CN2238503Y - 汽车变整流交流发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及到一种汽车变整流交流发电机设计方案，其特征在于定子三相绕组A、B、C(4)的首端a、b、c与三相桥式整流器(2)连接，其中一相定子绕组与转换切换器(8)连接，末端a′、b′、c′与三相桥式整流器(1)连接，在a′、b′、c′之间连接转速切换器(8)的继电器两个常开触点KA₁、KA₂(6)。转速切换器(8)由电压比较器、倍压检波器、功率驱动器、稳压器组成。

Description

汽车变整流交流发电机

本实用新型涉及到一种汽车等机动车辆使用的变整流交流发电机。

现有汽车交流发电机，定子三相绕组一般接成星(Y)形，经由6只二极管组成的三相桥式整流器整流，最后输出直流电。它的输出特性(电流一转速特性)如图2曲线1，其中n_o为刚开始输出充电电流的转速，称为零电流转速；n_R为额定转速；与n_R对应的输出电流I_R称为额定电流。n_o和I_R是衡量交流发电机性能的两个重要参数。作为用户一方面希望有较低的n_o，以获得较好的低速充电性能，另一方面又希望高速时，有较大的额定电流I_R，以获得较大的输出功率。对于现有单一整流电路的交流发电机，要同时兼顾这二方面的要求是有困难的。例如：保持发电机结构尺寸不变仅改变定子绕组匝数：在减少匝数后，其输出特性就随之变为图2曲线2，与曲线1相比额定电流由I_R1增至I_R2有明显增加，而零电流转速也由n_o1升高到n_o2，造成低速充电性能变差。反之增加定子绕组匝数，n_o和I_R的变化则相反。因此对现有交流发电机，其定子绕组匝数，面对高、低速特性的不同要求，只能选取折衷值。

近些年，有人提出了在发电机内装设两套整流电路，以分别满足高、低速的不同要求。如＂阻值变换交流发电机＂(专利号92201281.4)和“高效能汽车交流发电机电气线路”(专利号92104941.2)分别提出了采用延边△形与双△形变换和采用双Y形直流侧串并联变换方案，但因定子绕组接线和切换控制过余复杂，使用整流元件过多，安装困难，可靠性降低等原因，这两种方案都难以付诸实用。

本实用新型的目的在于克服现有技术不足之处而提供一种将汽车交流发电机转换成可变整流交流发电机，以解决汽车高、低速的不同要求。

本实用新型的目的是通过以下设计方案来完成，定子三相绕组A、B、C(4)的首端a、b、c与三相桥式整流器(2)连接，其中一相定子绕组与转速切换器(8)连接，末端a′、b′、c′与三相桥式整流器(1)连接，在a′、b′、c′之间连接转速切换器(8)的继电器两个常开触点KA₁、KA₂(6)。整流器的两端与蓄电池(12)、用电负载(11)并联，转速切换器(8)的正端通过点火开关(10)与蓄电池正端连接。转速切换器(8)中的运算放大器IC₁(13)的输入端接电阻R₁、R₂，输入端接电阻R₃、R₄、R₅构成具有动作回差的电压比较器。电容C₁和二极管D₁₃、D₁₄(14)、电容C₂、电阻R₆构成倍压检波器，运算放大器IC₂(15)输入端连接电阻R₇、R₈、R₉，输入端连接电阻R₆构成具有动作回差的电压比较器。三极管T(16)及其基极连接电阻R₁₀、R₁₁，集电极连接转速切换器的继电器线圈KA(17)和二极管D₁₅构成功率驱动器。电阻R₁₂和稳压二极管DW构成简单的稳压器。

本实用新型与现有技术相比有以下优点：

①发电机内，两种整流电路(Y接与三接)相似性好，切换电路简单可靠，制造容易，利于大批量生产。

②转速切换器电路简单，控制精度高，工作可靠，成本低，体积小，重量轻，便于安装在发电机上。

③对现有交流发电机，结构参数基本不变的条件下，稍作改动，实施本实用新型后，就能获得增加额定电流约50％，提高效率约10％的显著效果。

④本实用新型也可用于其它变转速工作的整流交流发电机。如带充电蓄电池的风力发电机。

下面对附图进行说明

图1—本实用新型电气原理图

图2—发电机特性曲线图

图3—转速切换器的原理方框图

图4—转速切换器的电气原理图

下面结合附图对本实用新型的实施例进行说明，附图1由于发电机规格不同选用元器件型号有区别，对28V24A交流发电机施实例进行叙述：定子三相绕组A、B、C(4)的首端a、b、c与三相桥式整流器(2)连接，其中一相定子绕组与转速切换器(8)连接，末端a′、b′、c′与三相桥式整流器(1)连接，在a′、b′、c′之间连接转速切换继电器两个常开触点KA₁、KA₂(6)，整流器的两端与蓄电池(12)、用电负载(11)并联，转速切换器(8)的正端通过点火开关(10)与蓄电池(12)正端相接。附图4转速切换器(8)的运算放大器IC₁(13)的输入端相连接电阻R₁、R₂，R₁另一端连在定子三相绕组中的一相交流信号U～输入端(C)，R₂另一端接地，输入端连接电阻R₃、R₄、R₅，R₃另一端为接点F，R₄另一端接地，R₅另一端接于运算器IC₁输出端，IC₁输出端接电容C₁，C₁另一端接二极管D₁₃、D₁₄，D₁₃阳极接地，D₁₄阴极接电容C₂和电阻R₆，C₂和R₆另端接地，运算器IC₂(15)的输入端接R₆，输入端接电阻R₇、R₈、R₉，R₇另一端接于接点F，R₈另一端接地，R₉另一端接于运算器IC₂输出端，三极管T(16)的基极接电阻R₁₀和R₁₁，R₁₀的另一端接于IC₂输出端，R₁₁的另一端接地，T的发射极接地，集电极接二极管D₁₅和继电器KA(17)，D₁₅和KA的另一端接于蓄电池正端(+E)，R₁₂一端接稳压管DW阴极于接点F，另一端接蓄电池正端(+E)，稳压管DW另一端接地。IC₁～IC₂的型号为LM358。

结合附图1和2说明主电路的工作原理：在低速范围继电器触点(6)闭合，三相定子绕组(4)的末端被连接在一起，即接成星(Y)形，经右三相桥式整流器(2)整流输出，此时左三相桥式整流器(1)不工作。电路的工作与现有交流发电机完全一样。其输出特性如附图2，曲线1表示；在高速范围，继电器触点(6)断开，三相定子绕组转为各相独立工作，每相绕组分别与左、右三相桥式整流器中相连接的4只二极管，构成三个单相桥式整流电路，它们的输出是并联在一起的，所以能输出更大的额定电流，同时并联输出也使发电机内阻减小，减少了内损耗，提高了工作效率。这种工作方式称为三单相桥式整流并联输出联接(三接)。其输出特性如附图2曲线2来表示。曲线1与曲线2的相交点所对应的转速n₁₂，整定为转速切换器的动作值。这样在n＜n₁₂时，发电机Y接整流，接曲线1工作，有较低的零电流转速n_o1，而在n＞n₁₂时发电机转为三接整流，发电机自动从曲线1跳到曲线2工作，在n_R时获得了较大的额定电流I_R2，达到了低速、高速特性都兼顾的目的。试验结果表明：零电流转速保持1000转/分不变的条件下，6000转/分额定转速下的额定电流由24A增至36.5A，效率由33％增至43％。

结合附图3、4说明转速切换器电路的工作原理：

从右三相桥式整流器(2)的C点获取频率与发电机转速成正比的交流电压信号，经分压电路R₁、R₂分压后送入IC₁(13)等构成的电压比较器，进行波形整形，变换成矩形波。再经由二极管D₁₃、D₁₄(14)等构成的倍压检波器进行频率检波，在电阻R₆两端产生随频率增减而增减的直流电压信号。此电压信号直接加到IC₂(15)的输入端，与由电阻R₇～R₉在输入端建立的设定基准电压相比较：在转速n＜n₁₂时，端电压低于端电压，比较器输出高电平，经电阻R₁₀作用到三极管T(16)的基极，使其饱和导通，切换继电器线圈KA(17)得失，其触点(6)闭合。反之，在转速n＞n₁₂时，端电压高于端，比较器输出为0电平，三极管T(16)截止，继电器线圈KA(17)失电，其触点(6)断开。

图1中的励磁线圈5和电压调节器7是汽车发电机的现有技术。

Claims (2)

1、一种由定子绕组、励磁绕组、整流桥、电压调节器、转速切换器构成的汽车变整流交流发电机，其特征在于定子三相绕组A、B、C(4)的首端a、b、c与三相桥式整流器(2)连接，其中一相定子绕组与转速切换器(8)连接，末端a′、b′、c′与三相桥式整流器(1)连接，在a′、b′、c′之间连接转速切换继电器两个常开触点KA₁、KA₂(6)，整流器的两端与蓄电池(12)、用电负载(11)并联，转速切换器(8)的正端通过点火开关(10)与蓄电池(12)正端相接。

2、根据权利要求1所述的汽车变整流交流发电机，其特征在于转速切换器(8)的运算放大器IC₁(13)的输入端相连接电阻R₁、R₂，R₁另一端连在定子三相绕组中的一相交流信号U～输入端(C)，R₂另一端接地，输入端连接电阻R₃、R₄、R₅，R₃另一端为接点F，R₄另一端接地，R₅另一端接于运算放大器IC₁输出端，IC₁输出端接电容C₁，C₁另一端接二极管D₁₃、D₁₄，D₁₃阳极接地，D₁₄阴极接电容C₂和电阻R₆，C₂和R₆另端接地，运算放大器IC₂(15)的输入端接R₆，输入端接电阻R₇、R₈、R₉，R₇另一端接于接点F，R₈另一端接地，R₉另一端接于运算放大器IC₂输出端，三极管T(16)的基极接电阻R₁₀和R₁₁，R₁₀的另一端接于IC₂输出端，R₁₁的另一端接地，T的发射极接地，集电极接二极管D₁₅和继电器KA(17)，D₁₅和KA的另一端接于蓄电池正端(+E)，R₁₂一端接稳压管DW阴极于接点F，另一端接蓄电池正端(+E)，稳压管DW另一端接地。

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