拖拉機上發(fā)電機結(jié)構(gòu)特點與常見故障分析

于鳳閣

摘 要： 發(fā)電機是拖拉機上的主要電源設備之一，通過對拖拉機上常用的兩種發(fā)電機的結(jié)構(gòu)特點進行介紹，提高人們對拖拉機上發(fā)電機的認知，通過對發(fā)電機常見故障產(chǎn)生原因及診斷排除方法的分析與總結(jié)，為拖拉機電氣維修人員工作提供參考。

關鍵詞： 拖拉機;發(fā)電機;結(jié)構(gòu)特點;故障分析

中圖分類號： S219.07? ? ? ? ?文獻標識碼： A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.10.050

0 引言

拖拉機等農(nóng)業(yè)機械上裝有蓄電池，供電氣設備運行使用，但蓄電池存儲的電能非常有限。例如啟動發(fā)動機時，起動機要消耗蓄電池大量電能，若不及時對其進行補充充電，就不能滿足不斷增多的用電設備的需求，也就很難保證拖拉機的正常運行。為此在拖拉機等農(nóng)業(yè)機械上裝備了發(fā)電機，發(fā)電機的作用是將發(fā)動機的部分機械能轉(zhuǎn)變成電能，向除起動機以外的所有用電設備供電，并及時對蓄電池進行補充充電，可以說發(fā)電機是拖拉機電氣系統(tǒng)的主要電源。拖拉機上使用的發(fā)電機常見的有永磁交流發(fā)電機和硅整流發(fā)電機。本文將對這兩種發(fā)電機的結(jié)構(gòu)特點及常見故障做重點講述，提高人們對拖拉機上發(fā)電機的認知。

1 永磁交流發(fā)電機

1.1 結(jié)構(gòu)特點

永磁交流發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠，維修方便。缺點是永久磁鐵易退磁，并且發(fā)電機低速運轉(zhuǎn)時，燈光不亮，當發(fā)動機停熄時，即隨之熄滅。

永磁交流發(fā)電機由轉(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)動機飛輪上，工作時隨飛輪一起旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的骨架上固定著六塊永久磁鐵，南、北極相向排列。為了加強磁場強度，在磁鐵表面粘貼有導磁片。

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線圈組成，三組線圈是同相位的，互相獨立的繞組，每個繞組的首端分別與發(fā)電機殼體上的三個火線接線柱相連接，各繞組的尾端共同接到發(fā)電機殼體上的搭鐵接線柱上。定子繞組密封良好，在柴油機熱狀態(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，在柴油機曲軸主軸承所允許的最大磨損情況下，不會發(fā)生定子和轉(zhuǎn)子相摩擦的“掃膛”現(xiàn)象。當使用中發(fā)現(xiàn)主軸承磨損嚴重、影響發(fā)電機電壓時，可通過改變月牙形定子鐵芯和轉(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)電機不發(fā)電或輸出電壓過低的原因。①發(fā)電機傳動皮帶打滑或張緊彈簧過松，致使發(fā)電機轉(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磁物質(zhì)，磁路局部短路，致使發(fā)電機產(chǎn)生的感應電動勢降低。⑤永磁轉(zhuǎn)子由于受熱、振動或磁在空隙中的消耗而退磁造成磁通量減少。

（2）發(fā)電機過熱的原因。①軸承缺油潤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誤，使發(fā)電機內(nèi)部因產(chǎn)生短路電流而發(fā)熱。

1.3 故障診斷排除

發(fā)動機以正常轉(zhuǎn)速帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn)，如果火線與機體劃擦時，無火花出現(xiàn)，表明發(fā)電機不發(fā)電，如火花微弱，則表明輸出電壓過低。

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

當發(fā)電機由于軸承發(fā)熱而過熱時，應檢查發(fā)電機的軸承潤滑脂，必要時更換新潤滑脂;另一方面應檢查軸承間隙。如固定前后端蓋的長螺栓擰得過緊，應重新調(diào)整，直到用手轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子感到靈活為止。

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

2 硅整流發(fā)電機

2.1 結(jié)構(gòu)特點

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

硅整流發(fā)電機主要由轉(zhuǎn)子、定子及硅整流器組成。當啟動發(fā)動機時，由蓄電池向硅整流發(fā)電機的勵磁繞組供電（在硅整流發(fā)電機建立正常的14 V電壓后，轉(zhuǎn)子的勵磁繞組電流改由發(fā)電機自己供給，由他勵轉(zhuǎn)為自勵），并產(chǎn)生磁場，由于轉(zhuǎn)子勵磁繞組有電流通過，便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，相當于電樞（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，供給各用電設備。同時，當發(fā)電機的輸出電壓高于蓄電池的電壓時，發(fā)電機向蓄電池充電。

硅整流發(fā)電機工作時，發(fā)電機電樞繞組具有一定的電感，對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娞匦裕芊乐剐铍姵叵虬l(fā)電機電樞繞組倒放電，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，簡稱調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器使發(fā)電機的輸出電壓限制在工作電壓范圍內(nèi)，而不會隨發(fā)電機轉(zhuǎn)速的升高而升高。

2.2 常見故障原因分析

（1）不充電。柴油機在高于怠速以上運轉(zhuǎn)時，電流表指示不充電，故障原因：①發(fā)電機電樞和磁場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。⑦電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電壓過低，或第一對觸點燒蝕（接不通），第二對觸點燒結(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)。電壓的測量可以在發(fā)動機中等轉(zhuǎn)速時進行，將電壓表的正表筆搭在調(diào)節(jié)器“火線”接線柱上，負表筆搭在調(diào)節(jié)器的底座上，測出的電壓值即調(diào)節(jié)器起作用時發(fā)電機“+”、“-”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：①二極管損壞一個或兩個。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傳動皮帶打滑。

2.3 故障診斷排除

發(fā)電機在使用中出現(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)電機的工作情況除可在試驗臺上進行測試外，也可用萬用表或燈泡在拖拉機上進行檢查。用萬用表檢查時，先拆除發(fā)電機上的原有導線，將萬用表與發(fā)電機的正、負極接線柱連接。將萬用表撥至直流電壓為0～50 V的擋位。

啟動發(fā)動機，合上蓄電池與發(fā)電機間的開關，此時發(fā)電機以他勵方式工作，電流表指示放電。逐漸提高發(fā)電機轉(zhuǎn)速，正常時，發(fā)電機電壓應逐漸上升。當發(fā)電機電壓與蓄電池電壓相等時，電流表指針指在“0”位。斷開開關，發(fā)電機開始自勵。繼續(xù)提高發(fā)動機轉(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)電機正常，否則，表明發(fā)電機有故障。

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

必須注意，拖拉機在行駛過程中，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)動機啟動時，由于蓄電池供起動機用電，使發(fā)電機的端電壓與蓄電池的端電壓出現(xiàn)差值，所以開始時充電電流大。當發(fā)動機工作一段時間后，蓄電池逐漸充足，它的端電壓逐漸上升，發(fā)電機的端電壓與蓄電池的端電壓差值逐漸減小。這時，電流表指示的充電電流也就逐漸減小。當蓄電池充足電時，發(fā)電機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)動機啟動后一段時間內(nèi)充電電流大，而后逐漸減小，這說明充電系統(tǒng)是正常的。

嚴禁用短接打火的方法來檢查發(fā)電機是否發(fā)電。使用中當出現(xiàn)不充電的故障時，不少駕駛員常采用直流發(fā)電機的檢查經(jīng)驗，以短接打火的方法來檢查硅整流發(fā)電機是否發(fā)電，即：用一根導線將發(fā)電機上的“+”接柱與“F”接柱短接起來，再從“+”接柱上引線（或直接用改錐），使線端在發(fā)電機殼體上作打火試驗。這種方法不但檢查不出故障，而且還會導致事故性損壞，應嚴禁采用。