硅整流发电机的工作机理与输出特性

摘要：硅整流发电机是一种利用硅整流装备将交流电切换为直流电的电机，它在柴油发电机的启动装置中起着为蓄电池充电的功用，还可以将交流电转换为直流电供各种装置使用。康明斯公司在本文中对硅整流发电机的工作原理、整流机理、基础组成，以及性能特征和输出特性进行了关注要点。

      硅整流发电机中的励磁装置用于产生磁场，使得发电机能够发生电流。励磁系统通常由励磁电源、励磁电阻和励磁绕组构成。当励磁电源加电后，通过调整励磁电阻的大小可以控制励磁电流的大小，进而控制发电机的输出电流。

      硅整流发电机工作原理如图1所示。当硅整流发电机转子总成由发动机通过传动带驱动旋转时，由于磁场绕组中有电流通过，发生了磁场，使转子轴上的两块爪形磁极磁化，一块为N极，一块为S极。当转子旋转时，磁极交替地在定子铁心间穿过，形成一个旋转的磁场，它与固定不动的三相定子绕组之间发生相对运动，三相定子绕组中出现了三相交流电动势，各相电动势的频率相同、幅值相等、相位互差1200（电角度）。转子磁极呈鸟嘴形，可使三相定子绕组感应的电动势近似于正弦曲线的波形。交流硅整流发电机每相绕组的电动势高效值E 与硅整流发电机结构常数 、转子转速及磁极磁通必成正比。

      硅整流发电机励磁电路图如图2所示。硅整流发电机在不接外电源时，本身也能自励（即磁场电流由硅整流发电机自己供给）发电，因为硅整流发电机磁极尺寸小，保留的剩磁很弱，因此在低速时，仅靠剩磁出现的电动势（小于0.6V ）并无法使二极管导通，硅整流发电机也就无法自励发电。

      硅整流发电机低速不能自励发电，也就不能及时给电瓶充电。为了克服这一缺陷，在硅整流发电机低速运行、硅整流发电机电压低于电瓶电压时，选用他励步骤，使硅整流发电机具有较强的磁场，从而使硅整流发电机电压迅速升高柴油机故障码对照表。从而实现低速便可向蓄电池充电的目的。

      当点火开关S 接通时，蓄电他便通过调整器向硅整流发电机励磁绕组供应励徽电流，硅整流发电机他励发电，输出电压随硅整流发电机速度升高而升高。当硅整流发电机愉出电压略高于蓄电他电压时，硅整流发电机向蓄电池充电，同时励磁电流便由硅整流发电机自己供应，硅整流发电机由他励发电转为自励发电。

      硅整流发电机由硅整流设备、励磁系统、转子、定子等详细结构部分构成。其中，硅整流装置是实现交流到直流转换的关键部分，它由硅整流单元组成，每个硅整流单元包括一个可控硅和一个反并车二极管。

     三相桥式全波整流电路如图3所示，其作业过程如下：

（1）三个正极二极管VD1、VD2、VD3的负极（外壳）通过元件板连接在一起，它们的正极剧分别与三相绕组的首端相联。这三只管的导通要素是在某一瞬间，哪一相的电压较高（相对其他两相而言），则该相的二极管导通。

（2）三个负极二极管VD4、VD5、VD6的负极也与三相绷组的首端相联，其正极（外壳）通过元件板或端盖连接在一起。这三支管的导通要素是在某一瞬间，哪一相的电位较低（相对其他两相而言），则该相的二极管导通。

      在硅整流发电机运行程序的每一个时间区间，总是一相电压较高，一相电位较低，整流器的六只整流二极管中，始终保持有两个管子导通（一个正极管、一个负极管），负载R两端得到的是两相间的线电压。这样依此类推，循环反复，六只二极管中两只两只轮流导通，在R上得到一个较平稳的脉动直流电压，每个周期内有六个波形。

      在三相桥式整流电路中，因为交流电每个周期内，每只二极管只有三分之一时间导通，所以流过每只二极管的平均电流仅为负荷电流的1/3。

      八管整流电路如图4所示。从三相星形绕组中性点引出的接线柱叫中性点接线柱（记为“N”）其输出电压为三相桥式整流器输出电压的一半。随着硅整流发电机速度升高，定子绕组中性点的三次谐波电压也升高。硅整流发电机高速时，中性点电压的较高瞬时值高于输出电压（平均电压为14V），较低瞬时值低于搭铁电位，这时利用中性点电压就可向外输出电流，从而提升硅整流发电机的输出容量。

      试验表明，在不改动硅整流发电机结构的情况下，加装中性点二极管，当硅整流发电机转速超过2000r/min时，其输出功率与额定功率相比，可以提升10%~15%。

（1）当中性点电压瞬时值高于输出电压（平均值）时，从中性点输出的电流如图6所示，其电路为定子绕组一中性点二极管VD7→负载（包括蓄电池）→负极管→定子绕组。

（2）当中性点电压瞬时值低于搭铁电位时，流过中性点二极管VD8的电流路径为：定子绕组→正极管→“B”接柱→负载（包括蓄电池）→中性点二极管VD8→定子绕组。

      九管机的励磁二极管能输出与硅整流发电机电枢接线柱B相等的电压，电路如图5所示。它既能供给硅整流发电机励磁电流，还能控制充电指示灯，其作业情形如下：

（1）接通点火开关SW，蓄电他电流便经点火开关SW，充电指示灯一调整器康明斯柴油发电机报价，硅整流发电机励磁绕组一搭铁结构回路。此时充电指示灯发亮，指示励磁电流接通并由电瓶供电。

（2）在发动机启动后，随着硅整流发电机速度升高，硅整流发电机D＋端电压随之升离，充电指示灯两端的电位差减小，指示灯亮度减弱，当硅整流发电机电压升高到蓄电池充电电压时，硅整流发电机B、D＋端电位相等，此时充电指示灯两端电位差减小到零，指示灯熄灭，指示硅整流发电机已正常作业，励磁电流由硅整流发电机自身经励磁二极管VD7、VD8、VD9整流后供给。

（3）当硅整流发电机速度降低时，D＋端电位减小，指示灯两端电位差增大，指示灯又发亮，指示蓄电池放电。

（4）当硅整流发电机高速运行充电系统产生故障而引起硅整流发电机不发电时，因为D＋端无电压输出，因此充电指示灯两端电位差增大，指示灯发亮。

      十一管硅整流发电机的整流器总成由六只整流二极、三只磁场二极管和两只中性点二极管构造，其电路如图6所示。十一管硅整流发电机兼有整流二极管、磁场二极管以及中性点二极管的特点和功能。

      硅整流发电机输出特点是指硅整流发电机端电压维持在试验电压时发电机维修保养记录表，输出电流随速度变化的关系。

① 当硅整流发电机速度低，其端电压低于蓄电池电压时，硅整流发电机无法向外供电，只能他励发电，当转速达到空载速度（充电指示灯指示充电开始时的硅整流发电机速度）时，硅整流发电机开始自励发电。

② 当硅整流发电机转速大于零电流速度（硅整流发电机电压达到规定的试脸电压而尚无电流输出时的转速称为零电流速度）时，硅整流发电机才有能力在试验电压下向外供电，输出电流将随转速的升高和电阻的减少而增大；当转速等于额定速度时，硅整流发电机输出额定电流。

额定电流值是由硅整流发电制度造厂规定的，并标示在硅整流发电机铭牌上和使用说明书中。额定速度是反映硅整流发电机性能好坏的重要指标，在操作流程中，应定期对硅整流发电机进行测量，若硅整流发电机在试验电压和额定转速时，其输出电流达不到额定电流值，则说明硅整流发电机有损坏。

③ 硅整流发电机在试验电压和较高持续速度时的输出电流称为较电网流。硅整流发电机的输出电流达到较电网流后，便不再随转速的升高和负荷电阻的减小面增大，这说明硅整流发电机具有自身较大输出电流的能力。

      硅整流发电机通过硅整流装置将交流电切换为直流电，广泛应用于柴发机组中。它由硅整流设备、励磁装置、转子、定子等构成，通过控制硅整流单元的开关状态实现电能转换。硅整流发电机具有有效率、容量稳定、响应速度快、保养成本低和使用年限长等特性。它的工作原理及特点对于我们深入知晓硅整流发电机的应用和亮点具有重要意义。