交流充电发电机的构成构造和工作原理

　　 摘要：柴发机组充电系统由充电机、调节器和充电状态指示系统组成。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装备供电的任务康明斯发电机OEM厂，并向蓄电池充电康明斯柴油发电机组。交流发电机具有输出容量大、低速充电性能好、所配用的调节器构造简单且无整流火花、对无线电干扰小等优势，适应了柴油发电机组对电源的要求。

　　      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。根据电磁感应机理，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：

　　      当充电发电机被柴油发电机组的发电机带动时，发电机跟随旋转，这时便有电压和电流输出，使电瓶充电。柴油发电机组启动期间，充电机电压小于电瓶电压时，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：电瓶正极→点火开关SW→磁场绕组调节器→搭铁→电瓶负极。

　　      如图2（a）所示，发电机磁场绕组的一端与发电机壳体连接的交流发电机。

　　     如图2（b）所示，发电机磁场绕组的一端经点火开关接电源，另一端经调整器后搭铁的交流发电机。

　　      充电发电机分有刷和无刷两种，其结构分别如图3、图4所示。以康明斯柴油发电机为例，一般采购无刷发电机。

　　      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：励磁电流发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。这种构造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。于是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。

　　      随着转子的旋转，使通过定子铁心的磁通量产生变化，定子绕组切割磁力线而发生感应电动势，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1000转/分左右时，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，充电机电压大于电瓶电压，充电机自励，并对电瓶充电，或对其他负荷供电。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端可用于接速度表。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，能高效利用中性点电压来增加充电机的输出容量。实践证明，在交流充电机上装配中性二极管后，输出功率可增加10%～15%。

　　      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。调整器以通/断方法调节励磁电流，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。充电机调整器电路具体由3个电阻R1、R2、R3，2个三极管VT1、VT2和1个稳压管VR结构。R1、R2，为分压电阻，VT1为小容量三极管，接在大功率管的前一级，起容量放大用途，也称前级放大。三极管VT2为大容量三极管，其集电极与充电机磁场绕组相连，磁场绕组为VT2负荷，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。

　　      稳压二极管电压调节器是感受元件，其一端接三极管VT1的基极，另一端接分压电阻R1、R2、以构造电压检查电路，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上的电压达到稳压板的设定电压时，稳压板击穿，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整器也被广泛操作。用集成电路开发的电压调整器体积很小，可方便地装配在充电机的内部与充电机结构一个整体，称之为整体式交流充电机高压柴油发电机。集成电路调整器的基本作业机理与晶体管调整器完全一样，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点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。

　　       当充电发电机上已经安装了整流器，充电发电机输出的是直流脉动电压，直接对接就可以了。下面详细说明一下：

　　（1）充电发电机M6螺丝是接蓄电池+极的（有电流表的话接电流表+端，电流表- 极接蓄电池+极）；

　　（2）充电发电机的F（磁场）就是充电发电机电刷上的F接到充电发电机调节器的F（磁场），调节器上+接到点火开关打开的第一档（这是给磁场送电的，它没电充电发电机就不发电）；

　　（3）如果是有刷发电机，其充电发电机电刷上还有一端是接搭铁的，与充电发电机调节器是- 极连接，起动柴油发电机组即可发电。

　　      总体来说，柴发机组充电机的分类和优势详细取决于充电功率和充电速度。慢充电机功率较低，充电转速较慢，但成本过低，适合于平时操作中的充电需求；快充电机容量较高，充电转速较快，但成本较高，实用于高端用户的充电需求；随着柴油发电机组的普及和技术的进步，充电机的类别和特点也会不断产生变化，未来可能出现更加有效和便捷的充电设备。