拖拉機(jī)上發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與常見故障分析

于鳳閣

摘 要： 發(fā)電機(jī)是拖拉機(jī)上的主要電源設(shè)備之一，通過對(duì)拖拉機(jī)上常用的兩種發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行介紹，提高人們對(duì)拖拉機(jī)上發(fā)電機(jī)的認(rèn)知，通過對(duì)發(fā)電機(jī)常見故障產(chǎn)生原因及診斷排除方法的分析與總結(jié)，為拖拉機(jī)電氣維修人員工作提供參考。

關(guān)鍵詞： 拖拉機(jī);發(fā)電機(jī);結(jié)構(gòu)特點(diǎn);故障分析

中圖分類號(hào)： S219.07? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.10.050

0 引言

拖拉機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械上裝有蓄電池，供電氣設(shè)備運(yùn)行使用，但蓄電池存儲(chǔ)的電能非常有限。例如啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，起動(dòng)機(jī)要消耗蓄電池大量電能，若不及時(shí)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充充電，就不能滿足不斷增多的用電設(shè)備的需求，也就很難保證拖拉機(jī)的正常運(yùn)行。為此在拖拉機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械上裝備了發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的作用是將發(fā)動(dòng)機(jī)的部分機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能，向除起動(dòng)機(jī)以外的所有用電設(shè)備供電，并及時(shí)對(duì)蓄電池進(jìn)行補(bǔ)充充電，可以說發(fā)電機(jī)是拖拉機(jī)電氣系統(tǒng)的主要電源。拖拉機(jī)上使用的發(fā)電機(jī)常見的有永磁交流發(fā)電機(jī)和硅整流發(fā)電機(jī)。本文將對(duì)這兩種發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及常見故障做重點(diǎn)講述，提高人們對(duì)拖拉機(jī)上發(fā)電機(jī)的認(rèn)知。

1 永磁交流發(fā)電機(jī)

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

永磁交流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用可靠，維修方便。缺點(diǎn)是永久磁鐵易退磁，并且發(fā)電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，燈光不亮，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停熄時(shí)，即隨之熄滅。

永磁交流發(fā)電機(jī)由轉(zhuǎn)子和定子兩大部分組成，轉(zhuǎn)子用螺釘連同罩板直接安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上，工作時(shí)隨飛輪一起旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的骨架上固定著六塊永久磁鐵，南、北極相向排列。為了加強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度，在磁鐵表面粘貼有導(dǎo)磁片。

定子用螺栓固定在曲軸主軸承蓋側(cè)壁上，它由三組硅鋼片疊成的月牙形鐵芯和繞在鐵芯上的感應(yīng)線圈組成，三組線圈是同相位的，互相獨(dú)立的繞組，每個(gè)繞組的首端分別與發(fā)電機(jī)殼體上的三個(gè)火線接線柱相連接，各繞組的尾端共同接到發(fā)電機(jī)殼體上的搭鐵接線柱上。定子繞組密封良好，在柴油機(jī)熱狀態(tài)和油水污泥侵蝕后仍能正常工作。

定子和轉(zhuǎn)子的徑向單邊間隙為0.50～0.75 mm，在柴油機(jī)曲軸主軸承所允許的最大磨損情況下，不會(huì)發(fā)生定子和轉(zhuǎn)子相摩擦的“掃膛”現(xiàn)象。當(dāng)使用中發(fā)現(xiàn)主軸承磨損嚴(yán)重、影響發(fā)電機(jī)電壓時(shí)，可通過改變?cè)卵佬味ㄗ予F芯和轉(zhuǎn)子之間的間隙加以調(diào)整。加大間隙，電壓降低，減小間隙，電壓增高。

1.2 常見故障原因分析

（1）發(fā)電機(jī)不發(fā)電或輸出電壓過低的原因。①發(fā)電機(jī)傳動(dòng)皮帶打滑或張緊彈簧過松，致使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速過低。②引線接頭松脫或火線引出線碰鐵短路。③定子繞組斷路、匝間短路或碰鐵。④永磁轉(zhuǎn)子表面吸有鐵屑等導(dǎo)磁物質(zhì)，磁路局部短路，致使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)降低。⑤永磁轉(zhuǎn)子由于受熱、振動(dòng)或磁在空隙中的消耗而退磁造成磁通量減少。

（2）發(fā)電機(jī)過熱的原因。①軸承缺油潤(rùn)滑不良或軸承間隙過小，致使軸承因劇烈磨損產(chǎn)生過熱現(xiàn)象。②軸承嚴(yán)重偏磨或損壞以及轉(zhuǎn)子軸彎曲而引起轉(zhuǎn)子與定子鐵芯碰擦（俗稱“掃膛”），致使摩擦生熱。③定子繞組匝間短路或引出線碰鐵短路以及接線錯(cuò)誤，使發(fā)電機(jī)內(nèi)部因產(chǎn)生短路電流而發(fā)熱。

1.3 故障診斷排除

發(fā)動(dòng)機(jī)以正常轉(zhuǎn)速帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，如果火線與機(jī)體劃擦?xí)r，無火花出現(xiàn)，表明發(fā)電機(jī)不發(fā)電，如火花微弱，則表明輸出電壓過低。

當(dāng)發(fā)電機(jī)不發(fā)電或電壓過低時(shí)，首先檢查調(diào)整皮帶張緊度，當(dāng)調(diào)整無效時(shí)，才能拆開發(fā)電機(jī)清除雜質(zhì)，檢查轉(zhuǎn)子的磁性和發(fā)電機(jī)線圈有否短路（或碰鐵）。

當(dāng)發(fā)電機(jī)由于軸承發(fā)熱而過熱時(shí)，應(yīng)檢查發(fā)電機(jī)的軸承潤(rùn)滑脂，必要時(shí)更換新潤(rùn)滑脂;另一方面應(yīng)檢查軸承間隙。如固定前后端蓋的長(zhǎng)螺栓擰得過緊，應(yīng)重新調(diào)整，直到用手轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子感到靈活為止。

當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子碰擦發(fā)熱時(shí)，如由于軸承摩損所致，應(yīng)更換軸承并修圓轉(zhuǎn)子才能消除。但不能使氣隙增大，且在安裝時(shí)要保證氣隙一致。

2 硅整流發(fā)電機(jī)

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

目前，大中型拖拉機(jī)普便采用硅整流發(fā)電機(jī)。硅整流發(fā)電機(jī)是一種三相交流發(fā)電機(jī)經(jīng)三相橋式全波整流后形成的直流發(fā)電機(jī)。它與過去的直流發(fā)電機(jī)相比，具有體積小、故障率低、維修方便以及低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)蓄電池的充電性能好等特點(diǎn)，所以被眾多的汽車和拖拉機(jī)所采用。

硅整流發(fā)電機(jī)主要由轉(zhuǎn)子、定子及硅整流器組成。當(dāng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，由蓄電池向硅整流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組供電（在硅整流發(fā)電機(jī)建立正常的14 V電壓后，轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組電流改由發(fā)電機(jī)自己供給，由他勵(lì)轉(zhuǎn)為自勵(lì)），并產(chǎn)生磁場(chǎng)，由于轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組有電流通過，便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，相當(dāng)于電樞（定子）不斷切割磁力線，這樣便在電樞繞組中產(chǎn)生對(duì)稱三相交流電。之后，交流電被輸入硅整流調(diào)節(jié)器，經(jīng)整流后成為直流電向外輸出，供給各用電設(shè)備。同時(shí)，當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸出電壓高于蓄電池的電壓時(shí)，發(fā)電機(jī)向蓄電池充電。

硅整流發(fā)電機(jī)工作時(shí)，發(fā)電機(jī)電樞繞組具有一定的電感，對(duì)其中通過的交流電呈現(xiàn)感抗，因而能限制其電流過大輸出，不需要另加限制電流裝置。由于硅二極管具有單向?qū)щ娞匦?，能防止蓄電池向發(fā)電機(jī)電樞繞組倒放電，因此無需安裝逆流切斷器。但硅整流發(fā)電機(jī)的電壓隨著轉(zhuǎn)速變化而變化，為了得到恒定的電流，需安裝電壓調(diào)節(jié)器，簡(jiǎn)稱調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器使發(fā)電機(jī)的輸出電壓限制在工作電壓范圍內(nèi)，而不會(huì)隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高而升高。

2.2 常見故障原因分析

（1）不充電。柴油機(jī)在高于怠速以上運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電流表指示不充電，故障原因：①發(fā)電機(jī)電樞和磁場(chǎng)接線柱絕緣損壞或接觸不良。②滑環(huán)絕緣損壞。③電刷在其架內(nèi)卡滯，造成與滑環(huán)接觸不良。④硅二極管擊穿、短路或斷路。⑤定子或轉(zhuǎn)子線圈斷路、短路或搭鐵。⑥轉(zhuǎn)子爪極松動(dòng)。⑦電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電壓過低，或第一對(duì)觸點(diǎn)燒蝕（接不通），第二對(duì)觸點(diǎn)燒結(jié)（斷不開）。

（2）輸出電壓過高，故障原因：①調(diào)節(jié)電壓過高，需用電壓表檢查。如果調(diào)節(jié)電壓超過規(guī)定值，則必須重新調(diào)整至規(guī)定范圍內(nèi)。電壓的測(cè)量可以在發(fā)動(dòng)機(jī)中等轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)行，將電壓表的正表筆搭在調(diào)節(jié)器“火線”接線柱上，負(fù)表筆搭在調(diào)節(jié)器的底座上，測(cè)出的電壓值即調(diào)節(jié)器起作用時(shí)發(fā)電機(jī)“+”、“-”極之間的電壓值。②調(diào)節(jié)器線圈末端脫落，不起調(diào)節(jié)作用，可重新焊牢。

（3）輸出電壓過低，故障原因：①二極管損壞一個(gè)或兩個(gè)。②定子繞組有一相連接不良或脫開。③滑環(huán)積污，炭刷與滑環(huán)接觸不良。④調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電壓過低。⑤傳動(dòng)皮帶打滑。

2.3 故障診斷排除

發(fā)電機(jī)在使用中出現(xiàn)的故障主要有：不充電、輸出電壓過低和輸出電壓過高。

發(fā)電機(jī)的工作情況除可在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試外，也可用萬用表或燈泡在拖拉機(jī)上進(jìn)行檢查。用萬用表檢查時(shí)，先拆除發(fā)電機(jī)上的原有導(dǎo)線，將萬用表與發(fā)電機(jī)的正、負(fù)極接線柱連接。將萬用表撥至直流電壓為0～50 V的擋位。

啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，合上蓄電池與發(fā)電機(jī)間的開關(guān)，此時(shí)發(fā)電機(jī)以他勵(lì)方式工作，電流表指示放電。逐漸提高發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，正常時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓應(yīng)逐漸上升。當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓與蓄電池電壓相等時(shí)，電流表指針指在“0”位。斷開開關(guān)，發(fā)電機(jī)開始自勵(lì)。繼續(xù)提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并觀察電壓表的指示情況，若電壓隨轉(zhuǎn)速增加而繼續(xù)升高，表明發(fā)電機(jī)正常，否則，表明發(fā)電機(jī)有故障。

用燈泡檢查時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)以較低的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。將拖拉機(jī)上聯(lián)接到發(fā)電機(jī)“電樞”接線柱的導(dǎo)線拆掉，使發(fā)電機(jī)電樞與蓄電池脫開，然后將燈泡的一端引線搭發(fā)電機(jī)“電樞”接線柱，另一端引線搭發(fā)電機(jī)外殼，如果燈泡發(fā)亮，則表示發(fā)電機(jī)是正常的，否則說明發(fā)電機(jī)不發(fā)電。

必須注意，拖拉機(jī)在行駛過程中，電流表指示的充電電流很小或接近于零，往往是正常的。在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，由于蓄電池供起動(dòng)機(jī)用電，使發(fā)電機(jī)的端電壓與蓄電池的端電壓出現(xiàn)差值，所以開始時(shí)充電電流大。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作一段時(shí)間后，蓄電池逐漸充足，它的端電壓逐漸上升，發(fā)電機(jī)的端電壓與蓄電池的端電壓差值逐漸減小。這時(shí)，電流表指示的充電電流也就逐漸減小。當(dāng)蓄電池充足電時(shí)，發(fā)電機(jī)的端電壓與蓄電池的端電壓已很接近，電流表指示的充電電流很小或接近于零，所以如果在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后一段時(shí)間內(nèi)充電電流大，而后逐漸減小，這說明充電系統(tǒng)是正常的。

嚴(yán)禁用短接打火的方法來檢查發(fā)電機(jī)是否發(fā)電。使用中當(dāng)出現(xiàn)不充電的故障時(shí)，不少駕駛員常采用直流發(fā)電機(jī)的檢查經(jīng)驗(yàn)，以短接打火的方法來檢查硅整流發(fā)電機(jī)是否發(fā)電，即：用一根導(dǎo)線將發(fā)電機(jī)上的“+”接柱與“F”接柱短接起來，再?gòu)摹?”接柱上引線（或直接用改錐），使線端在發(fā)電機(jī)殼體上作打火試驗(yàn)。這種方法不但檢查不出故障，而且還會(huì)導(dǎo)致事故性損壞，應(yīng)嚴(yán)禁采用。