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硅整流發(fā)電機(jī)的接線、勵(lì)磁方式和電壓調(diào)節(jié)方法
發(fā)布時(shí)間:2024-04-01 16:52:16  ▏閱讀:

 

新聞主題

硅整流發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)和勵(lì)磁方式

 

摘要:硅整流發(fā)電機(jī)是柴油機(jī)上的重要電源,它與發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器互相配合工作,在發(fā)電機(jī)正常工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),柴油機(jī)的用電設(shè)備,主要是靠發(fā)電機(jī)供電,而且蓄電池存電不足時(shí),發(fā)電機(jī)還給蓄電池充電。傳統(tǒng)的整流子換向直流發(fā)電機(jī)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代柴油機(jī)發(fā)展要求而逐漸被硅整流發(fā)電機(jī)取代,目前主要有硅整流發(fā)電機(jī)、感應(yīng)子式(無刷)發(fā)電機(jī)等,其中以硅整流發(fā)電機(jī)應(yīng)用最為普遍。康明斯公司在本文中主要講述了硅整流發(fā)電機(jī)的原理、勵(lì)磁方式和結(jié)構(gòu),以及其輸出與輸入接線方法。


一、硅整流發(fā)電機(jī)原理和勵(lì)磁方式


1、硅整流發(fā)電機(jī)原理

      硅整流發(fā)電機(jī)是三相交流同步硅整流發(fā)電機(jī),其磁極為旋轉(zhuǎn)式。其勵(lì)磁方式是:在啟動(dòng)和低轉(zhuǎn)速時(shí),由于硅整流發(fā)電機(jī)電壓低于蓄電池電壓,硅整流發(fā)電機(jī)是他勵(lì)的(由蓄電池供電);高轉(zhuǎn)速時(shí),硅整流發(fā)電機(jī)電壓高于蓄電池充電電壓,硅整流發(fā)電機(jī)是自勵(lì)的。

(1)當(dāng)電源開關(guān)接通時(shí),蓄電池電流通過上方調(diào)節(jié)器流向硅整流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁線圈,勵(lì)磁線圈周圍便產(chǎn)生磁通,大部分磁通通過磁軛和爪形磁極形成N極,再穿過轉(zhuǎn)子與定子之間的空氣隙,經(jīng)過定子的齒部和軛部,然后再穿過空氣隙,進(jìn)入另一爪形磁極形成s極,最后回到磁軛,形成磁回路。另有少部分磁通在定子旁邊的空氣隙中及N與s極之間通過,這部分稱為漏磁通。

(2)當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí),轉(zhuǎn)子的N極和s極在定子內(nèi)交替通過,使定子繞組切割磁力線而產(chǎn)生交流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。三相繞組所產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)相位差為120°,所發(fā)出的三相交流電經(jīng)六只二極管三相全波整流后,即可在硅整流發(fā)電機(jī)正負(fù)接線柱之間獲得直流電。

(3)當(dāng)勵(lì)磁繞組接通直流電時(shí)即被勵(lì)磁, 一塊爪極形成 N 極,另 一塊爪極形成 S 極,兩塊爪極相互交錯(cuò)形成 6 對(duì)磁極。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 時(shí), 勵(lì)磁繞組所產(chǎn)生的磁場(chǎng)也隨之旋轉(zhuǎn), 形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng), 它與固 定不動(dòng)的定子繞組之間產(chǎn)生相對(duì)動(dòng), 使三相定子繞組中產(chǎn)生三個(gè) 頻率相同、幅值相等、相位相差 120°電角度的正弦電動(dòng)勢(shì) eA、 eB 和 eC ,其順時(shí)值分另為:

eA=Emsinωt=√2Esin ωt

eB=Emsin(ωt-120°)=√2Esin(ωt-120°)

      由此可知, 硅整流發(fā)電機(jī)每相繞組中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的有效值與 硅整流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和磁場(chǎng)的磁通量成正比。三相交流電動(dòng)勢(shì)是對(duì)稱的, 當(dāng)外接負(fù)載時(shí),三相交流電壓 UA、UB 和 UC 也是對(duì)稱的。

2、硅整流發(fā)電機(jī)的輸出特性(負(fù)載特性)

      當(dāng)保持硅整流發(fā)電機(jī)的輸出電壓一定時(shí)(對(duì)12v硅整流發(fā)電機(jī)規(guī)定為14v,對(duì)24v硅整流發(fā)電機(jī)規(guī)定為28v),調(diào)整其輸出電流與轉(zhuǎn)速,就可得到輸出特性曲線,當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值后,硅整流發(fā)電機(jī)的輸出電流不再繼續(xù)上升,而趨于某一固定值,此值稱為限流值或最大輸出電流值。所以硅整流發(fā)電機(jī)有一種自身限制電流的性能,這是硅整流發(fā)電機(jī)最重要的特性。

3、硅整流器的原理

      硅整流器是利用硅二極管的單向?qū)щ娦裕?將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。在硅整流發(fā)電機(jī)中, 六只硅二極管連接成三相橋式全波整流電路。

      三個(gè)正極管子 D1、D3 和 D6 的正極連接在一起, 負(fù)極分另接 在三相繞組的首端。根據(jù)導(dǎo)通原則, 連接在一起的幾個(gè)二極管中, 正極電位最高的二極管總是優(yōu)先導(dǎo)通, 即在某一時(shí)間內(nèi), 只有正 極電位最高或負(fù)極電位最低的管子才能導(dǎo)通。

      在 t=0 時(shí), UA=0,UC 為正值, UB 為負(fù)值, D1、D3 和 D5 負(fù) 極電位相同,而 A、B、C 三點(diǎn)中 C 點(diǎn)電位最高, D5 優(yōu)先導(dǎo)通, 使 3 個(gè)正極管子負(fù)極的電位等于 C 點(diǎn)電位,這時(shí) D1、D3 因承受 反向電壓而截止。而 D2、D4 和 D5 的正極電位相同, A、B、C 三 點(diǎn)中 B 點(diǎn)電位最低, D4 優(yōu)先導(dǎo)通,使三個(gè)負(fù)極管了的正極電位 等于 B 點(diǎn)電位,這時(shí) D2 和 D6 承受反向電壓而截止。這樣 C、B 兩點(diǎn)之間的線電壓的瞬時(shí)值加在負(fù)截 RL 上。

4、  硅整流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式

      硅整流發(fā)電機(jī)開始發(fā)電時(shí)采取它勵(lì)方式進(jìn)行, 即由蓄電池供 給勵(lì)磁電流。當(dāng)硅整流發(fā)電機(jī)電壓達(dá)到蓄電池電壓時(shí)轉(zhuǎn)為自勵(lì), 即由發(fā)電機(jī)自身供給勵(lì)磁電流。

      在硅整流發(fā)電機(jī)中, 轉(zhuǎn)子的爪極有一定的剩磁, 當(dāng)轉(zhuǎn)子以一 定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí), 在三相繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì), 經(jīng)整流器整流后通過電刷和滑環(huán)加到勵(lì)磁繞組上, 勵(lì)磁繞組有電流通過, 使磁場(chǎng)加強(qiáng), 三相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)進(jìn)一步提高, 促使磁場(chǎng)進(jìn)一步 增強(qiáng), 如此反復(fù), 使硅整流發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)逐漸升高。上述問題存 在的問題是,當(dāng)加在硅二極管上的正向電壓小于其死區(qū)電壓時(shí) (約 0.6V 左右),二極管處于截止?fàn)畈粚?dǎo)通,由于硅整流發(fā)電機(jī)剩磁 較弱, 所以硅整流發(fā)電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí), 不能建立電壓, 而只有在較高 轉(zhuǎn)速時(shí)(n>1200r/min) ,硅整流發(fā)電機(jī)的電壓才能很快上升, 完成自 勵(lì)過程。

      為了克服硅速流硅整流發(fā)電機(jī)在低速時(shí), 不能建立電壓的缺點(diǎn), 在 硅整流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低、硅整流發(fā)電機(jī)的端電壓低于蓄電池端電壓時(shí), 由蓄電 池向硅整流發(fā)電機(jī)供給勵(lì)磁電流(即他勵(lì)) ,使硅整流發(fā)電機(jī)在較強(qiáng)的磁場(chǎng)下 很快地建立起電壓。這就使硅整流發(fā)電機(jī)的低速充電性能較好。

      當(dāng)硅整流發(fā)電機(jī)的端電壓大于蓄電池電壓時(shí), 由于硅整流發(fā)電機(jī)是與蓄電 池并聯(lián)供電的, 因此, 就自動(dòng)地轉(zhuǎn)為由硅整流發(fā)電機(jī)輸出的電壓向用電設(shè)備供電,同時(shí)還向自身的勵(lì)磁繞組供給勵(lì)磁電流。


硅整流發(fā)電機(jī)原理圖.png

硅整流發(fā)電機(jī)原理圖

硅整流發(fā)電機(jī)接線圖.png

硅整流發(fā)電機(jī)接線圖

 

二、硅整流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)組成

 

      硅整流發(fā)電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、整流器和機(jī)殼等部分組成。

1、轉(zhuǎn)子

      硅整流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子作用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),它主要由兩塊爪極、磁場(chǎng)繞組、滑環(huán)和軸等組成,外觀模擬圖如圖3、圖4所示。兩塊爪極壓裝在轉(zhuǎn)子軸上,爪極空腔內(nèi)裝有磁場(chǎng)繞組和磁軛,從而形成六個(gè)鳥嘴形磁極。磁場(chǎng)繞組引出線分別焊在與軸絕緣的兩個(gè)滑環(huán)上,滑環(huán)壓裝在轉(zhuǎn)子軸上并與軸絕緣。當(dāng)兩滑環(huán)通入直流電時(shí),有電流通過磁場(chǎng)繞組,并產(chǎn)生軸向磁通,使爪極一塊被磁化為N極,另一塊被磁化為S極,從而形成六對(duì)相互交錯(cuò)的磁極。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),就形成了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

 

轉(zhuǎn)子3D側(cè)面模擬圖.png

圖3  轉(zhuǎn)子3D側(cè)面模擬圖

轉(zhuǎn)子3D斜視模擬圖.png

圖4  轉(zhuǎn)子3D斜視模擬圖

 

2、定子

      硅整流發(fā)電機(jī)的定子又叫電樞,由鐵芯和定子繞組組成,如圖5所示。定子鐵芯由內(nèi)圓帶槽的硅鋼片疊成,定子三相繞組采用Y型接法或星形接法,并嵌放在鐵芯槽中,如圖6所示。三相繞組引出線與整流器相連。

 

硅整流發(fā)電機(jī)定子結(jié)構(gòu).png

圖5  硅整流發(fā)電機(jī)定子結(jié)構(gòu)

發(fā)電機(jī)定子線圈繞法.png

圖6  發(fā)電機(jī)定子線圈繞法

 

 

3、整流器

      硅整流發(fā)電機(jī)的整流器將發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電轉(zhuǎn)變成直流電,從而供柴油機(jī)使用和向蓄電池充電。它由六只接成三相橋式全波整流電路的二極管組成。

4、機(jī)殼

      機(jī)殼是由輕便、散熱性好的非導(dǎo)磁材料鋁合金制成。二極管和電刷架都在端蓋內(nèi)。

 

三、發(fā)電機(jī)輸出和輸入接線方式

 

      硅整流發(fā)電機(jī)的接線方法主要包括輸出端的接線和輸入電源的接線。

1、輸出端接線方法

      硅整流發(fā)電機(jī)的輸出端一般有兩種接線方法:單相接線和三相接線。

(1)單相接線方法

      將發(fā)電機(jī)的輸出端分別接到單相負(fù)載的兩個(gè)端子上。其中一個(gè)端子連接到發(fā)電機(jī)的一個(gè)輸出線圈,另一個(gè)端子連接到另一個(gè)輸出線圈。這種接線方法適用于單相負(fù)載較小的情況。

(2)三相接線方法

      將發(fā)電機(jī)的輸出端分別接到三相負(fù)載的三個(gè)端子上。其中一個(gè)端子連接到發(fā)電機(jī)的一個(gè)輸出線圈,另外兩個(gè)端子分別連接到另外兩個(gè)輸出線圈。這種接線方法適用于三相負(fù)載的情況。

2、輸入電源的接線方法

      硅整流發(fā)電機(jī)的輸入電源一般為交流電源,接線方法主要分為兩種:單相接線和三相接線。

(1)單相接線方法

      將輸入電源的一個(gè)相線連接到發(fā)電機(jī)的一個(gè)端子上,另外一個(gè)相線連接到發(fā)電機(jī)的另一個(gè)端子上,接地線連接到發(fā)電機(jī)的接地端子上。

(2)三相接線方法

      將輸入電源的三個(gè)相線分別連接到發(fā)電機(jī)的三個(gè)端子上,接地線連接到發(fā)電機(jī)的接地端子上。

      需要注意的是,在接線時(shí)要確保接線牢固,接觸良好,避免因接線不良造成電流過大導(dǎo)致安全事故。

 

總結(jié):

      硅整流發(fā)電機(jī)由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng),轉(zhuǎn)速隨柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速在一個(gè)很大的范圍內(nèi)變動(dòng)。硅整流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速高,其發(fā)出的電壓高;轉(zhuǎn)速低,其發(fā)出的電壓也低,為了保持硅整流發(fā)電機(jī)的端電壓的基本穩(wěn)定,必須設(shè)置電壓調(diào)節(jié)器。電壓調(diào)節(jié)器安裝時(shí)必須垂直,其接線柱向下,以達(dá)到防滴作用。使用時(shí)應(yīng)注意要與相應(yīng)型號(hào)的充電硅整流發(fā)電機(jī)配合使用。接線應(yīng)正確可靠,絕緣應(yīng)完好,否則可能導(dǎo)致電壓調(diào)節(jié)器燒壞。一般情況下,不要隨便打開調(diào)節(jié)器蓋,如有故障應(yīng)由專業(yè)人員檢修。


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