康明斯柴油發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)刷充電機(jī)的工作原理
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(dòng)運(yùn)行中的主要電源，擔(dān)負(fù)著向啟動(dòng)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(jiǎn)單且無(wú)整流火花、對(duì)無(wú)線電干擾小等特點(diǎn)，適應(yīng)了柴油發(fā)電機(jī)組對(duì)電源的要求。
一、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(chǎng)繞組接通直流電時(shí)，產(chǎn)生了磁場(chǎng)，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(shí)，形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁力線被定子繞組切割。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，勢(shì)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(shì)。每相繞組的電動(dòng)勢(shì)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=cenø
式中：e——每相繞組中電動(dòng)勢(shì)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）
圖1 硅整流發(fā)電機(jī)工作原理
1、充電過(guò)程
當(dāng)充電發(fā)電機(jī)被柴油發(fā)電機(jī)組的發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)跟隨旋轉(zhuǎn)，這時(shí)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(dòng)期間，充電機(jī)電壓小于蓄電池電壓時(shí)，整流二極管截止，充電機(jī)不能對(duì)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(diào)節(jié)器→搭鐵→蓄電池負(fù)極。
說(shuō)明：發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?，皮帶輪?duì)準(zhǔn)自已。正極搭鐵。
2、搭鐵形式：
① 內(nèi)搭鐵型交流發(fā)電機(jī)
發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)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)
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(diào)節(jié)器后搭鐵的交流發(fā)電機(jī)。
圖2 發(fā)電機(jī)搭鐵形式.
二、結(jié)構(gòu)
1、勵(lì)磁繞組
流入勵(lì)磁繞組的電流，在勵(lì)磁鐵心中建立一個(gè)帶狀的磁通量。這個(gè)帶狀磁通量沿著各個(gè)導(dǎo)磁元件環(huán)行，在整個(gè)磁回路中，這個(gè)磁通量將在勵(lì)磁繞組周?chē)业揭粋€(gè)最低磁阻的通道：勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁力線通過(guò)勵(lì)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(lì)磁鐵心形成一個(gè)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(chēng)為主氣隙)外，在閉合的磁路系統(tǒng)中，增加了兩個(gè)有相對(duì)運(yùn)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(bǔ)有效磁通量所減小的部分，才能保證無(wú)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(guò)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(dòng)勢(shì)，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(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到1000r/min左右時(shí)，充電機(jī)應(yīng)能正常發(fā)電并對(duì)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(lì)，并對(duì)蓄電池充電，或?qū)ζ渌?fù)載供電。n端通過(guò)vd4、vd5、vd6中的一個(gè)硅管整流，與對(duì)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(hào)為14v直流脈動(dòng)電壓(最大負(fù)載不能超過(guò)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(chēng)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(shí)，中性二極管亦處于正向?qū)ǎ蓪?duì)外輸出，能有效利用中性點(diǎn)電壓來(lái)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(lì)磁繞組供電。調(diào)節(jié)器以通/斷方式調(diào)節(jié)勵(lì)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(dòng)，給蓄電池浮充電。充電機(jī)調(diào)節(jié)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(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(jí)，起功率放大作用，也稱(chēng)前級(jí)放大。三極管vt2為大功率三極管，其集電極與充電機(jī)磁場(chǎng)繞組相連，磁場(chǎng)繞組為vt2負(fù)載，vt2導(dǎo)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(dǎo)通與截止，改變磁場(chǎng)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(cè)電路，監(jiān)測(cè)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(shí)，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(chǎng)繞組的電路，充電機(jī)電壓便會(huì)下降。充電機(jī)電壓下降時(shí)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(kāi)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(gè)整體，稱(chēng)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(hào)(輸入信號(hào))，利用三極管的開(kāi)關(guān)特性控制充電機(jī)的磁場(chǎng)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(wú)刷充電機(jī)結(jié)構(gòu)圖
三、充電機(jī)安裝圖
級(jí)別
lv
零件號(hào)
part number
圖上標(biāo)號(hào)
ref no
零件名稱(chēng) part name
數(shù)量
req
中文
英文
02
206996
1
多槽皮帶
belt.vribbed
1
02
3002323
2
發(fā)電機(jī)皮帶輪
pulley.alternator
1
02
3200770
發(fā)電機(jī)安裝
alternator.mtg
1
03
70897
5
績(jī)緊螺母
nut.lock
1
03
111445
6
弾黃墊圈
lck.wshr


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