硅整流发电机论文（通用3篇）
硅整流发电机论文 篇1
目前, 国内外汽车上广泛使用的发电机是硅整流交流发电机, 简称硅整流发电机。这种发电机有以下优点:体积小, 质量轻;结构简单, 低速充电性能好, 配用的调节器结构简单, 体积小, 质量轻;对无线电的干扰小。
种类:按有无电刷可分为有刷式和无刷式两大类;按安装方式不同可分为挂脚式和抱持式两种;按通风、冷却方式可分为开启型和封闭型两种。汽车上的发电机在正常工作时, 几乎对所有的用电设备 (启动机除外) 供电, 同时还向蓄电池充电。
1 硅整流发电机的构造
1.1 三相同步交流发电机
三相同步交流发电机的作用是产生三相交流电, 它主要由转子、定子、端盖、风扇、皮带轮等部件构成。
(1) 转子:
它是三相同步交流发电机的旋转磁场, 由转轴、爪形磁极、磁轭、励磁绕组、滑环等部件构成。
转轴:用优质钢材车削而成, 中部有压花, 一端有半圆键槽和米制螺纹。
磁轭:用软磁材料的低碳钢制成, 压装在转轴的中部。
励磁绕组:用高强度漆包线绕一定匝数而成, 套在磁轭上, 两个线头分别穿过一块磁极的小孔与两个滑环焊固。
爪形磁极:亦用低碳钢冲压或精密铸造而成, 每块有六个爪, 互相交错压装在励磁绕组和磁轭的外面。
滑环:由导电性能优良的铜制成, 由酚醛玻璃纤维塑料制成的环座固定于轴上。两个滑环之间以及转轴之间均用保持绝缘滑环的外表面与电刷配合, 表面必须平整光滑。
(2) 定子:
它是三相同步交流发电机产生三相交流电的部件, 由定子铁芯和三相绕组构成。
定子铁芯:用0.5mm～1mm厚的硅钢片冲制后, 将若干片叠合, 再在两侧面用夹片铆合而成。外圆周有3～4个半圆形组装螺栓槽沟, 内圆周为分布均匀的线槽, 线槽数由三相同步发电机设计参数决定。
定子绕组:用高强度漆包线绕一定匝数而成, 共有三个圆周绕组, 每个绕组的匝数相同, 电阻相等。三个绕组的起端和末端的相位互差120°电角度。三个末端焊接在一起, 直接套在绝缘管对外绝缘 (有的则引至端盖形成中性点或“N”接柱) 。三个起端焊有压线头, 分别压装在元件板的三个小螺栓上, 接成三相对称星形绕组, 或称“Y”形接线。有的三相绕组还有三角形连接法。
(3) 端盖:
端盖的作用是支撑转子总成并封闭内部构造。它由铝合金制成, 铝合金为非导磁性材料, 可以减少漏磁, 并且轻便, 散热性好。端盖中心有球轴承, 外围有通风孔和3～4个组装螺孔。端盖分前端盖 (驱动端盖) 和后端盖 (整流端盖) , 前端盖有突出的安装臂和调整臂, 由于此盖的外侧为驱动发动机旋转的皮带轮, 因此, 又称驱动端盖。在后端盖内装有电刷及电刷盒, 整流器则装于后端盖内侧或外侧上, 因此, 又称整流端盖。
(4) 电刷与电刷架:
电刷的作用是与滑环接触, 将直流电引入励磁绕组。电刷由石墨制造。电刷架内装电刷和弹簧, 利用弹簧力使电刷与滑环接触紧密。电刷架多用酚醛玻璃纤维塑料制成。
电刷、电刷弹簧以及电刷架构成一个组合体, 目前, 国产交流发电机的电刷总成有内装式和外装式两种。
(5) 风扇:
风扇的作用是在发电机工作时强制进行抽风冷却, 一般用1.5mm～2mm厚的钢板冲制或用铝合金压铸而成, 并用半圆键装在前端盖外侧的转轴上。
(6) 皮带轮:
皮带轮是利用皮带将发动机的转矩传给发电机的转子, 通常用铝合金制成, 分单槽和双槽两种。利用风扇的半圆键在风扇外侧的转轴上, 再用弹簧垫圈和螺母紧固。
1.2 硅整流器
硅整流器的作用是将三相交流电变为直流电向外输出, 它由一块元件板和六个汽车用硅整流二极管构成。
(1) 元件板:
元件板用铝合金制成月牙形。元件板与后端盖之间用尼龙或其他绝缘材料绝缘, 并用有绝缘套的螺钉固装在内部, 板上压装着三个硅整流二极正管子, 还有三个与元件板绝缘的压线小螺栓。由元件板上直接伸出但与后端盖绝缘的一个长螺栓, 形成硅整流发电机直流输出的正极, 标有“B”、“+”、“A”或“电枢”接线柱。
(2) 硅二极整流管:
硅二极整流管是由半导体硅经特种工艺制成, 其作用在于整流, 因此又称整流二极管。六个硅二极管中, 其中三个正管子压装在元件板上, 另外三个负管子则压装在后端盖上。
2 硅整流发电机的内部接线
转子中的励磁绕组经滑环和电刷, 分别引出“F” (磁场) 和“-” (搭铁) 接柱, 硅整流器的元件板连接三个正管子的负极外壳, 伸出形成直流电的“+”接柱, 后端盖短接三个负管子的正极外壳, 而成为直流电搭铁的“-”极, 定子三相星形绕组与硅整流器接成三相桥式全波整流电路。由于某些汽车上自动控制的需要还可再引出一个中性点“N”接柱。如图1所示。
3 硅整流发电机的原理
3.1 交流发电机的发电原理
交流发电机产生交流电的基本理论, 仍然是电磁感应原理。当励磁绕组通以直流电时, 磁极被磁化, 磁力线从转子的N极出发, 穿过转子与定子间很小的气隙, 进入定子铁芯, 然后又经空气隙回到相邻的S极, 通过磁轭构成回路。
当转子旋转时, 磁力线和定子绕组之间产生相对运动, 在三相绕组中产生交流电动势。
3.2 整流器的工作原理
如图2, 整流器是利用硅二极管的单相导电性将交流电转换为直流电的。交流发电机的整流器采用的是三相桥式全波整流电流, 其中三个正极管V1、V3、V5的负极连在一起, 正极分别接在三相绕组的首端A、B、C上。在某一瞬间, 正极电位最高的那个硅二极管导通。另外三个负极管V2、V4、V6的正极连在一起, 负极也是接三相绕组的首端A、B、C上。在某一瞬间, 负极电位最低的那个硅二极管导通。依次下去, 周而复始。
3.3 励磁方式
交流发电机属自励并励式发电机。但由于硅二极管在正向电压很低时呈现较大的电阻 (这个很小的电压叫做死区电压, 约0.6V) , 基本上不导通, 加入爪极的剩磁较弱, 所以交流发电机只能在较高转速下才能自励发电。为使交流发电机在低速时就给蓄电池充电, 所以在发电机开始发电时采用他励方式, 即蓄电池供给励磁电流, 使发电机在较强磁场下很快地建立电压。
4 交流发电机的工作特性
工作特性主要是指发电机发出的交流电经整流后输出的直流电压、直流电流和发电机转速之间的相互关系。它包括空载特性、输出特性和外特性。
4.1 空载特性
如图3, 空载特性是指交流发电机空载时, 端电压随转速变化关系。即I=0, U=f (n)
从空载特性曲线可以看出, 随转速的升高, 发电机的端电压上升较快, 且当它由他励转入自励时, 就能向蓄电池充电, 从而又改善了低速充电性能。因此, 研究发电机的空载特性, 可以判断发电机的性能。
4.2 输出特性
如图4, 输出特性是发电机端电压一定时发电机的输出电流随转速的变化关系。即:
(1) n
只有当n>n1时, 发电机才有能力在额定电压下对外供电。n1为发电机空载时输出电压达到额定值时的转速, 称为空载转速, 常作选定发电机与发动机传动比的主要依据。
(2) 发电机达到额定功率时的转速称为负载转速n2。n1和n2是发电机性能的主要指标。发电机出厂时, 通过试验规定了空载转速和负载转速, 并列入发电机铭牌和产品说明书中。
(3) 当转速达到一定值后, 发电机的输出电流几乎不再随转速的再升高而继续加大。这时的电流叫做发电机的最大输出电流。可见交流发电机具有自身限制输出电流的能力。因为交流发电机定子绕组具有一定的感抗XL, 而感抗XL与频率成正比。
即, XL=2πLf
式中f感应电动势的频率f=Pn/60
L每相定子绕组的电感
其阻抗Z为
在转速较高时, r比XL小得多, 可忽略不计。
P 极对数, n 发电机转速
因此, 转速升高后, 阻抗也随之增大, 从而产生较大的内部压降, 加之电枢反应也会引起感应电动势下降, 使得发电机的输出电流不再增加。
4.3 外特性
如图5, 外特性是指转速一定时, 发电机的端电压随输出电流的变化关系。即
n=常数, U=f (I)
由图可知, 随着输出电流的增加, 发电机电压下降。因此, 当发电机高速运转时, 如果突然失去负载, 则其端电压会急剧升高, 这时整流器中的二极管及调节器的电子元件容易被击穿损坏, 因此不能采用“试火”的办法检查发电机是否发电。
目前, 汽车上装用的交流发电机都配备电压调节器工作。
参考文献
[1]李春明.汽车电器设备与维修[M].北京:高等教育出版社.
[2]卢文民.汽车电气设备[M].北京:人民交通出版社.
硅整流发电机及调节器维护技巧 篇2
1 延长硅整流二极管使用寿命的技术措施
延长硅整流二极管 (见图1) 使用寿命的关键是防止电路瞬间出现过电压和过电流, 具体需要做好以下几项工作。
(1) 注意发电机的搭铁极性。国产JF系列硅整流发电机以及进口的交流发电机都为负极搭铁, 因此蓄电池也应当负极搭铁。如果发电机与蓄电池的搭铁极性不一致, 这两个电源变成串联, 蓄电池将通过发电机的二极管大量放电, 使二极管立即损坏。
(2) 保证发电机与蓄电池之间的导线可靠连接。接线柱应当压接牢固, 导线接触良好。在发电机正常运转时, 严禁拆动各接线柱的连接导线, 防止因电路突然断开 (即突然卸载) 产生的过电压损坏二极管。
(3) 在发电机运转时, 不允许使用“划火”的方法 (指短接发电机的“电枢”与“磁场”两接线柱) 检查电路故障。如果在未断开发电机与调节器连线的情况下做短接试验, 由于当时调节器不工作, 励磁电流不经过调节器的电阻, 通过磁场绕组的电流会迅速增大, 发电机的电压升高很多, 容易将双级触点式调节器的高速触点烧坏。也可能导致很大的正向电流通过二极管, 或者过高的感应电压反向施加在二极管上, 从而造成二极管烧坏。
(4) 发动机熄火以后, 应当立即关闭电源开关。要不然, 由于蓄电池与励磁绕组构成通路, 蓄电池的电流将通过励磁绕组和调节器的铁芯线圈 (磁化线圈) 长时间放电, 造成这两种线圈烧坏。
另外, 当出现不充电、充电电流过小时, 应当及时查明充电不正常的原因 (很可能是二极管短路) , 并且加以排除, 不可继续使用, 以免造成更大的损坏。因为某一个二极管被击穿, 可能引起其他二极管和电枢绕组一相 (或两相) 烧坏的现象。
(5) 在二极管的引出线没有全部脱开之前, 严禁使用兆欧表 (俗称“摇表”) 或者220 V交流电检查发电机的绝缘性能。应当使用万用表检查, 其目的是防止二极管被击穿。
(6) 二极管损坏后, 必须更换极性相同的二极管。更换时, 焊接用电烙铁的功率不得大于45 W。
(7) 当二极管短路又无新配件更换时, 可以剪断该二极管的引出线, 或者将它拆除, 这样发电机的输出功率虽然有所减小, 但不会因此引起其他二极管的损坏。
2 如何合理使用硅整流发电机调节器
硅整流发电机调节器 (见图2) 具有结构简单、工作可靠、维护方便等特点, 在使用中需要掌握以下几个要领。
(1) 搭铁极性。硅整流发电机调节器均为负极搭铁, 千万不可接错极性。
(2) 接线方法。硅整流发电机调节器只设置电压调节器, 取消了电流调节器和限流器, 有“点火”“磁场”两个接线柱。其中“磁场”接线柱与发电机的“磁场”接线柱相连接, “点火”接线柱通过保险器与电源开关相连接 (见图2) 。
(3) 正确安装。硅整流发电机调节器安装以后, 应当使其接线柱处于垂直向下 (或者向右) 状态, 其目的是使活动触点臂的动作只受电磁力的控制, 尽量减小机器振动以及重力的影响。另外, 硅整流发电机调节器应当安装在通风良好、远离热源、环境温度不超过45℃的地方, 以保证调节器具有较高的灵敏度。
(4) 保持气隙。应当使调节器衔铁与铁芯的间隙保持在1.4~1.5 mm之间。
(5) 检查禁忌。在发动机启动大约0.5 h内, 充电电流由大逐渐变小, 直至电流表的指针接近于零位, 说明充电基本正常, 蓄电池已经充足了电。在检查发电机不充电故障时, 禁止将发电机的“电枢”接线柱与“磁场”接线柱搭接试火, 以免烧坏硅整流发电机调节器。
(6) 调整电压。充电电压的调整是通过改变调节器拉簧的张紧度实现的。当充电不正常时, 应首先检查调节器的触点是否污损, 然后才考虑调整调节器拉簧的张紧度。拉簧越张紧, 所调整的充电电压越高;将拉簧放松, 调整的充电电压降低。
(7) 修整触点。如果触点烧蚀不严重, 可以使用白金砂条磨修。如果触点的厚度小于0.3~0.4 mm, 应当更换新的触点。可以采用铆接或者焊接的方法, 保证触点的两个平面平齐并且相互贴紧。
(8) 定期检验。硅整流发电机调节器每工作350 h后, 应当放在专用设备上检查调节器的各项电气数据是否正常。
(9) 应急替换。当硅整流发电机调节器严重损坏, 一时买不到原型号时, 可以暂时用传统的三联调节器应急代用。此时三联调节器的接线方法是:“电枢”接线柱连接起动开关, “磁场”接线柱连接发电机的“F”接线柱, 让“电池”接线柱空着。
参考文献
[1]庞昌乐.汽车电器使用维修[M].北京:化学工业出版社, 2006.
[2]吴文琳.怎样读新型汽车电路图[M].北京:中国电力出版社, 2007.
高压硅整流变压器常见故障分析 篇3
1 高压硅整流变压器概况
(1) 高压硅整流变压器有二种阻抗形式。
一为中阻抗, 一为高阻抗。目前, 中阻抗整流变压器集高、低阻抗整流变压器的优点为一体, 在电场工况比较恶劣和负载变化比较大的情况下有较好的适应性;高阻抗变压器设计的回路总阻抗为35%~40%, 利用主回路总阻抗的积分特性, 改善整流输出电压波形系数, 以得到较低的峰值对平均值比, 总阻抗值越高, 则波形改善越明显, 输出的电晕功率超高, 使除尘器具备较高的效率。
(2) 高压硅整流变压器布置在电除尘顶部或室内, 外壳防护等级IP54, 变压器底部可设集油盘, 硅整流变为高 (中) 阻抗, 侧出线型 (上出线型) 。
(3) 高压硅整流变压器设、轻瓦斯报警、重瓦斯跳闸、并发出声光报警信号。
(4) 额定输出电压为72kV的整流变初级设三个抽头, 分别是60kV档、66kV档、72kV档。
2 高压硅整流变压器常见故障及处理方法
一般情况下, 变压器工作的可靠性比较高, 但在运行过程中, 由于高压侧短路, 整流硅堆烧毁、击穿, 保护失灵等原因都会造成变压器故障。
2.1 变压器故障一般检查方法
(1) 外观检查。检查变压器外壳及电源输入、输出侧是否完好, 所有引线、紧固件必须紧固, 无放电痕迹。
(2) 测量绝缘电阻。低压绕组对地绝缘电阻应大于300MΩ, 高压输出对地绝缘电阻应大于2000MΩ, 高压输出对低压绕组绝缘电阻值应大于500MΩ。
(3) 测量低压绕组的直流电阻, 直流电阻值与出厂值比较, 其差别不应超出±2%范围。
(4) 变压器油耐压试验, 变压器油击穿电压≥35kV/2.5mm
(5) 变压器油色谱分析, 根据特征气体进行初步判断变压器内部故障。
2.2 变压器吊芯检查和故障分析
变压器吊芯检查要求在晴朗干燥的天气进行, 环境温度≥-15℃, 铁芯在空气中暴露时间要求:空气相对湿度≤65%, 暴露时间≤8h, 空气相对湿度≤75%, 暴露时间≤6h, 空气相对湿度>75%, 不允许吊芯。
(1) 用2500V摇表检查变压器铁芯对地绝缘电阻值与以前测试结果相比无显著差别。 (2) 用2500V摇表检查硅堆的正方向极性, 若反向阻值为0, 则有可能是硅堆或电容击穿, 把电容拆下测量, 若阻值为0, 则是电容损坏.若阻值正常, 则是硅堆损坏。 (3) 用万用表测量取样电阻值应与标示值一致。 (4) 断开高压绕组与硅堆连线, 用万用表测量各高压绕组的直流电阻, 测量值与出厂值比较偏差应不超出±2%范围, 如相差悬殊, 可判断该绕组损坏, 如相差不大, 可通过其它试验进一步确定。
3 变压器常见故障及原因
3.1 硅堆和均压电容烧毁原因
(1) 长期运行在高电压下, 产生局部放电老化及受热作用下发生热老化, 在电压的累积效应作用下击穿烧毁。 (2) 受潮后击穿电压值下降等原因导致电化学击穿、热击穿、电击穿等击穿烧毁。
3.2 高压引线断开原因
(1) 变压器引线安装工艺不良, 线鼻松动, 接触电阻大造成放电烧毁。 (2) 引线与油箱距离较近, 在变压器长期运行的机械振动作用下, 使其位移造成高压引线对外壳放电烧毁。
3.3 高压套管污闪原因
(1) 高压引线支持套管与油箱本体连接处密封不严, 造成变压器油渗漏在套管表面, 使污尘吸附。 (2) 在阴雨天气等空气湿度大的情况下, 高压套管表面电导加剧, 使套管的泄露电流增加, 使高压套管闪络电压等级下降, 从而在工作电压下发生污闪跳闸事故。
3.4 高压电场引线烧断原因
(1) 选用导线材料不良, 引线螺栓紧固不良, 造成连接压力不够。 (2) 接头接触面不平, 表面氧化或有污渍, 导致接头实际接触面积减少, 在发热和火花放电的长期作用下烧断。
4 结合故障气体类型和“三比值”法处理整流变故障
2 0 1 0年4月, 三河发电公司#4机电除尘整流变变压器油在定期检验中发现4 B2 1整流变变压器油总烃超标, 总烃值到达587μL/L (气体色谱分析报表见表4) 超过标准规定含量150μL/L, 乙炔含量更是达到了511.7μL/L, 远远超出了5μL/L的标准含量规定值。测量数据:氢34.6μL/L、一氧化碳 (CO) 13.4μL/L、二氧化碳 (CO2) 1414.7μL/L、甲烷 (CH4) 13.4μL/L、乙烷 (C2H6) 8.3μL/L、乙烯 (C2H4) 53.7μL/L、乙炔 (C2H2) 511.7μL/L、总烃587.1μL/L。根据前述讨论判断变压器故障方法可知如下。
(1) 故障类型产生的气体分析。
根据气象色谱分析数据可知, 变压器油中超标气体主要是乙炔气体, 气体含量为511.7μL/L到达乙炔气体标准含量 (5μL/L) 1 00倍, 由表1不同故障类型产生的气体分析可知, 故障类型初步判断为变压器内部存在火花放电或电弧放电。
(2) “三比值”法分析。
将气象色谱分析数值按“三比值”法计算可知C2H2/C2H4:5 1 1.7/5 3.7=9.5 3≥3按比值范围编码为:2;CH4/H2:1 3.4/3 4.6=0.3 9≥0.1~<1按比值范围编码为:0;C2H4/C2H6:5 3.7/8.3=6.4 6≥3按比值范围编码为:2。因此, 根据气体故障类型判断方法可知:故障类型属于电弧放电。
综合故障类型产生气体的判断和“三比值”法分析, 判断该变压器内部存在电弧放电现象。因此, 将变压器检修重点定位为电弧放电部位查找。最终, 经过仔细认真的检查, 发现该变压器硅整流板上的分压电阻被击穿, 更换电阻后变压器运行正常, 油中各项气体含量全部合格。
5 结语
作为现代火电厂中越来越重要的环保设施, 电除尘设施越来越受到重视, 尤其是其核心设备高压硅整流变压器, 往往一次除尘设施的故障停运会给企业带来高昂的环保惩罚代价。因此, 作为一名电业工人保证环保设施的可靠稳定运行, 不仅是为国家环保事业作出自己微薄的贡献, 也是企业创造更大利润的不二基石。所以, 在日常维护工作中一定要加强对高压硅整流变压器的定期检查工作, 尤其是作好变压器油色谱分析工作, 并结合故障气体类型和“三比值”法对变压器进行健康分析, 将大大提高变压器的健康运行水平。
参考文献