交流磁電機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的研究

吳詩宇（重慶車輛檢測(cè)研究院　國(guó)家摩托車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（重慶） 重慶　401122）

交流磁電機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的研究

吳詩宇
（重慶車輛檢測(cè)研究院國(guó)家摩托車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（重慶） 重慶401122）

隨著公眾對(duì)交通工具選擇的多樣化，摩托車以其突出的機(jī)動(dòng)性能受到廣大民眾歡迎。摩托車點(diǎn)火和發(fā)電依靠磁電機(jī)系統(tǒng)，磁電機(jī)系統(tǒng)包含交流磁電機(jī)系統(tǒng)和直流磁電機(jī)系統(tǒng)。JB/T 5140.1－1999規(guī)定了磁電機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法。就交流磁電機(jī)系統(tǒng)的連續(xù)發(fā)火性能，點(diǎn)火提前角和充電性能的檢測(cè)方法進(jìn)行了研究，并搭建檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，為磁電機(jī)系統(tǒng)的檢測(cè)提供了參考。

磁電機(jī)系統(tǒng)連續(xù)發(fā)火性能點(diǎn)火提前角充電性能檢測(cè)系統(tǒng)

引言

時(shí)至今日，公眾對(duì)交通工具的選擇越來越多樣化，摩托車以其突出的性能受到廣大民眾歡迎[1]。摩托車的優(yōu)異性主要表現(xiàn)在機(jī)動(dòng)性好[2]，能源消耗小[3]，經(jīng)濟(jì)適用[3]，騎乘體驗(yàn)好等方面。磁電機(jī)是摩托車上利用永久磁鐵產(chǎn)生電磁場(chǎng)的小型交流發(fā)電機(jī)，是摩托車汽油機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)中的點(diǎn)火電源和摩托車用電氣設(shè)備的充電電源，是摩托車上不可或缺的部件。它的可靠運(yùn)行及其性能時(shí)刻影響著摩托車點(diǎn)火系統(tǒng)和充電系統(tǒng)的可靠性及其性能。

磁電機(jī)系統(tǒng)包括磁電機(jī)、點(diǎn)火器、點(diǎn)火線圈（高壓包），按結(jié)構(gòu)類型分為交流磁電機(jī)系統(tǒng)（本文均指CDI電容點(diǎn)火的交流磁電機(jī)系統(tǒng)）和直流磁電機(jī)系統(tǒng)。

交流磁電機(jī)照明、充電線圈產(chǎn)生交流電給整流調(diào)壓器供電，整流器把不同頻率、不同幅值的交流電整流成直流電。當(dāng)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后，調(diào)壓器把電壓穩(wěn)定在某個(gè)值給蓄電池充電或照明。整流器和調(diào)壓器多做成一體，這是交流磁電機(jī)的充電原理。市面上，交流磁電機(jī)系統(tǒng)多采用無觸點(diǎn)點(diǎn)火，磁電機(jī)定子點(diǎn)火線圈產(chǎn)生交流電送到點(diǎn)火器內(nèi)，整流后給電容充電，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到某一位置，觸發(fā)器發(fā)出信號(hào)，觸發(fā)點(diǎn)火器內(nèi)可控硅導(dǎo)通并很快截止，這樣在高壓包次級(jí)耦合出高壓，使火花塞迸發(fā)出火花點(diǎn)火[4]。

直流磁電機(jī)系統(tǒng)的充電原理跟交流磁電機(jī)系統(tǒng)相同。直流磁電機(jī)系統(tǒng)的點(diǎn)火器把蓄電池的低壓轉(zhuǎn)換為高頻交流，再整流給點(diǎn)火器內(nèi)電容充電，其他點(diǎn)火原理和交流磁電機(jī)系統(tǒng)一樣。中間加入高頻交流的原因是為了提高電容充電直流電壓，高速時(shí)充電時(shí)間較短的情況下，保證電容電壓達(dá)到點(diǎn)火要求的高壓[5，6]。直流磁電機(jī)系統(tǒng)的連續(xù)發(fā)火性能、點(diǎn)火提前角、充電性能的檢測(cè)方法和交流磁電機(jī)系統(tǒng)基本無異，故本文僅針對(duì)交流磁電機(jī)系統(tǒng)。

JB/T 5140.1－1999《磁電機(jī)技術(shù)條件》規(guī)定了磁電機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求和試驗(yàn)方法[7]，本文針對(duì)交流磁電機(jī)系統(tǒng)的連續(xù)發(fā)火性能、點(diǎn)火提前角、充電性能的檢測(cè)方法進(jìn)行了研究，并搭建檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

1　交流磁電機(jī)系統(tǒng)的連續(xù)發(fā)火性能、點(diǎn)火提前角、充電性能的檢測(cè)方法簡(jiǎn)述

1.1連續(xù)發(fā)火性能檢測(cè)方法

一般采用三針放電儀檢測(cè)連續(xù)發(fā)火性能，在轉(zhuǎn)速較低時(shí)，電容充電不足，點(diǎn)火能量偏低，在一定的三針間距下，會(huì)出現(xiàn)斷火，冬天化油器油霧難以汽化時(shí)，為了保證在低轉(zhuǎn)速時(shí)可靠點(diǎn)火，就要求檢測(cè)磁電機(jī)系統(tǒng)連續(xù)發(fā)火的最低轉(zhuǎn)速。在中高轉(zhuǎn)速時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的提高，電容充電和放電的時(shí)間都要縮短，如果點(diǎn)火器內(nèi)電路或者高壓包的線路有問題（線路耦合電容、電感會(huì)在不同頻率下表現(xiàn)不同特性），就會(huì)導(dǎo)致中高速時(shí)斷火[8]，就要求檢測(cè)磁電機(jī)系統(tǒng)連續(xù)發(fā)火的中高轉(zhuǎn)速。

試驗(yàn)采用皮帶拖動(dòng)磁電機(jī)在各個(gè)轉(zhuǎn)速下進(jìn)行連續(xù)發(fā)火性能檢測(cè)。在一定的三針極距下，最低和最高連續(xù)發(fā)火轉(zhuǎn)速時(shí)間不少于20s，即可檢測(cè)出連續(xù)發(fā)火轉(zhuǎn)速范圍。針對(duì)不同的汽油機(jī)工作容積采用不同的三針極距。如汽油機(jī)工作容積125mL，三針極距為6mm。

1.2點(diǎn)火提前角檢測(cè)方法

一般采用表盤放電裝置檢測(cè)點(diǎn)火提前角。通過表盤放電裝置可以檢測(cè)到每次放電時(shí)轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)的表盤角度，如果知道活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)的表盤角度，通過兩者相差即可得到點(diǎn)火提前角。如果點(diǎn)火過遲，燃燒時(shí)活塞已下行，使氣缸容積增大，燃燒壓力降低，發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降。如果點(diǎn)火過早，活塞壓縮受阻，發(fā)動(dòng)機(jī)功率也下降[9]。點(diǎn)火提前角和發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行功率關(guān)系密切，故要求檢測(cè)磁電機(jī)系統(tǒng)在各個(gè)轉(zhuǎn)速下的點(diǎn)火提前角。

點(diǎn)火提前角的檢測(cè)前提是檢測(cè)出活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)的表盤角度。磁電機(jī)安裝在曲軸箱內(nèi)，磁電機(jī)觸發(fā)器是固定在曲軸箱內(nèi)，活塞達(dá)到上止點(diǎn)時(shí)，磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的上止點(diǎn)記號(hào)與磁電機(jī)觸發(fā)器的角度是可測(cè)的。通過這個(gè)角度就可以算出上止點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的表盤角度。

具體檢測(cè)過程如下：在曲軸箱內(nèi)，慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，使活塞頂部推動(dòng)百分表，當(dāng)百分表讀數(shù)達(dá)到最大值時(shí)，在磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的某一地方做一記號(hào)，同時(shí)在曲軸箱的對(duì)應(yīng)位置亦做一記號(hào)，該處即為上止點(diǎn)位置。這樣就可以在曲軸箱上測(cè)出固定的角度，如圖1所示。

圖1　曲軸箱上固定的角度檢測(cè)

把表盤外殼接地，表針接高壓包高壓輸出端。在磁電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，每次都在固定角度點(diǎn)火，即可測(cè)出每次放電時(shí)轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)的表盤角度。“減去”圖1所測(cè)出的曲軸箱上固定的角度，就可以計(jì)算出點(diǎn)火提前角，如圖2所示。

圖2　 點(diǎn)火提前角計(jì)算

1.3充電性能檢測(cè)方法

一般采用磁電機(jī)照明，充電線圈輸出端接整流電路和無感負(fù)載電阻來檢測(cè)充電性能。如果低速時(shí)功率過小，在摩托車長(zhǎng)期低速運(yùn)行會(huì)造成蓄電池電量不足，影響摩托車啟動(dòng)或照明等性能。如果高速時(shí)功率過大，在摩托車高速運(yùn)行時(shí)，大電流會(huì)造成蓄電池和照明設(shè)備的損壞。故要求檢測(cè)各個(gè)轉(zhuǎn)速下的充電性能[10]。

檢測(cè)方法為：調(diào)整無感電阻，使得各個(gè)轉(zhuǎn)速下整流后電壓為額定電壓，此時(shí)測(cè)量電流，這時(shí)相當(dāng)于測(cè)量磁電機(jī)在各個(gè)轉(zhuǎn)速的額定狀態(tài)下，最大的照明、充電輸出功率。因?yàn)橐獪y(cè)最大輸出功率，故不接入蓄電池。負(fù)載電阻要求無感（實(shí)際中可用低感代替），如果負(fù)載電阻有很大電感，相當(dāng)于磁電機(jī)回路串聯(lián)了一個(gè)電感，這會(huì)增加磁電機(jī)的漏抗。隨著轉(zhuǎn)速增加，頻率增加，漏抗增大，磁電機(jī)損耗增大，使得高轉(zhuǎn)速下測(cè)量的最大輸出功率明顯偏小。

2　檢測(cè)系統(tǒng)的搭建

檢測(cè)系統(tǒng)采用變頻器驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)運(yùn)行在不同轉(zhuǎn)速下，異步電機(jī)通過皮帶拖動(dòng)磁電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行在不同轉(zhuǎn)速下。磁電機(jī)定子包含定子點(diǎn)火線圈和照明充電線圈，交流磁電機(jī)輔以其他電路進(jìn)行連續(xù)發(fā)火性能、點(diǎn)火提前角、充電性能的檢測(cè)。檢測(cè)系統(tǒng)框圖如圖3所示。

定子點(diǎn)火線圈供電給點(diǎn)火器和高壓包，高壓包輸出高壓到三針測(cè)試儀上，用于連續(xù)發(fā)火性能的檢測(cè)。把三針的高壓信號(hào)接入采集電路，用于識(shí)別是否斷火。只要20s內(nèi)不斷火，就認(rèn)為在此轉(zhuǎn)速和此三針極距下可以連續(xù)發(fā)火。

使用轉(zhuǎn)換開關(guān)，使得高壓包輸出高壓到表盤上。表針固定在磁電機(jī)轉(zhuǎn)子上，表針和轉(zhuǎn)子上止點(diǎn)標(biāo)志重合，并接高壓，表盤邊沿接地。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，表針在磁電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到一定角度時(shí)點(diǎn)火，這樣就可以讀出點(diǎn)火時(shí)表針?biāo)傅慕嵌取８鶕?jù)點(diǎn)火提前角的檢測(cè)方法，即可計(jì)算出點(diǎn)火提前角。

照明充電線圈供電給整流器，整流器負(fù)載側(cè)接無感電阻，無感電阻需要求可調(diào)。試驗(yàn)要求盡量縮短線路長(zhǎng)度，以減小寄生電感。寄生電感會(huì)導(dǎo)致磁電機(jī)的損耗增加，檢測(cè)的輸出功率偏小。根據(jù)充電性能檢測(cè)方法，即可檢測(cè)出磁電機(jī)的充電性能。

圖3　 檢測(cè)系統(tǒng)框圖

3　試驗(yàn)結(jié)果及其分析

試驗(yàn)樣品采用某廠家不同班組不同時(shí)間生產(chǎn)的2套125型交流磁電機(jī)，點(diǎn)火器和高壓包也采用對(duì)應(yīng)型號(hào)。試驗(yàn)樣品分別稱為樣品1#、樣品2#。

3.1連續(xù)發(fā)火性能試驗(yàn)結(jié)果

連續(xù)發(fā)火性能試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1　連續(xù)發(fā)火性能試驗(yàn)結(jié)果

3.2點(diǎn)火提前角試驗(yàn)結(jié)果

點(diǎn)火提前角試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

3.3充電性能試驗(yàn)結(jié)果

充電性能試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

3.4試驗(yàn)結(jié)果分析

通過連續(xù)發(fā)火性能試驗(yàn)結(jié)果，可以看出樣品1#的連續(xù)發(fā)火轉(zhuǎn)速較低。試驗(yàn)把樣品1#和2#的點(diǎn)火器和高壓包互換，樣品1#的連續(xù)發(fā)火轉(zhuǎn)速仍然較低。通過檢測(cè)磁電機(jī)定子點(diǎn)火線圈的電阻，測(cè)得樣品1#的線圈電阻為292.1Ω，樣品2#的線圈電阻為270.5Ω。可能在生產(chǎn)過程中，磁電機(jī)線圈匝數(shù)不一致，樣品1#的線圈匝數(shù)較多。由公式（1）得到相同轉(zhuǎn)速時(shí)匝數(shù)多的輸出電壓高，導(dǎo)致連續(xù)發(fā)火轉(zhuǎn)速就低。

其中：U為磁電機(jī)輸出電壓，f為發(fā)電頻率（與轉(zhuǎn)速成正比），N為磁電機(jī)線圈匝數(shù)，φ為與轉(zhuǎn)子耦合磁鏈（與磁電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子和定子磁鋼相關(guān)，考慮到同一廠家生產(chǎn)，認(rèn)為一致）。

通過點(diǎn)火提前角試驗(yàn)結(jié)果，可以看出樣品1#和樣品2#都是點(diǎn)火提前角隨著轉(zhuǎn)速變化，其他方面差別不大。這是由于隨著轉(zhuǎn)速的升高，其壓縮行程所用的時(shí)間縮短。假如點(diǎn)火后混合氣化學(xué)反應(yīng)過程所需的時(shí)間不變 (實(shí)際有所縮短)，若點(diǎn)火時(shí)刻仍固定不動(dòng)，則燃燒氣體壓力的最大值將遲于上止點(diǎn)后出現(xiàn)，從而導(dǎo)致動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性下降。所以點(diǎn)火時(shí)刻隨轉(zhuǎn)速的升高應(yīng)提前[10]。

通過充電性能試驗(yàn)結(jié)果，可以看出樣品1#的充電功率較大，并隨著轉(zhuǎn)速的提高，樣品2#的功率上升較慢。試驗(yàn)對(duì)象只有磁電機(jī)，通過檢測(cè)照明充電線圈繞組電阻，樣品1#和2#基本一致。通過觀察線圈，可以看出樣品2#的繞組沒有樣品1#繞制得緊，可能是樣品2#的漏感較樣品1#大。隨著轉(zhuǎn)速的升高，樣品2#的漏抗越大，損耗越大，導(dǎo)致功率上升較慢。

4　結(jié)語

本文介紹了磁電機(jī)系統(tǒng)，并研究了交流磁電機(jī)系統(tǒng)的連續(xù)發(fā)火性能、點(diǎn)火提前角和充電性能的檢測(cè)方法，搭建檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。這些工作為磁電機(jī)系統(tǒng)這三個(gè)性能的以后檢測(cè)工作提供了參考。

1王立三.中國(guó)摩托車行業(yè)：發(fā)展前景廣闊—當(dāng)前摩托車行業(yè)的基本形勢(shì)及發(fā)展對(duì)策分析[J].摩托車信息，2002 （2）：12

2楊建國(guó).摩托車懸架系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真與匹配研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2012

3董世新.淺析摩托車國(guó)三新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)企業(yè)營(yíng)銷的影響及對(duì)策研究[D].重慶：重慶理工大學(xué)，2012

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6李志豪.摩托車采用直流點(diǎn)火應(yīng)注意的問題及解決措施[J].摩托車信息，2007（2）：30～31

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8李及賢，任立環(huán).磁電機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)主要參數(shù)的測(cè)試及其典型波形[J].小型內(nèi)燃機(jī)，1994（5）：54～56

9郭華鋒，楊海青，魏民祥，等.基于Lab VIEW的小型汽油機(jī)磁電機(jī)點(diǎn)火提前角的測(cè)量[J].小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車，2007（4）：67～69

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Research on Detection System of ACM agneto System

W u Shiyu
Chongqing Vehicle Test&Research Institute Co.Ltd.，NationalMotorcycle Quality Supervision& Inspection Center（Chongqing）（Chongqing，401122，China）

With the diversification of public traffic tool choice,motorcycle with its outstandingmobility performance is welcomed by public.Motorcycle ignition and power depend on magneto system.Magneto system includes AC magneto system and DC magneto system.JB/T 5140.1－1999 provides technical requirements and testmethods ofmagneto system.In this paper，the continuous ignition performance，ignition advance angle and charging performance of ACmagneto system were studied.This paper setsup a detection system to test，and provides the reference for the detection ofmagneto system.

Magneto system，Continuous ignition performance，Ignition advance angle，Charging performance，Detection system

表2　點(diǎn)火提前角試驗(yàn)結(jié)果

表3　充電性能試驗(yàn)結(jié)果

TK411+.24

A

2095-8234（2015）01-0021-04

吳詩宇（1986-），男，碩士研究生，主要從事摩托車電器檢測(cè)技術(shù)的研究。

（2015-01-13）