電壓維持在規定范圍內。

發電機轉速再增高使電壓超過允許值時，由于鐵芯吸力繼續增大，將下動觸點臂吸得更低，并帶動上動觸點臂下移與固定觸點相碰，觸點閉合，這時勵磁電路被短路，勵磁電流直接通過觸點和上動觸點臂而搭鐵，勵磁線圈中電流劇降，發電機靠剩磁發電。因此電壓也迅速下降。同時由于電壓下降，鐵芯吸力隨之減小，觸點又分開，電壓又回升，如此不斷反復，高速觸點振動，使發電機電壓保持穩定。

由于觸點式電壓調節器在觸點分開時觸點之間會產生電火花，以及其機械裝置的固有缺點，目前已逐漸被晶體管電壓調節器所代替。

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