CN101728885A

CN101728885A - 双控整流汽车交流发电机

Info

Publication number: CN101728885A
Application number: CN200810176118A
Authority: CN
Inventors: 陈国弟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-11-03
Filing date: 2008-11-03
Publication date: 2010-06-09

Abstract

一种双控整流汽车交流发电机，主要由皮带轮、前端盖、前轴承、定子、励磁转子、后端盖、后轴承、双三相半控桥式整流器、调节器、转换控制电路和后罩盖组成，其特征在于：高匝数绕组L1和低匝数绕组L2的外特性曲线相交于K点，K点对应的转速为n_k；当发电机的工作转速在n_K以下时，转换控制电路关断可控硅SCR4～SCR6，依次触发导通SCR1～SCR3当中过自然换向点以后正向电压最高的那颗可控硅；当发电机的工作转速在n_K以上时，转换控制电路关断可控硅SCR1～SCR3，依次触发导通SCR4～SCR6当中过自然换向点以后正向电压最高的那颗可控硅，因此实现了随发电机转速的变化进行绕组L1工作与绕组L2工作之间的切换，带来平均效率高的优点，适用于汽车、拖拉机、坦克等。

Description

双控整流汽车交流发电机

技术领域

本技术发明涉及汽车交流发电机。

背景技术

现有汽车交流发电机的定子都只有一套三相绕组，接成星形(Y形)或三角形(△形)连接后再经三相桥式整流器整流，输出电压稳定的直流电给汽车的用电器供电和给蓄电池充电。它的输出特性(电流——转速特性)如图1曲线I所示，曲线中刚开始输出电流的转速n_O称为零电流转速，而与额定转速n_R对应的输出电流I_R称为额定电流。汽车交流发电机的零电流转速n_O一般在1000r/min左右，额定转速n_R＝6000r/min，n_O和I_R都是汽车交流发电机必须满足的重要指标，为了满足零电流转速的要求，定子绕组的匝数要足够多，在发电机工作转速达到额定转速n_R时，由于发电机内阻抗大幅度增加，内阻损耗增大，使得发电机的效率降低，因此，现有汽车交流发电机的平均效率只有30％～35％。作为用户，一方面希望发电机有好的低速充电性能，另一方面又希望发电机在中高速范围工作时有大的电流输出能力和高的效率，现有汽车交流发电机只有一套绕组，发电机的体积和质量又不可能做得太大，所以无法实现既兼顾用户对发电机高、低速特性的要求，又能使发电机具有较高的平均效率。

近年有人提出在汽车交流发电机内设置两套整流电路，让发电机在低速范围时是高匝数绕组工作而在高速范围转换成低匝数绕组来工作的技术方案，也有人提出了根据发电机工作转速的变化对定子绕组进行星形(Y形)——三角形(△形)连接转换的办法。但目前已知的几种定子绕组高——低匝数转换或Y——△连接转换的技术方案都存在弊端，未能得到大量推广使用，如中国专利公开号CN2115683U，申请号92201281.4，公开日1992年9月9日，发明创造名称为“阻值变换交流发电机”的申请案，公开了一种采用延边△形与双△形变换的技术方案，该方案虽然可以实现提高汽车交流发电机平均效率的目的，但存在结构复杂，使用整流元件过多，转换功能靠继电器触点的分断吸合来实现导致响应速度慢、工作可靠性差等不足；中国专利公开号CN2238503Y，专利号95224578.7，公开日1996年10月23日，发明创造名称为“汽车变整流交流发电机”的申请案，公开了一种采用继电器分断吸合来进行定子绕组Y形与△形变换的技术方案，该方案的绕组产生的大电流要通过继电器的触点，继电器的体积大、质量重，不利于汽车交流发电机的小型化设计，而且，由于汽车交流发电机长期在强烈的振动工况下工作，继电器的工作可靠性低，因此，这两种技术方案都难以付诸实用。

发明内容

本技术发明的目的是针对现有汽车交流发电机平均效率低的不足，提出一种双控整流汽车交流发电机的技术方案，根据发电机工作转速范围的变化自动实现高匝数绕组工作与低匝数绕组工作之间的切换，或者是星形绕组工作与三角形绕组工作之间的切换，使汽车交流发电机在不同的工作转速段都拥有较高的效率。

本技术发明的目的是这样实现的：一种双控整流汽车交流发电机，主要由皮带轮、前端盖、前轴承、定子、励磁转子、后端盖、后轴承、双三相半控桥式整流器、调节器、转换控制电路和后罩盖组成，在定子中布置有两套三相绕组L1和L2，绕组L1是高匝数绕组，它的匝数根据用户对发电机低速充电性能的要求来确定，它的输出特性(电流——转速特性)对应附图1的曲线I，L2是低匝数绕组，它的匝数根据用户对发电机高速电流输出能力的要求来确定，它的输出特性对应于附图1的曲线II；定子中的两套绕组也可以是L1和L2的匝数相同但L1为星形连接L2为三角形连接的三相绕组，且绕组的匝数以L1满足用户对发电机低速充电性能的要求来确定；绕组L1和L2所具有的外特性曲线相交于K点，K点对应的转速为n_k；整流二极管VD1～VD3和单相可控硅SCR1～SCR3构成三相半控桥式整流器Q1，整流二极管VD4～VD6和单相可控硅SCR4～SCR6构成三相半控桥式整流器Q2，三相半控桥式整流器Q1和Q2并联连接组成双三相半控桥式整流器，双三相半控桥式整流器可以是整流二极管为共阴极连接而单向可控硅为共阳极连接的结构形式，也可以是整流二极管为共阳极连接而单向可控硅为共阴极连接的结构形式；定子绕组L1与三相半控桥式整流器Q1连接，定子绕组L2与三相半控桥式整流器Q2连接；转换控制电路中设有发电机转速采样电路和触发控制电路，转换控制电路的“正极”端接发电机输出正极B+，转换控制电路的“负极”端接发电机的负极，转换控制电路的“转速采样”端子接发电机转速采样信号输出端，转换控制电路的“触发控制”端子分别与单向可控硅SCR1～SCR3和SCR4～SCR6的控制极连接；转换控制电路通过采集发电机的转速信号，以n_k为分界点，对单向可控硅的工作状态作如下控制：当发电机的工作转速在n_K以下时，转换控制电路使单向可控硅SCR4～SCR6处于关断状态，给单向可控硅SCR1～SCR3提供触发电流，依次触发导通SCR1～SCR3当中过自然换向点以后正向电压最高的那颗可控硅，此时的发电机实际上是以绕组L1为工作绕组，经三相半控桥式整流器Q1整流的汽车硅整流发电机，其输出特性对应于附图1曲线I中K点以下部分；当发电机的工作转速达到n_K以上时，转换控制电路使单向可控硅SCR1～SCR3处于关断状态，给单向可控硅SCR4～SCR6提供触发电流，依次触发导通SCR4～SCR6当中过自然换向点以后正向电压最高的那颗可控硅，此时的发电机实际上是以绕组L2为工作绕组，经三相半控桥式整流器Q2整流的汽车硅整流发电机，其输出特性对应于附图1曲线II中K点以上部分，因此，发电机总的输出特性就是附图1曲线I中n_O到K点部分和附图1曲线II中K点以上部分的叠加，即附图2所示的双控整流汽车交流发电机输出特性曲线。由于两套定子绕组的匝数分别是针对发电机高、低速特性的要求来确定的，既兼顾了用户对发电机高、低速特性的要求，又使发电机在不同的工作转速段都能获得较高的效率。

本技术发明产生的有益效果是：

1.由于两套定子绕组的匝数分别是针对发电机高、低速特性的要求来确定的，既兼顾了用户对发电机高、低速特性的要求，又使发电机在不同的工作转速段都能获得较高的效率。

2.机-电转换效率高，用本技术发明的双控汽车交流发电机来替代现有汽车交流发电机，可节约大量的汽车燃油，产生显著的经济效益和社会效益。

3.由于效率的提高，轴承和皮带轮的负荷减轻，使用寿命长。

4.由于传统汽车交流发电机采用的是全部由整流二极管构成的三相桥式整流器，一旦蓄电池极性接反，会导致发电机整流器烧毁等严重后果，本技术发明的双控整流汽车交流发电机采用的是三相半控桥式整流器，一旦蓄电池极性接反，可控硅不触发，蓄电池不能通过发电机的整流器形成电流回路，不会出现将发电机整流器烧毁等现象，进一步提高了汽车交流发电机的工作可靠性和使用的安全性。

附图说明

附图1是高匝数绕组(或星形绕组)与低匝数绕组(或三角形绕组)的汽车交流发电机的外特性曲线对比图。

附图2是双控整流汽车交流发电机外特性曲线图。

附图3是双控整流汽车交流发电机结构图。

附图4是双控整流汽车交流发电机第1实施例的电气原理图。

附图5是双控整流汽车交流发电机第2实施例的电气原理图。

附图6是双控整流汽车交流发电机第3实施例的电气原理图。

附图7是双控整流汽车交流发电机第4实施例的电气原理图。

附图1和附图2中：曲线I是高匝数绕组(或星形绕组)的汽车交流发电机的外特性曲线，曲线II是低匝数绕组(或三角形绕组)的汽车交流发电机的外特性曲线，K是曲线I和曲线II的交点，K点对应的转速是n_k。

附图3中：1.发电机后罩盖，2.双三相半控桥式整流器，3.调节器、4.转换控制电路，5.后轴承，6.后端盖，7.定子，8.励磁转子，9.前端盖，10.前轴承，11.皮带轮。

附图4和附图6中：L1是高匝数三相定子绕组，L2是低匝数三相定子绕组，L3是励磁转子的励磁绕组，SW是汽车的点火开关，由整流二极管VD1～VD3和单相可控硅SCR1～SCR3组成三相半控桥式整流器Q1，由整流二极管VD4～VD6和单相可控硅SCR4～SCR6组成三相半控桥式整流器Q2，B+是发电机正极输出端子。附图5和附图7中：L1和L2是匝数相同的三相定子绕组，L1是星形连接，L2是三角形连接，L3是励磁转子的励磁绕组，SW是汽车的点火开关，由整流二极管VD1～VD3和单相可控硅SCR1～SCR3组成三相半控桥式整流器Q1，由整流二极管VD4～VD6和单相可控硅SCR4～SCR6组成三相半控桥式整流器Q2，B+是发电机正极输出端子。

具体实施方式

附图4～附图7给出了附图3所示结构的双控整流汽车交流发电机的4种具体实施例的电原理图。

下面结合附图详细说明本技术发明的双控整流汽车永磁发电机的具体实施方式：

实施例1：

附图4是附图3所示结构的双控整流汽车交流发电机第1实施例的电气原理图，其中：调节器的结构和工作原理与现有汽车交流发电机的调节器相同，它通过采集发电机输出的直流电压，根据发电机工作转速和负载的变化自动调节励磁绕组L3的励磁电流，使发电机输出电压稳定的直流电能；绕组L1是高匝数绕组，它的匝数根据用户对发电机低速充电性能的要求来确定，它的输出特性(电流——转速特性)对应附图1的曲线I，L2是低匝数绕组，它的匝数根据用户对发电机高速电流输出能力的要求来确定，它的输出特性对应于附图1的曲线II，绕组L1和L2所具有的外特性曲线相交于K点，K点对应的转速为n_k；共阴极连接的整流二极管VD1～VD3和共阳极连接的单相可控硅SCRi～SCR3构成三相半控桥式整流器Q1，共阴极连接的整流二极管VD4～VD6和共阳极连接的单相可控硅SCR4～SCR6构成三相半控桥式整流器Q2，三相半控桥式整流器Q1和Q2并联连接组成双三相半控桥式整流器2，定子绕组L1与三相半控桥式整流器Q1连接，定子绕组L2与三相半控桥式整流器Q2连接；转换控制电路的“正极”端接发电机输出正极B+，转换控制电路的“负极”端接发电机的负极，转换控制电路的“触发控制”端子分别与单向可控硅SCR1～SCR3和SCR4～SCR6的控制极连接，转换控制电路采集发电机三相绕组L2中的一相的电频率信号作为发电机转速信号，以转速n_k时该相绕组产生的电频率为基准频率，将实测频率与基准频率进行比较，也实际上就实现了发电机工作转速与转速n_K之间的比较，当发电机的工作转速在n_K以下时，转换控制电路使单向可控硅SCR4～SCR6处于关断状态，给单向可控硅SCR1～SCR3提供触发电流，依次触发导通SCR1～SCR3当中过自然换向点后正向电压最高的那颗可控硅，此时的发电机实际上是以绕组L1为工作绕组，经三相半控桥式整流器Q1整流的汽车硅整流发电机，其输出特性对应于附图1曲线I中K点以下部分；当发电机的工作转速达到n_K以上时，稳压控制电路使可控硅SCR1～SCR3处于关断状态，给单向可控硅SCR4～SCR6提供触发电流，依次触发导通SCR4～SCR6当中过自然换向点后正向电压最高的那颗可控硅，此时的发电机实际上是以绕组L2为工作绕组，经三相半控桥式整流器Q2整流的汽车硅整流发电机，其输出特性对应于附图1曲线II中K点以上部分，因此，发电机总的输出特性就是附图1曲线I中n₀到K点部分和附图1曲线II中K点以上部分的叠加，即附图2所示的双控整流汽车交流发电机输出特性曲线，从而实现了根据发电机工作转速范围的变化自动进行高匝数绕组工作和低匝数绕组工作的切换。

实施例2：

附图5是附图3所示结构的双控整流汽车永磁发电机第2实施例的电气原理图，其中：调节器的结构和工作原理与现有汽车交流发电机的调节器相同，它通过采集发电机输出的直流电压，根据发电机工作转速和负载的变化自动调节励磁绕组L3的励磁电流，使发电机输出电压稳定的直流电能；定子中的两套绕组L1和L2的匝数相同，L1为星形连接，L2为三角形连接，绕组的匝数以L1满足用户对发电机低速充电性能的要求来确定；绕组L1和L2所具有的外特性曲线相交于K点，K点对应的转速为n_k；共阴极连接的整流二极管VD1～VD3和共阳极连接的单相可控硅SCR1～SCR3构成三相半控桥式整流器Q1，共阴极连接的整流二极管VD4～VD6和共阳极连接的单相可控硅SCR4～SCR6构成三相半控桥式整流器Q2，三相半控桥式整流器Q1和Q2并联连接组成双三相半控桥式整流器2，定子绕组L1与三相半控桥式整流器Q1连接，定子绕组L2与三相半控桥式整流器Q2连接；转换控制电路的“正极”端接发电机输出正极B+，转换控制电路的“负极”端接发电机的负极，转换控制电路的“触发控制”端子分别与单向可控硅SCR1～SCR3和SCR4～SCR6的控制极连接，转换控制电路采集发电机三相绕组L2中的一相的电频率信号作为发电机转速信号，以转速n_k时该相绕组产生的电频率为基准频率，将实测频率与基准频率进行比较，也实际上就实现了发电机工作转速与转速n_K之间的比较，当发电机的工作转速在n_K以下时，转换控制电路使单向可控硅SCR4～SCR6处于关断状态，给单向可控硅SCR1～SCR3提供触发电流，依次触发导通SCR1～SCR3当中过自然换向点后正向电压最高的那颗可控硅，此时的发电机实际上是以绕组L1为工作绕组，经三相半控桥式整流器Q1整流的汽车硅整流发电机，其输出特性对应于附图1曲线I中K点以下部分；当发电机的工作转速达到n_K以上时，转换控制电路使可控硅SCR1～SCR3处于关断状态，给单向可控硅SCR4～SCR6提供触发电流，依次触发导通SCR4～SCR6当中过自然换向点后正向电压最高的那颗可控硅，此时的发电机实际上是以绕组L2为工作绕组，经三相半控桥式整流器Q2整流的汽车硅整流发电机，其输出特性对应于附图1曲线II中K点以上部分，因此，发电机总的输出特性就是附图1曲线I中n_O到K点部分和附图1曲线II中K点以上部分的叠加，即附图2所示的双控整流汽车交流发电机输出特性曲线，从而实现了根据发电机工作转速范围的变化自动进行星形绕组工作和三角形绕组工作的切换。

附图6是实施例3的电原理图，它的整流二极管VD12～VD3、VD4～VD6是共阳极连接，可控硅SCR1～SCR3、SCR4～SCR6是共阴极连接，其余部分工作原理和产生的效果与实施例1相同。

附图7是实施例4的电原理图，它的整流二极管VD12～VD3、VD4～VD6是共阳极连接，可控硅SCR1～SCR3、SCR4～SCR6是共阴极连接，其余部分工作原理和产生的效果与实施例2相同。

Claims

1.一种双控整流汽车交流发电机，主要由皮带轮、前端盖、前轴承、定子、励磁转子、后端盖、后轴承、双三相半控桥式整流器、调节器、转换控制电路和后罩盖组成，其特征在于：在定子中布置有两套三相绕组L1和L2，绕组L1是高匝数绕组，它的匝数根据用户对发电机低速充电性能的要求来确定，L2是低匝数绕组，它的匝数根据用户对发电机高速电流输出能力的要求来确定，定子中的两套绕组也可以是L1和L2的匝数相同但L1为星形连接L2为三角形连接的三相绕组，且绕组的匝数以L1满足用户对发电机低速充电性能的要求来确定；绕组L1和L2所具有的外特性曲线相交于K点，K点对应的转速为n_k；整流二极管VD1～VD3和单相可控硅SCR1～SCR3构成三相半控桥式整流器Q1，整流二极管VD4～VD6和单相可控硅SCR4～SCR6构成三相半控桥式整流器Q2，三相半控桥式整流器Q1和Q2并联连接组成双三相半控桥式整流器；定子绕组L1与三相半控桥式整流器Q1连接，定子绕组L2与三相半控桥式整流器Q2连接；转换控制电路的“正极”端接发电机输出正极B+，转换控制电路的“负极”端接发电机的负极，转换控制电路的“转速采样”端子接发电机转速采样信号输出端，转换控制电路的“触发控制”端子分别与单向可控硅SCR1～SCR3和SCR4～SCR6的控制极连接；转换控制电路通过采集发电机的转速信号，以n_k为分界点，对单向可控硅的工作状态作如下控制：当发电机的工作转速在n_K以下时，转换控制电路使单向可控硅SCR4～SCR6处于关断状态，给单向可控硅SCR1～SCR3提供触发电流，依次触发导通SCR1～SCR3当中过自然换向点以后正向电压最高的那颗可控硅；当发电机的工作转速达到n_K以上时，转换控制电路使单向可控硅SCR1～SCR3处于关断状态，给单向可控硅SCR4～SCR6提供触发电流，依次触发导通SCR4～SCR6当中过自然换向点以后正向电压最高的那颗可控硅。

2.根据权利要求1所述的双控整流汽车交流发电机，其特征在于：定子中布置有两套三相绕组L1和L2，其中L1是高匝数三相绕组，它的匝数根据用户对发电机低速充电性能的要求来确定，L2是低匝数三相绕组，它的匝数根据用户对发电机高速电流输出能力的要求来确定。

3.根据权利要求1所述的双控整流汽车交流发电机，其特征在于：定子中的两套三相绕组L1和L2的匝数相同，但L1为星形连接，L2为三角形连接，绕组的匝数以L1满足用户对发电机低速充电性能的要求来确定。

4.根据权利要求1所述的双控整流汽车交流发电机，其特征在于：双三相半控桥式整流器中的单向可控硅是共阳极连接，整流二极管是共阴极连接。

5.根据权利要求1所述的双控整流汽车交流发电机，其特征在于：双三相半控桥式整流器中的单向可控硅是共阴极连接，整流二极管是共阳极连接。