交流充电机工作原理
发布时间：2023-10-25 点击：294
康明斯柴油发动机无刷充电机的工作原理
柴油发电机组充电系统由充电机、调节器和充电状态指示装置组成。充电机作为启动运行中的主要电源，担负着向启动系以外所有用电设备供电的任务，并向蓄电池充电。交流发电机具有输出功率大、低速充电性能好、所配用的调节器结构简单且无整流火花、对无线电干扰小等特点，适应了柴油发电机组对电源的要求。
一、工作原理
如图1所示是交流发电机的工作原理图。发电机的三相定子绕组按一定规律分布在发电机的定子槽中，彼此相差120°电角度，且匝数相等。三相绕组的首端分别接在整流器上，其末端连在一起，呈星形连接。
当转子磁场绕组接通直流电时，产生了磁场，使转子轴上的两块爪形磁极被磁化。当转子旋转时，形成旋转磁场，磁力线被定子绕组切割。根据电磁感应原理，势必在定子三相绕组中产生频率相同、振幅相等、相位互差120°的正弦交流电动势。每相绕组的电动势的有效值e与转子转速n以及磁极磁通中成正比，即：
e=cenø
式中：e——每相绕组中电动势的有效值（v）；
c——电机结构常数；
n——转子转速（r/min）；
ø——每极磁通（wb）
图1 硅整流发电机工作原理
1、充电过程
当充电发电机被柴油发电机组的发动机带动时，发电机跟随旋转，这时便有电压和电流输出，使蓄电池充电。柴油发电机组起动期间，充电机电压小于蓄电池电压时，整流二极管截止，充电机不能对外输出，由蓄电池供给磁场电流。路径为：蓄电池正极→点火开关sw→磁场绕组调节器→搭铁→蓄电池负极。
说明：发电机的旋转方向为顺时针方向，皮带轮对准自已。正极搭铁。
2、搭铁形式：
① 内搭铁型交流发电机
发电机磁场绕组的一端与发电机壳体连接的交流发电机。
② 外搭铁型交流发电机
磁场绕组的一端经点火开关接电源，另一端经调节器后搭铁的交流发电机。
图2 发电机搭铁形式.
二、结构
1、励磁绕组
流入励磁绕组的电流，在励磁铁心中建立一个带状的磁通量。这个带状磁通量沿着各个导磁元件环行，在整个磁回路中，这个磁通量将在励磁绕组周围找到一个最低磁阻的通道：励磁电流产生的磁力线通过励磁铁心(磁轭托架)→辅助气隙g1→转子n极→主气隙g→定子铁心→主气隙g→转子s极→辅助气隙g2→励磁铁心形成一个闭合的磁路系统。这种结构除转子爪极外径与定子内表面之间的气隙(称为主气隙)外，在闭合的磁路系统中，增加了两个有相对运动的径向附加气隙，使闭合回路的磁阻增大。所以必须通过增加磁场绕组的激磁安匝来补有效磁通量所减小的部分，才能保证无刷交流充电机的输出。
2、定子绕组
随着转子的旋转，使通过定子铁心的磁通量发生变化，定子绕组切割磁力线而产生感应电动势，定子绕组发出三相交流电压，通过三相桥式整流电路整流成直流。当转速达到1000r/min左右时，充电机应能正常发电并对外输出，经滤波电容c后输出28v直流电压，充电机电压大于蓄电池电压，充电机自励，并对蓄电池充电，或对其他负载供电。n端通过vd4、vd5、vd6中的一个硅管整流，与对地端形成半波整流电压，被称为中性点电压，其输出信号为14v直流脉动电压(最大负载不能超过2a)，n端可用于接转速表。中性点电压除了直流成分外，还含有交流成分，且幅值随充电机的转速而变，与中性点相连的二极管(vd10、vd11)就称为中性点二极管。当中性点二极管的正极管(vd11)电位最高或负极管(vd11)电位最低时，中性二极管亦处于正向导通，可对外输出，能有效利用中性点电压来增加充电机的输出功率。实践证明，在交流充电机上安装中性二极管后，输出功率可增加10%～15%。
3、调节器
定子绕组的三相交流电压经三相全桥整流后，经调节器向励磁绕组供电。调节器以通/断方式调节励磁电流，使充电机的输出电压保持在(28±0.3)v范围内波动，给蓄电池浮充电。充电机调节器电路主要由3个电阻r1、r2、r3，2个三极管vt1、vt2和1个稳压管vr组成。r1、r2，为分压电阻，vt1为小功率三极管，接在大功率管的前一级，起功率放大作用，也称前级放大。三极管vt2为大功率三极管，其集电极与充电机磁场绕组相连，磁场绕组为vt2负载，vt2导通时，磁场电流接通反之磁场电流切断。因此，可以通过控制三极管vt2的导通与截止，改变磁场电流使充电机输出电压稳定。
4、稳压二极管
稳压二极管avr是感受元件，其一端接三极管vt1的基极，另一端接分压电阻r1、r2、以组成电压检测电路，监测充电机电压的变化。当充电机的输出电压在分压电阻r1上的电压达到avr的设定电压时，avr击穿，vt1有基极电流使vt1导通，vt2截止，这就使充电机的f点不接地面切断了磁场绕组的电路，充电机电压便会下降。充电机电压下降时又使vr、vt1截止，vt2导通，充电机电压重又升高如此反复作用，使充电机端电压被控制在一定的范围内。
现在集成电路电压调节器也被广泛使用。用集成电路开发的电压调节器体积很小，可方便地安装在充电机的内部与充电机组成一个整体，称之为整体式交流充电机。集成电路调节器的基本工作原理与晶体管调节器完全一样，都是根据充电机的电压信号(输入信号)，利用三极管的开关特性控制充电机的磁场电流以此达到稳定充电机输出电压的目的。集成电路调节器有内、外搭铁之分，以外搭铁形式居多。
图3 无刷充电机结构图
三、充电机安装图
级别
lv
零件号
part number
图上标号
ref no
零件名称 part name
数量
req
中文
英文
02
206996
1
多槽皮带
belt.vribbed
1
02
3002323
2
发电机皮带轮
pulley.alternator
1
02
3200770
发电机安装
alternator.mtg
1
03
70897
5
績紧螺母
nut.lock
1
03
111445
6
弾黄垫圈
lck.wshr
开不了机？柴油发电机组能成功起动条件都有哪些？
柴油发电机的振动试验与标准
柴油发电机组积碳和水垢的正确清理方式
申动柴油发电机低压配电盘应如何安装
发电机的工作原理图解——概述篇
系列500kw嘉柴柴油发电机组型号/技术参数介绍
柴油发电机组气缸锥形磨损产生的原因有哪些？
2020年康明斯动力静音柴油发电机组优势及价格表
柴油发电机组充电系统由充电机、调节器和充电状态指示装置组成。充电机作为启动运行中的主要电源，担负着向启动系以外所有用电设备供电的任务，并向蓄电池充电。交流发电机具有输出功率大、低速充电性能好、所配用的调节器结构简单且无整流火花、对无线电干扰小等特点，适应了柴油发电机组对电源的要求。
一、工作原理
如图1所示是交流发电机的工作原理图。发电机的三相定子绕组按一定规律分布在发电机的定子槽中，彼此相差120°电角度，且匝数相等。三相绕组的首端分别接在整流器上，其末端连在一起，呈星形连接。
当转子磁场绕组接通直流电时，产生了磁场，使转子轴上的两块爪形磁极被磁化。当转子旋转时，形成旋转磁场，磁力线被定子绕组切割。根据电磁感应原理，势必在定子三相绕组中产生频率相同、振幅相等、相位互差120°的正弦交流电动势。每相绕组的电动势的有效值e与转子转速n以及磁极磁通中成正比，即：
e=cenø
式中：e——每相绕组中电动势的有效值（v）；
c——电机结构常数；
n——转子转速（r/min）；
ø——每极磁通（wb）
图1 硅整流发电机工作原理
1、充电过程
当充电发电机被柴油发电机组的发动机带动时，发电机跟随旋转，这时便有电压和电流输出，使蓄电池充电。柴油发电机组起动期间，充电机电压小于蓄电池电压时，整流二极管截止，充电机不能对外输出，由蓄电池供给磁场电流。路径为：蓄电池正极→点火开关sw→磁场绕组调节器→搭铁→蓄电池负极。
说明：发电机的旋转方向为顺时针方向，皮带轮对准自已。正极搭铁。
2、搭铁形式：
① 内搭铁型交流发电机
发电机磁场绕组的一端与发电机壳体连接的交流发电机。
② 外搭铁型交流发电机
磁场绕组的一端经点火开关接电源，另一端经调节器后搭铁的交流发电机。
图2 发电机搭铁形式.
二、结构
1、励磁绕组
流入励磁绕组的电流，在励磁铁心中建立一个带状的磁通量。这个带状磁通量沿着各个导磁元件环行，在整个磁回路中，这个磁通量将在励磁绕组周围找到一个最低磁阻的通道：励磁电流产生的磁力线通过励磁铁心(磁轭托架)→辅助气隙g1→转子n极→主气隙g→定子铁心→主气隙g→转子s极→辅助气隙g2→励磁铁心形成一个闭合的磁路系统。这种结构除转子爪极外径与定子内表面之间的气隙(称为主气隙)外，在闭合的磁路系统中，增加了两个有相对运动的径向附加气隙，使闭合回路的磁阻增大。所以必须通过增加磁场绕组的激磁安匝来补有效磁通量所减小的部分，才能保证无刷交流充电机的输出。
2、定子绕组
随着转子的旋转，使通过定子铁心的磁通量发生变化，定子绕组切割磁力线而产生感应电动势，定子绕组发出三相交流电压，通过三相桥式整流电路整流成直流。当转速达到1000r/min左右时，充电机应能正常发电并对外输出，经滤波电容c后输出28v直流电压，充电机电压大于蓄电池电压，充电机自励，并对蓄电池充电，或对其他负载供电。n端通过vd4、vd5、vd6中的一个硅管整流，与对地端形成半波整流电压，被称为中性点电压，其输出信号为14v直流脉动电压(最大负载不能超过2a)，n端可用于接转速表。中性点电压除了直流成分外，还含有交流成分，且幅值随充电机的转速而变，与中性点相连的二极管(vd10、vd11)就称为中性点二极管。当中性点二极管的正极管(vd11)电位最高或负极管(vd11)电位最低时，中性二极管亦处于正向导通，可对外输出，能有效利用中性点电压来增加充电机的输出功率。实践证明，在交流充电机上安装中性二极管后，输出功率可增加10%～15%。
3、调节器
定子绕组的三相交流电压经三相全桥整流后，经调节器向励磁绕组供电。调节器以通/断方式调节励磁电流，使充电机的输出电压保持在(28±0.3)v范围内波动，给蓄电池浮充电。充电机调节器电路主要由3个电阻r1、r2、r3，2个三极管vt1、vt2和1个稳压管vr组成。r1、r2，为分压电阻，vt1为小功率三极管，接在大功率管的前一级，起功率放大作用，也称前级放大。三极管vt2为大功率三极管，其集电极与充电机磁场绕组相连，磁场绕组为vt2负载，vt2导通时，磁场电流接通反之磁场电流切断。因此，可以通过控制三极管vt2的导通与截止，改变磁场电流使充电机输出电压稳定。
4、稳压二极管
稳压二极管avr是感受元件，其一端接三极管vt1的基极，另一端接分压电阻r1、r2、以组成电压检测电路，监测充电机电压的变化。当充电机的输出电压在分压电阻r1上的电压达到avr的设定电压时，avr击穿，vt1有基极电流使vt1导通，vt2截止，这就使充电机的f点不接地面切断了磁场绕组的电路，充电机电压便会下降。充电机电压下降时又使vr、vt1截止，vt2导通，充电机电压重又升高如此反复作用，使充电机端电压被控制在一定的范围内。
现在集成电路电压调节器也被广泛使用。用集成电路开发的电压调节器体积很小，可方便地安装在充电机的内部与充电机组成一个整体，称之为整体式交流充电机。集成电路调节器的基本工作原理与晶体管调节器完全一样，都是根据充电机的电压信号(输入信号)，利用三极管的开关特性控制充电机的磁场电流以此达到稳定充电机输出电压的目的。集成电路调节器有内、外搭铁之分，以外搭铁形式居多。
图3 无刷充电机结构图
三、充电机安装图
级别
lv
零件号
part number
图上标号
ref no
零件名称 part name
数量
req
中文
英文
02
206996
1
多槽皮带
belt.vribbed
1
02
3002323
2
发电机皮带轮
pulley.alternator
1
02
3200770
发电机安装
alternator.mtg
1
03
70897
5
績紧螺母
nut.lock
1
03
111445
6
弾黄垫圈
lck.wshr
开不了机？柴油发电机组能成功起动条件都有哪些？
柴油发电机的振动试验与标准
柴油发电机组积碳和水垢的正确清理方式
申动柴油发电机低压配电盘应如何安装
发电机的工作原理图解——概述篇
系列500kw嘉柴柴油发电机组型号/技术参数介绍
柴油发电机组气缸锥形磨损产生的原因有哪些？
2020年康明斯动力静音柴油发电机组优势及价格表
下一篇：柴油发电机转速过低有哪些危害？