新聞主題	發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器的作用與故障維修

 

摘要：旋轉(zhuǎn)整流器是與交流勵磁機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)的裝置。其主要作用是將交流勵磁機(jī)電樞輸出的三相交流勵磁電流，通過整流器上的二極管轉(zhuǎn)換成直流電流，供給轉(zhuǎn)子繞組作為提供勵磁電流的電源。正是由于旋轉(zhuǎn)整流器的應(yīng)用，才使得交流同步發(fā)電機(jī)擺脫了電刷的東縛，不再有頻繁維修更換零件的麻煩，也使得交流同步發(fā)電機(jī)的應(yīng)用更加廣泛。

 

一、旋轉(zhuǎn)整流器作用和原理

 

1、作用

      發(fā)電機(jī)主要由主定子、主轉(zhuǎn)子、勵磁機(jī)定子、勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子、自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)五大部件組成，主轉(zhuǎn)子、勵磁機(jī)定子是勵磁繞組，需要通入直流電以形成足夠強(qiáng)的磁場；主定子、勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子是電樞繞組，需要通過切割磁力線來進(jìn)行發(fā)電。但是勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)出的電是三相交流電，如何變成主轉(zhuǎn)子需要的直流電以形成磁場也是發(fā)電機(jī)的一個關(guān)鍵所在，這就要求在勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子與主轉(zhuǎn)子中間增加一套整流裝置，將勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子交流電流整流成主轉(zhuǎn)子需要的直流電流。

      發(fā)電機(jī)整流器由一個體積較大的圓環(huán)形整流輪、一塊反向集電鋁板、三個反向二極管、一塊正向集電鋁板、三個正向二極管、一個壓敏電阻、六個銅接頭、六條連接勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子、所有二極管的引線以及多個緊固定件等眾多零部件組成，如圖1所示。通過長螺栓等緊固件固定在預(yù)先壓入轉(zhuǎn)子主軸的勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心上，六條勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子引線分別接到整圓環(huán)形整流輪的六個接線柱上，兩條主轉(zhuǎn)子引線分別接到正向集電鋁板和反向集電鋁板的接線柱上，以達(dá)到對主轉(zhuǎn)子通電，產(chǎn)生主磁場的目的。原理如圖2所示。

 

圖1  無刷發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器結(jié)構(gòu)圖

圖2  發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器結(jié)構(gòu)圖

 

 

2、整流過程

       整流器是利用硅二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⒔涣麟娹D(zhuǎn)換為直流電。

       在硅整流發(fā)電機(jī)中，將六只硅二極管連接成三相橋式全波整流電路，如圖3所示，在圖3中三個正極管子D₁、D₃和D₅的負(fù)極連接在一起，正極分別接在發(fā)電機(jī)的三相繞組的首端，另外三個負(fù)極管子D₂、D₄和D₆的正極連接在一起，負(fù)極分別接在三相繞組的首端。根據(jù)導(dǎo)通原則，連接在一起的幾個二極管中，正極電位最高的二極管總是優(yōu)先導(dǎo)通，即在某一時間內(nèi)，只有正極電位最高或負(fù)極電位最低的管子才能導(dǎo)通。整流過程如4圖所示。

（1）在t=0時，UA=0，Uc為正值，Ug為負(fù)值，D₅、D₄導(dǎo)通，其余4管截止。其電路為；電樞繞組e_c-c→D₅→"+"→R→“-”→D₄→B→電樞繞組e_B→電樞繞組e_c。

（2）在t₁～t₂時間內(nèi)，UA最高，Ug為最低，D₁、D₄導(dǎo)通，其余4管截止。其電路為：電樞繞組e_A→A→D₁→“+”→R→“-”→D₄→B→電樞繞組e_B→電樞繞組e_A。

（3）在t₂～t₃時間內(nèi)，UA最高，Uc最低，D₁、D₆導(dǎo)通，其余4管截止。其電路為：電樞繞組e_A→A→D₁→"+"→R→"-"→D₆→C→電樞繞組e_c-→電樞繞組e_A。

（4）在t₃～t₄時間內(nèi)，Up最高，Uc最低，D₃、D₆導(dǎo)通，其余4管截止。

      以此類推，循環(huán)反復(fù)，六只管子輪流導(dǎo)通，在負(fù)載R兩端得到較平穩(wěn)的脈動直流電壓。

 

圖2 發(fā)電機(jī)三相橋式整流電路圖

圖3 發(fā)電機(jī)三相橋式整流電壓波形圖

 

 

二、發(fā)電機(jī)整流器常見故障

 

1、故障現(xiàn)象

      旋轉(zhuǎn)整流器所在位置如圖5所示，電路如圖5所示。整流器通常是硅整流元件構(gòu)成的整流電路，若電路中一個或幾個旋轉(zhuǎn)硅元件損壞，損壞后的硅元件將失去單向?qū)щ娦裕ㄕ聪蚨紝?dǎo)通），造成電路處于短路狀態(tài)。一旦旋轉(zhuǎn)硅元件短路，當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)組機(jī)組運(yùn)行時，發(fā)電機(jī)無輸出電壓。若不及時發(fā)現(xiàn)和排除故障，就會導(dǎo)致交流勵磁機(jī)電樞繞組燒毀，發(fā)電機(jī)被迫停機(jī)。

 

圖5  發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器位置圖

圖5 發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器電路圖

 

 

2、故障原因

① 旋轉(zhuǎn)整流器硅整流二極管，因過壓或過流而損壞。

② 旋轉(zhuǎn)整流器的硅整流元件安裝時扭力矩過大，導(dǎo)致管殼變形，內(nèi)部硅片損傷。

③ 負(fù)載功率因數(shù)過低，使勵磁電流長期超過硅整流元件額定電流而使其損壞。

3、處理方法

（1）應(yīng)按圖紙規(guī)定的電流等級配用旋轉(zhuǎn)硅元件。如果手邊無圖紙資料，可按主發(fā)電機(jī)勵磁電流值上靠到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的硅元件。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)整流器常見規(guī)格有16A、25A、40A、70A和200A等幾種。

（2）合理選擇旋轉(zhuǎn)硅元件的電壓等級，旋轉(zhuǎn)硅元件的反向峰值電壓URN應(yīng)為10～15倍勵磁電壓UIN。

（3）緊固旋轉(zhuǎn)硅元件螺母，其扭力矩應(yīng)適當(dāng)，用恒力矩扳手旋緊螺母。緊固旋轉(zhuǎn)硅元件螺母的扭力矩數(shù)值按表1所示的規(guī)定。

表1 緊固旋轉(zhuǎn)硅元件螺母的扭力矩

（4）采取過電壓保護(hù)措施。過電壓保護(hù)通常在旋轉(zhuǎn)整流器的直流側(cè)裝設(shè)壓敏電阻或阻容吸收回路。亞敏電阻選擇方法如下：

① 交流同步電機(jī)用的壓敏電阻一般為MY31型氧化鋅壓敏電阻器，其使用規(guī)格的選取主要以標(biāo)稱電壓（U_1mA）值來選定。

      標(biāo)稱電壓的下限一般按下列式計算：

● 直流電路：

U1_mA≥(1.8~2)U_DC..................（公式1）

● 交流電路：

U_1mA≥(2~2.5)U_AC..................（公式2）

式中，U_DC——線路的直流電壓，V；

U_AC——線路的交流電壓有效值，V。

      標(biāo)稱電壓的上限由被保護(hù)設(shè)備的耐壓來決定，應(yīng)使壓敏電阻器在吸收過電壓時將殘壓抑制在設(shè)備的耐壓以下。

② 阻容吸收回路的C、R值按下式計算：

C=K_cd（I₀₂/U₀₂）（μF）..................（公式3）

R=K_Rd（U₀₂/I₀₂）（Ω） ..................（公式4）

式中，I₀₂——交流勵磁機(jī)電樞相電流，A；

U₀₂——交流勵磁機(jī)電樞線電壓，V；

K_Cd，K_Rd——抑制電路計算系數(shù)，如表2所示。

表2 抑制電路計算系數(shù)K_cd、K_Rd的數(shù)值

 

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