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康明斯柴油發(fā)動(dòng)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(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)單且無整流火花、對(duì)無線電干擾小等特點(diǎn),適應(yīng)了柴油發(fā)電機(jī)組對(duì)電源的要求。
一、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(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)
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(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)火開關(guān)SW→磁場(chǎng)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(shí)針方向,皮帶輪對(duì)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(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)
如圖2(b)所示,發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)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(gòu)無刷發(fā)電機(jī)。
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)磁繞組周圍找到一個(gè)最低磁阻的通道:勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁力線通過勵(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。所以必須通過增加磁場(chǎng)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(dòng)勢(shì),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(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(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(dòng)電壓,直接對(duì)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(chǎng))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(chǎng)),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(chǎng)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(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組即可發(fā)電。
級(jí)別
LV
|
零件號(hào)
Part Number
|
圖上標(biāo)號(hào)
Ref No
|
零件名稱 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
|
2
|
03
|
127362
|
7
|
平墊圈
|
WASHER,PLAIN
|
4
|
03
|
158829
|
8
|
六角螺栓
|
SCREW,HEXAGONHEAD
|
1
|
03
|
203310
|
9
|
平墊圏
|
WASHER,PLAIN
|
5
|
03
|
3006774
|
10
|
發(fā)電機(jī)支架
|
BRACKET.ALTERNATOR
|
1
|
03
|
3010596
|
11
|
帶墊圏螺栓
|
SCREW.CAPTIVE WAS
|
2
|
03
|
3010597
|
12
|
帯墊螺栓
|
SCREW.CAPTIVE WAS
|
2
|
03
|
3419317
|
17
|
調(diào)節(jié)桿
|
LINK.ADJUST I NG
|
1
|
03
|
S 106
|
3
|
六角螺栓
|
SCREW,HEXAGON HEAD
|
1
|
03
|
S 113
|
4
|
六角螺栓
|
SCREW,HEXAGON HEAD
|
1
|
總結(jié):
總體來說,柴發(fā)機(jī)組充電機(jī)的類型和特點(diǎn)主要取決于充電功率和充電速度。慢充電機(jī)功率較低,充電速度較慢,但成本較低,適用于日常使用中的充電需求;快充電機(jī)功率較高,充電速度較快,但成本較高,適用于高端用戶的充電需求;隨著柴發(fā)機(jī)組的普及和技術(shù)的進(jìn)步,充電機(jī)的類型和特點(diǎn)也會(huì)不斷發(fā)生變化,未來可能出現(xiàn)更加高效和便捷的充電設(shè)備。
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