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摩托车充电系统的结构原理及检修(1)
来源:摩托车技术  作者:佚名  2014-08-31 08:48:48

    1 充电系统的组成及发电机
    摩托车的充电系统具有向用电设备(蓄电池、点火系统、照明及信号系统等)提供电源的功能,该系统主要由交流发电机、调压整流器和蓄电池等部件组成(见图1)。摩托车采用多种结构形式的交流发电机。

    1.1永久磁铁转子式交流发电机
    永久磁铁转子式交流发电机的定子线圈、激励线圈均固定安装于曲轴箱外侧。转子由若干个永久磁铁组成,并位于定子线圈与激励线圈间的圆环空间内。激励线圈与蓄电池相连,通电后产生磁场。转子转动时,永久磁铁提供的磁场穿过由激励线圈产生的磁场时,引起激励线圈内的磁场交替通过定子线圈绕组,因此,在定子线圈内感应电流。
    1.2飞轮磁电机
    小型二冲程摩托车上,常采用飞轮磁电机式交流发电机,一般在定子底板上装有2~3个定子线圈(含点火充电线圈等),飞轮上装有永久磁铁4块。飞轮转动时,其内圈上S-N-S-N这4个磁铁形成的磁场依次交替地切过定子线圈,使定子线圈内产生感应电流。
    1.3三相交流发电机
    现代摩托车上,不论骑式车还是踏板车常采用三相交流发电机,主要由定子线圈、永久磁铁制成的飞轮等组成。定子线圈是在一个多级辐射式铁心上绕有三相充电绕组,每个绕组均有一组引线对外,定子线圈通常安装于曲轴箱盖内侧。装于曲轴端的飞轮内腔朝外侧,曲轴箱盖安装时,定子线圈正好置于飞轮内腔中。飞轮转动时,永久磁铁的磁场磁力线切过各级铁心上的定子绕组,在同一绕组中产生感应电流,并通过该引线向外输出。飞轮转动1周,三相交流电即向外输出。

    2 磁电机结构特点及工作原理
    2.1磁电机结构
    摩托车用磁电机是一种最简单的永磁式交流发电机,由转子和定子组成。从磁电机结构上看,可分成转子在定子外侧回转的外转子式磁电机和转子在定子内侧回转的内转子式磁电机两类,点火形式可归纳为初级断电式点火和电容放电点火。点火器则有机械有触点断电器和电子式无触点点火器之分。目前,国内市场拥有量最多的JT50、 050、 WY50、 JH70、 CY80等摩托车均为外转子式飞轮磁电机。而点火控制方式则分为有触点断电器和无触点CDI装置,并逐步向无触点化方向过渡。
    CY80摩托车磁电机(见图2、图3),其磁电机转子是由钢板冲压制成碗形外壳,碗形周围均布4块永久磁钢并用螺钉及粘结剂进行固定,N极和S极交替分布而形成磁场。将转子与中心接头铆接后与发动机的曲轴成锥体配合。



    磁电机定子底座上固定着3个电枢绕组,分别是点火充电绕组、照明及充电绕组和点火触发信号绕组。这些绕组分别通过弓}出线和接插件与外部电路连接。
    磁电机是最简单的永磁交流发电机,由永久磁钢提供励磁。因为永久磁钢经过外界磁场的顶先磁化以后,即使没有外界磁场,仍保持很强的磁性。并具有N和S两极性及建立外磁场的能力。当磁电机转子回转时,转子上的永久磁钢形成的近似梯形波分布的磁场也随之一起回转。这个转动的磁场与定子电枢绕组相交链,使穿过定子绕组铁』臼的主磁通叻的大小和方向均发生变化,即穿过定子绕组铁心的主磁通发生交变。根据电磁感应定律,交变的磁通0使定子电枢绕组产生感应电动势e,而且感应电动势e的大小与0的变化率、转子的回转速度及电枢绕组的匝数成正比。感应电动势的方向使由其感生的电流所建立的磁场阻止原有磁场的变动。总之,永磁式电机与电磁式电机相比,从原理上说,只不过用永久磁钢的磁场来代替由励磁电源和励磁绕组所建立的气隙磁场。

    2.2磁电机点火特性
    作为摩托车电源的磁电机,其任务是适时提供足够电能,保证可靠点火及明亮照明。因此,在感应电动势e的作用下,磁电机各电枢绕组若分别与外电路形成闭合回路,则照明绕组向外提供照明及信号的负载电流,点火绕组向点火线圈一次侧绕组提供负载电流,并且点火线圈一次侧电流在铁心中形成的磁通同时与二次侧绕组相交链。
    对于初级断电式点火磁电机,在其定子中安装有机械式断电器,并与点火回路相串接。一旦回路被断电器突然切断,点火线圈一次侧电流及其形成的磁场亦迅速变化。根据电磁感应定律,便在点火线圈二次侧绕组中感应出高电压。由于二次侧绕组匝数非常多,感应电压可高达15一20 kV,足以击穿火花塞间隙而点火。
    对于电容放电式点火磁电机,一旦电枢点火绕组的回路突然被切换,贮存在绕组中的磁场能迅速向外电路电容器充电,变成电容器的电场能,接着电容器以极高速率集中地向点火线圈一次侧绕组放电,于是二次侧感应出极高的电压击穿火花塞间隙而点火。
    显然,不管有触点机械式断电器,还是无触点电子式点火器,均在点火回路中起关键作用。其决定了点火回路状态变换的时期和速度。理论和实践均证明,为了提高点火能量,断电器的动作时期应选择在磁电机电极点火绕组瞬时电流达到最大值的时刻。同时为提高点火线圈二次侧的感应电动势,增加点火可靠性,应尽量提高断电器动作的速率。另外,磁电机定子各绕组的电气参数及其波形与各绕组铁芯的形状、结构形式及安装位置有密切关系,改变铁心的形状及位置,也就改变了磁电机气隙磁场的分布,就能使我们得到需要的各种形状的波形。

   3 整流稳压调节器
    摩托车中使用的蓄电池是依靠充电装置将磁电机的电能转化为化学能的。由于交流发电机对外输出的是交流电,整流器担负着将交流电转变为直流电的任务。此外,交流发电机对外输出电压与飞轮的转速有关,特别是在高速旋转时输出电压有可能超过输出用电设备的承受能力,所以附有调压装置。一般情况下,整流器与调压器两者合二为一,通常称为调压整流器。通过这种调压装置,一方面使照明负载得到稳定的上作电压,保证足够的行驶照明度,另一方面完成对蓄电池充电。

    3.1整流器
    小型摩托车飞轮磁电机充电系统采用的一般是单个二极管或晶闸管,这种简单整流方式只是利用了交流电1/2的波长,通常叫做半波整流。半波整流的优点是结构简单,但是由于整流效果不好,所以只用于要求不高的车辆上。
    对于要求较高的车辆,供电系统一般采用三相交流发电机,相应的整流也采用全波整流,所以这种整流器被称为三相桥式全波整流器。三相桥式全波整流器一般最少由6个二极管组成,其中有3个被称为输出二极管,另外3个被称为回路二极管。三相交流电经过3个独立的半波整流,两两叠加,在公共输出端最后变成相对稳定的全波整流,输出的直流电比半波整流要平稳很多,为摩托车的用电装置提供电力。

    3.2调压器
    通常摩托车采用的电子调压器主要由稳压二极管、晶闸管或集成稳压元件组成。对于电子稳压电路的理解不是简单几句话就能说清楚的,一般来说,从整流器输出的不稳定直流电经过稳压二极管有一个限制。通常稳压二极管有一个导通电压,只有输入端的电压大干这个电压稳压管才能够导通,而一般用于控制导通的晶闸管通常跨接在稳压二极管的两端,中间有电容和电阻做为参数设定调整电路。交流电通过稳压管和晶闸管或者其他集成原件的调压后,可以稳定无误地向所需电路系统供电,以达到预期的良好效果。

    3.3有触点调节器
    这种调节器实际上是利用高返回系数的电压继电器的间歇通断来达到稳定电压的目的。其工作过程是,当发电机电压低于蓄电池电压时,由蓄电池对负载供电并同时为发电机励磁绕组供电。当发电机电压高于蓄电池电压但低于额定电压时,转变为由发电机对负载供电。当发电机电压继续升高并超过额定值时,继电器动作,接点断开,励磁绕组的电流因串进两电阻而减小,从而励磁减弱,迫使发电机电压下降。但电压一旦低于规定值,继电器释放,又闭合,发电机励磁电流又增加,则电压回升。
    由干继电器的快速交替通断,迫使发电机电压总是被稳压在额定值附近波动。如果励磁绕组回路串进电阻之后,励磁电流的降低仍不能使发电机电压下降,发电机电压反而因转速上升而继续升高、此时继电器线圈吸力将继续加大,直至使继电器的强力动合接点闭合,此时发电机励磁绕组因两端一起对地短接而仪有剩磁,由于剩磁十分微弱,迫使发电机端电压降低。有触点整流稳压调节器调节原理如图4所示。

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