新聞主題	康明斯柴油發(fā)動機(jī)無刷充電機(jī)的工作原理

 

 摘要：柴油發(fā)電機(jī)組充電系統(tǒng)由充電機(jī)、調(diào)節(jié)器和充電狀態(tài)指示裝置組成。充電機(jī)作為啟動運(yùn)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(jī)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(diǎn)，適應(yīng)了柴油發(fā)電機(jī)組對電源的要求。

 

一、充電機(jī)工作原理

 

1、工作原理

      如圖1所示是交流發(fā)電機(jī)的工作原理圖。發(fā)電機(jī)的三相定子繞組按一定規(guī)律分布在發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)被柴油發(fā)電機(jī)組的發(fā)動機(jī)帶動時，發(fā)電機(jī)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(jī)組起動期間，充電機(jī)電壓小于蓄電池電壓時，整流二極管截止，充電機(jī)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(diǎn)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(jī)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r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(jī)

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

② 外搭鐵型交流發(fā)電機(jī)

     如圖2（b）所示，發(fā)電機(jī)磁場繞組的一端經(jīng)點(diǎn)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(jī)。

 

圖1 硅整流發(fā)電機(jī)工作原理

圖2 發(fā)電機(jī)搭鐵形式.

 

二、充電機(jī)結(jié)構(gòu)

 

      充電發(fā)電機(jī)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(jī)為例，通常采購無刷發(fā)電機(jī)。

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(yùn)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(bǔ)有效磁通量所減小的部分，才能保證無刷交流充電機(jī)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(jī)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(jī)電壓大于蓄電池電壓，充電機(jī)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(diǎn)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(diǎn)電壓除了直流成分外，還含有交流成分，且幅值隨充電機(jī)的轉(zhuǎn)速而變，與中性點(diǎn)相連的二極管(VD10、VD11)就稱為中性點(diǎn)二極管。當(dāng)中性點(diǎn)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(diǎn)電壓來增加充電機(jī)的輸出功率。實(shí)踐證明，在交流充電機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)電壓的變化。當(dāng)充電機(jī)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(jī)的F點(diǎn)不接地面切斷了磁場繞組的電路，充電機(jī)電壓便會下降。充電機(jī)電壓下降時又使VR、VT1截止，VT2導(dǎo)通，充電機(jī)電壓重又升高如此反復(fù)作用，使充電機(jī)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(jī)的內(nèi)部與充電機(jī)組成一個整體，稱之為整體式交流充電機(jī)。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(jī)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(jī)的磁場電流以此達(dá)到穩(wěn)定充電機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖4  有刷充電發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖

 

三、康明斯充電機(jī)安裝與零件圖

 

       當(dāng)充電發(fā)電機(jī)上已經(jīng)安裝了整流器，充電發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)的F（磁場）就是充電發(fā)電機(jī)碳刷上的F接到充電發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器的F（磁場），調(diào)節(jié)器上+接到點(diǎn)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(jī)就不發(fā)電）；

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

 

 

 

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