小型同步發(fā)電機(jī)可控勵(lì)磁裝置的工作原理

1、小型同步發(fā)電機(jī)可控勵(lì)磁裝置的工作原理野外用的小型同步發(fā)電機(jī)，沒(méi)何任何資料，給維修帯來(lái)很大不便。根據(jù)實(shí)物繪出電路如圖。一、電路工作原理主電路是由可控硅t半波整流，供給勵(lì)磁繞組l2的勵(lì)磁電流，快速熔斷器rd作過(guò)流保護(hù)，町控硅元件兩端通過(guò)壓 敏電阻r2作過(guò)壓保護(hù)。由于勵(lì)磁繞組電抗很人，因此需加續(xù)流二極管d1。同時(shí)，在勵(lì)磁繞組上并冇電阻r3分流, 使可控硅導(dǎo)通以后就能達(dá)到維持電流以上.以保證可控硅觸發(fā)后不致立即關(guān)斷。觸發(fā)電路的同步電源.由對(duì)控硅兩端直接取出，經(jīng)降壓電阻r9、r10和整流二極管d7,以及穩(wěn)壓管dw2削波后送 到單結(jié)品體管觸發(fā)電路的輸入端。觸發(fā)導(dǎo)通角由三極管bg的控制電路電壓控制，該控制電

2、壓由發(fā)電機(jī)輸岀線電壓uo 經(jīng)變壓器b2降壓.經(jīng)d3d6橋式整流和ci濾波后.再到穩(wěn)壓管dwi與電阻r5分壓取得。顯然，發(fā)電機(jī)電壓ubc 的變化，必然導(dǎo)致r5兩端電壓的變化，從而改變?nèi)龢O管bg的控制電壓。由于r5兩端電壓的方向與原來(lái)的控制 電壓和方向相反（負(fù)反饋）。即當(dāng)ubc：->ub2副邊電壓t->ur5t->bg ubej->bgicj->c2充電發(fā)速度放慢一 bi副邊輸 出尖脈沖后移一>t導(dǎo)通角減小一>l2電流減小一>ubcj,反z, ubcto起到h動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的人小，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)輸出 自控恒壓。調(diào)節(jié)電位器的電阻，可以改變r(jià)5兩端的反饋訊號(hào)

3、電壓的大小。因此應(yīng)用電位器w,能夠整定勵(lì)磁電流，從而整 定發(fā)電機(jī)的輸出電壓（即通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)使發(fā)電機(jī)達(dá)到額定電壓）。二、常見(jiàn)故障分析1.發(fā)電機(jī)電壓不能建立。人多數(shù)情況是剩磁電壓過(guò)低，原因是穩(wěn)壓管dw1擊穿、單結(jié)晶體管、三極管等元件岀現(xiàn) 故障。2.發(fā)電機(jī)起勵(lì)建壓后，電壓過(guò)低，無(wú)法升高。一般是可控硅的導(dǎo)通角太小，而且無(wú)法使其加大，主耍電阻 r7或電阻r4阻值變大。3.發(fā)電機(jī)端電壓振蕩。原因是三極管bg、穩(wěn)壓管dw1接觸不良，工作不穩(wěn)定，電容ci 變質(zhì)，容量顯著下降等。4.發(fā)電機(jī)起磁建壓后，電壓過(guò)高，無(wú)法降低。這種情況出現(xiàn)表明可控硅導(dǎo)通角過(guò)大.而h. 無(wú)法通過(guò)移相使其減小，問(wèn)題在wi損壞或接線松脫，d

4、w1變質(zhì)，三極管bg熱穩(wěn)定性差。小型拖拉機(jī)用永磁發(fā)電機(jī)的電子串并聯(lián)穩(wěn)壓器及其分析山東大學(xué)電氣工程學(xué)院(山東省濟(jì)南市，250061)趙振衛(wèi) 李光友摘 要：研制開(kāi)發(fā)了帶有電子電壓調(diào)節(jié)器的小型拖拉機(jī)用永磁交流發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)在原動(dòng)機(jī)規(guī)定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi), 其輸出電壓基本恒定，是冃前小型拖拉機(jī)及農(nóng)用三輪車照明及信號(hào)系統(tǒng)的理想電源設(shè)備。文中對(duì)并聯(lián)調(diào)節(jié)和串聯(lián)調(diào) 節(jié)兩種穩(wěn)壓方式進(jìn)行了分析、比較，并給出了樣機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。關(guān)鍵詞：永磁 交流發(fā)電機(jī) 電壓調(diào)肯器1弓i言永磁交流發(fā)電機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉而廣泛應(yīng)用于小型農(nóng)用車輛的電源設(shè)備。但永磁交流發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)不 能調(diào)節(jié)，輸出電壓隨負(fù)載和轉(zhuǎn)速的變化而變化。就目前使用的無(wú)電

5、壓調(diào)節(jié)器的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，普遍存在低速時(shí)電壓過(guò)低 的問(wèn)題，這対車輛的安全運(yùn)行是極為不利的。為此近年來(lái)人們対永磁交流發(fā)電機(jī)的穩(wěn)壓?jiǎn)栴}進(jìn)行了深入的研究，提 出了穩(wěn)速穩(wěn)壓、繞組抽頭調(diào)節(jié)穩(wěn)壓和采用混合勵(lì)磁穩(wěn)壓等多種方式，但均因其自身的局限性而未得到推廣應(yīng)川。我 們研制的帶電子調(diào)節(jié)器的永磁交流發(fā)電機(jī)，性能可靠，穩(wěn)壓效果好，受到了用戶的普遍好評(píng)，其推廣應(yīng)用將產(chǎn)生很 大的社會(huì)效益。本文著重對(duì)并聯(lián)調(diào)節(jié)和串聯(lián)調(diào)節(jié)兩種穩(wěn)壓方式進(jìn)行分析、比較。2并聯(lián)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓方式2. 1穩(wěn)壓原理帶并聯(lián)電壓調(diào)節(jié)器的永磁交流發(fā)電機(jī)的工作原理如圖1(a)所示。在發(fā)電機(jī)端電壓的正半波，檢測(cè)控制單元檢測(cè) 端電壓的人小，當(dāng)其超過(guò)要求值時(shí)，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖

6、，使晶閘管t導(dǎo)通，將發(fā)電機(jī)輸出端短路，此時(shí)負(fù)載電壓為零(忽 略管壓降)，其波形如圖1(b)所示。當(dāng)轉(zhuǎn)速升高電壓上升時(shí)，品閘管的觸發(fā)時(shí)刻前移，負(fù)載的通電角度減小，這樣負(fù) 載電壓的有效值即町保持近似不變。為防止發(fā)電機(jī)空載吋品閘管被觸發(fā)而導(dǎo)通，在線路中采取措施，使負(fù)載電流為零時(shí)，檢測(cè)控制單元不輸出觸發(fā) 脈沖，晶閘管t處于阻斷狀態(tài)，避免了交流發(fā)電機(jī)輸出端半波短路消耗能量。圖i并聯(lián)州"水檢交說(shuō)發(fā)電機(jī)釀理帕2. 2電壓調(diào)節(jié)范圍由于該種穩(wěn)壓方式為半波調(diào)節(jié)，要使發(fā)電機(jī)輸岀電壓有效值基本保持不變，必須使發(fā)電機(jī)在無(wú)調(diào)節(jié)器狀態(tài)卜的 輸出特性(rl=c, u=f(n)滿足一定耍求，為此需研究調(diào)節(jié)器輸出電壓與

7、晶閘管導(dǎo)通角度a的關(guān)系。在恒速恒負(fù)載條件下，設(shè)無(wú)調(diào)節(jié)器時(shí)發(fā)電機(jī)輸出電壓為正弦波,幅值為山時(shí)，其冇效值為加調(diào)節(jié)器后，若晶閘管的導(dǎo)通角為a,電壓過(guò)零時(shí)晶閘管關(guān)斷，則輸出電壓有效值為* mn?(u/)d(o>r)+ £vsin2(<u()d(<crf)其中0 wa wit因此并聯(lián)半波闊壓時(shí)的控制待性喪達(dá)式為(3)其特性曲線如圖2所示。與通角cr/rad 圖2控制待性圖當(dāng)a = ii時(shí)，輸出電壓有效值最小，為0.707u。要實(shí)現(xiàn)在規(guī)定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)發(fā)電機(jī)輸出電壓能夠保持額定電壓 山，貝ij要求發(fā)電機(jī)在最低轉(zhuǎn)速時(shí)的肓接輸出電壓u9u,而在最高轉(zhuǎn)速時(shí)的肓接輸出電壓uiun/o.

8、707o這是采用 并聯(lián)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓方式永磁交流發(fā)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)依據(jù)。實(shí)際上，由于發(fā)電機(jī)電樞電感的存在，電流將滯后于電勢(shì)，晶閘管在電勢(shì)過(guò)零示會(huì)繼續(xù)導(dǎo)通一定角度(設(shè)為y), 總至電流過(guò)零，此吋輸出電壓的有效值為sin (心)d( ml)=ij石 |71 °、沁a »in2y)(4 )式中y角取決于發(fā)電機(jī)的電樞電感，轉(zhuǎn)速和負(fù)載電阻的人小。y角的存在使并聯(lián)電壓調(diào)節(jié)器的穩(wěn)壓范圍增大，使z適合于更寬的轉(zhuǎn)速和負(fù)載變化范圍。3串聯(lián)型電壓調(diào)節(jié)器的工作原理帶串聯(lián)型電壓調(diào)節(jié)器的永磁交流發(fā)電機(jī)工作原理如圖3所示。由反并聯(lián)的二極管v與品閘管t構(gòu)成的單向半控 交流調(diào)壓電路，與負(fù)載串聯(lián)，檢測(cè)單元檢測(cè)電壓和頻

9、率的高低，據(jù)此產(chǎn)牛響應(yīng)的觸發(fā)信號(hào)，控制晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻。 當(dāng)轉(zhuǎn)速較低吋，發(fā)電機(jī)的電壓和頻率均較低，檢測(cè)單元始終出髙電平，品閘管在電壓過(guò)零時(shí)自然導(dǎo)通，扣除管壓降 后發(fā)電機(jī)端電壓，全部加到負(fù)載上；當(dāng)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，發(fā)電機(jī)的電壓和頻率均升高，檢測(cè)單元在電壓過(guò)零點(diǎn)附近，輸 出一定寬度的低電平，使品閘管導(dǎo)通時(shí)刻后移，后移的角度隨電壓和頻率的升高而增大，如圖3(b)、(c)所示。當(dāng)品 閘管導(dǎo)通角為兀時(shí)，晶閘管在一周期內(nèi)全部截至，如圖3(d)、(e)所示，控制單元的設(shè)計(jì)，町使在規(guī)定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)負(fù) 載電壓的有效值基本保持不變。4并聯(lián)調(diào)節(jié)與串聯(lián)調(diào)節(jié)的比較并聯(lián)調(diào)節(jié)與串聯(lián)調(diào)節(jié)均為斬波穩(wěn)壓方式，所不同的是并聯(lián)調(diào)節(jié)斬波時(shí)，發(fā)

10、電機(jī)是短路的；而串聯(lián)調(diào)節(jié)斬波時(shí)發(fā) 電機(jī)是開(kāi)路的。因此，二種調(diào)節(jié)方式各有特點(diǎn)。4. 1穩(wěn)壓范圍若不計(jì)并聯(lián)調(diào)節(jié)器品閘管延遲關(guān)斷的影響，兩者的穩(wěn)壓范圍是相同的，實(shí)際上并聯(lián)調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓范圍大于串聯(lián)調(diào) 節(jié)，其人于的程度與電機(jī)的參數(shù)和負(fù)載情況有關(guān)。(b>n i0 at i i|o5csttih圖3水峨仝ifc發(fā)電機(jī)脈斤圖4. 2系統(tǒng)效率當(dāng)發(fā)電機(jī)在高速、輕載狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，并聯(lián)調(diào)節(jié)將使發(fā)電機(jī)在近半個(gè)周期內(nèi)，處于短路狀態(tài)，短路電流在電樞 電阻上產(chǎn)牛損耗，此時(shí)系統(tǒng)的效率是很低的，并引起發(fā)電機(jī)溫升增高，在設(shè)計(jì)永磁交流發(fā)電機(jī)時(shí)，必須考慮這一問(wèn) 題。然而，在同樣狀態(tài)下采用串聯(lián)調(diào)節(jié)時(shí)，發(fā)電機(jī)在近半個(gè)周期內(nèi)處于開(kāi)路狀態(tài)

11、，系統(tǒng)效率大大提高，當(dāng)然由于串 聯(lián)二極管、晶閘管的存在，具管壓降上也消耗部分功率，并影響發(fā)電機(jī)低速時(shí)的輸出電壓，這也是設(shè)計(jì)永磁交流發(fā) 電機(jī)和選擇器件時(shí)需考慮的問(wèn)題。4. 3對(duì)永磁交流發(fā)電機(jī)的要求對(duì)于兩種穩(wěn)壓方式，永磁交流發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)是不同的。對(duì)于并聯(lián)調(diào)節(jié)，為了限制斬波時(shí)的短路電流，應(yīng) 增加發(fā)電機(jī)的同步電抗，使發(fā)電機(jī)的短路電流略人丁額定電流，具有效措施是增加發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)，如采丿ij爪極結(jié)構(gòu)。 隨著同步電抗的增加，其穩(wěn)壓范圍加大，這是有利的。但將導(dǎo)致電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，比功率下降，成木提高，這乂體現(xiàn) 了它的弊端。対于串聯(lián)調(diào)節(jié)的永磁交流發(fā)電機(jī)，為了提高低速時(shí)的輸出電壓，應(yīng)盡量減少其同步電抗，可采用一

12、般的凸極結(jié) 構(gòu)。因此這種電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，比功率高，價(jià)格低廉。但其穩(wěn)壓范圍減小，這又是不利的。5實(shí)驗(yàn)樣機(jī)數(shù)據(jù)：(1) 并聯(lián)調(diào)丹的水磁交流發(fā)電機(jī)：2p = l2./= 60w.s = 12v. a,v =4000r/rnin.nmi(l = 2000r/rnin.n. =44(x)r/min;(2) 小聯(lián)io的水磁交流發(fā)電機(jī)：2/>=4j=60w.= 12v .n* = 4000r/min,= 2000r/min. rij =4400r/mino兩種電機(jī)均以兩只12v, 28w燈泡作為負(fù)載，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別如表1、表2所示。為了說(shuō)明兩種調(diào)節(jié)方式対永磁 交流發(fā)電機(jī)要求的不同，表中同時(shí)給出了

13、短路電流。« 1并聯(lián)調(diào)節(jié)器發(fā)電機(jī)實(shí)n/r mm 1出電壓/v/m/a并聯(lián)節(jié)h200010. x010.806.22250012.5012.506.28300013.3012.06.30350014.0012.606.32400014.6012.606.32440015.0012.506.33«2$聯(lián)調(diào)節(jié)b發(fā)電機(jī)實(shí)敷據(jù)n/r nun 1綸出電壓"v/t/a并 rm9s200010.879買8.8250012.7611.869.8300014.4512.0310.2350015.5712.14ki 6400017.3012.51i0.s44a)18.5012.5610

14、.9試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：在接近滿載時(shí)，兩種系統(tǒng)均具有m好的穩(wěn)圧效果，其性能指標(biāo)大大優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)zbt6800-490的 要求。進(jìn)一步的試驗(yàn)說(shuō)明，在負(fù)載較小時(shí)，并聯(lián)調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)壓效果。經(jīng)設(shè)計(jì)分析，當(dāng)額定功率相同時(shí)， 串聯(lián)調(diào)節(jié)永磁交流發(fā)電機(jī)的成本約為采用并聯(lián)調(diào)節(jié)永磁交流發(fā)電機(jī)的三分z二。6結(jié)論(1) 所研制的永磁交流發(fā)電機(jī)的并聯(lián)和串聯(lián)屯壓調(diào)節(jié)器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，丄作門j靠，穩(wěn)壓效果良好?？梢詮母?本上解決拖拉機(jī)籌農(nóng)用車輛低速時(shí)燈泡暗淡、高速時(shí)燒泡問(wèn)題。(2) 采用并聯(lián)式電壓調(diào)節(jié)器吋，為限制發(fā)電機(jī)的短路電流，要求永磁交流發(fā)電機(jī)有較大的同步電抗，這雖 然使發(fā)電機(jī)材料利川率降低，成木增加，但穩(wěn)壓范圍相應(yīng)擴(kuò)大。因此，當(dāng)負(fù)載和轉(zhuǎn)速變化較大時(shí)，采川并聯(lián)調(diào)節(jié)方 式較適宜。(3) 串聯(lián)調(diào)節(jié)時(shí)，不存在發(fā)電機(jī)煎路問(wèn)題，其同步電抗值由要求的調(diào)節(jié)范圍