拖拉机上发电机结构特点与常见故障分析
于凤阁
摘 要： 发电机是拖拉机上的主要电源设备之一，通过对拖拉机上常用的两种发电机的结构特点进行介绍，提高人们对拖拉机上发电机的认知，通过对发电机常见故障产生原因及诊断排除方法的分析与总结，为拖拉机电气维修人员工作提供参考。
关键词： 拖拉机;发电机;结构特点;故障分析
中图分类号： S219.07? ? ? ? ?文獻标识码： A
doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.10.050
0 引言
拖拉机等农业机械上装有蓄电池，供电气设备运行使用，但蓄电池存储的电能非常有限。例如启动发动机时，起动机要消耗蓄电池大量电能，若不及时对其进行补充充电，就不能满足不断增多的用电设备的需求，也就很难保证拖拉机的正常运行。为此在拖拉机等农业机械上装备了发电机，发电机的作用是将发动机的部分机械能转变成电能，向除起动机以外的所有用电设备供电，并及时对蓄电池进行补充充电，可以说发电机是拖拉机电气系统的主要电源。拖拉机上使用的发电机常见的有永磁交流发电机和硅整流发电机。本文将对这两种发电机的结构特点及常见故障做重点讲述，提高人们对拖拉机上发电机的认知。
1 永磁交流发电机
1.1 结构特点
永磁交流发电机结构简单，使用可靠，维修方便。缺点是永久磁铁易退磁，并且发电机低速运转时，灯光不亮，当发动机停熄时，即随之熄灭。
永磁交流发电机由转子和定子两大部分组成，转子用螺钉连同罩板直接安装在发动机飞轮上，工作时随飞轮一起旋转。转子的骨架上固定着六块永久磁铁，南、北极相向排列。为了加强磁场强度，在磁铁表面粘贴有导磁片。
定子用螺栓固定在曲轴主轴承盖侧壁上，它由三组硅钢片叠成的月牙形铁芯和绕在铁芯上的感应线圈组成，三组线圈是同相位的，互相独立的绕组，每个绕组的首端分别与发电机壳体上的三个火线接线柱相连接，各绕组的尾端共同接到发电机壳体上的搭铁接线柱上。定子绕组密封良好，在柴油机热状态和油水污泥侵蚀后仍能正常工作。
定子和转子的径向单边间隙为0.50～0.75 mm，在柴油机曲轴主轴承所允许的最大磨损情况下，不会发生定子和转子相摩擦的“扫膛”现象。当使用中发现主轴承磨损严重、影响发电机电压时，可通过改变月牙形定子铁芯和转子之间的间隙加以调整。加大间隙，电压降低，减小间隙，电压增高。
1.2 常见故障原因分析
（1）发电机不发电或输出电压过低的原因。①发电机传动皮带打滑或张紧弹簧过松，致使发电机转速过低。②引线接头松脱或火线引出线碰铁短路。③定子绕组断路、匝间短路或碰铁。④永磁转子表面吸有铁屑等导磁物质，磁路局部短路，致使发电机产生的感应电动势降低。⑤永磁转子由于受热、振动或磁在空隙中的消耗而退磁造成磁通量减少。
（2）发电机过热的原因。①轴承缺油润滑不良或轴承间隙过小，致使轴承因剧烈磨损产生过热现象。②轴承严重偏磨或损坏以及转子轴弯曲而引起转子与定子铁芯碰擦（俗称“扫膛”），致使摩擦生热。③定子绕组匝间短路或引出线碰铁短路以及接线错误，使发电机内部因产生短路电流而发热。
1.3 故障诊断排除
发动机以正常转速带动发电机运转，如果火线与机体划擦时，无火花出现，表明发电机不发电，如火花微弱，则表明输出电压过低。
当发电机不发电或电压过低时，首先检查调整皮带张紧度，当调整无效时，才能拆开发电机清除杂质，检查转子的磁性和发电机线圈有否短路（或碰铁）。
当发电机由于轴承发热而过热时，应检查发电机的轴承润滑脂，必要时更换新润滑脂;另一方面应检查轴承间隙。如固定前后端盖的长螺栓拧得过紧，应重新调整，直到用手转动转子感到灵活为止。
当转子与定子碰擦发热时，如由于轴承摩损所致，应更换轴承并修圆转子才能消除。但不能使气隙增大，且在安装时要保证气隙一致。
2 硅整流发电机
2.1 结构特点
目前，大中型拖拉机普便采用硅整流发电机。硅整流发电机是一种三相交流发电机经三相桥式全波整流后形成的直流发电机。它与过去的直流发电机相比，具有体积小、故障率低、维修方便以及低速运转时对蓄电池的充电性能好等特点，所以被众多的汽车和拖拉机所采用。
硅整流发电机主要由转子、定子及硅整流器组成。当启动发动机时，由蓄电池向硅整流发电机的励磁绕组供电（在硅整流发电机建立正常的14 V电压后，转子的励磁绕组电流改由发电机自己供给，由他励转为自励），并产生磁场，由于转子励磁绕组有电流通过，便产生旋转磁场，相当于电枢（定子）不断切割磁力线，这样便在电枢绕组中产生对称三相交流电。之后，交流电被输入硅整流调节器，经整流后成为直流电向外输出，供给各用电设备。同时，当发电机的输出电压高于蓄电池的电压时，发电机向蓄电池充电。
硅整流发电机工作时，发电机电枢绕组具有一定的电感，对其中通过的交流电呈现感抗，因而能限制其电流过大输出，不需要另加限制电流装置。由于硅二极管具有单向导电特性，能防止蓄电池向发电机电枢绕组倒放电，因此无需安装逆流切断器。但硅整流发电机的电压随着转速变化而变化，为了得到恒定的电流，需安装电压调节器，简称调节器。调节器使发电机的输出电压限制在工作电压范围内，而不会随发电机转速的升高而升高。
2.2 常见故障原因分析
（1）不充电。柴油机在高于怠速以上运转时，电流表指示不充电，故障原因：①发电机电枢和磁场接线柱绝缘损坏或接触不良。②滑环绝缘损坏。③电刷在其架内卡滞，造成与滑环接触不良。④硅二极管击穿、短路或断路。⑤定子或转子线圈断路、短路或搭铁。⑥转子爪极松动。⑦电压调节器调节电压过低，或第一对触点烧蚀（接不通），第二对触点烧结（断不开）。
（2）输出电压过高，故障原因：①调节电压过高，需用电压表检查。如果调节电压超过规定值，则必须重新调整至规定范围内。电压的测量可以在发动机中等转速时进行，将电压表的正表笔搭在调节器“火线”接线柱上，负表笔搭在调节器的底座上，测出的电压值即调节器起作用时发电机“+”、“-”极之间的电压值。②调节器线圈末端脱落，不起调节作用，可重新焊牢。
（3）输出电压过低，故障原因：①二极管损坏一个或两个。②定子绕组有一相连接不良或脱开。③滑环积污，炭刷与滑环接触不良。④调节器调节电压过低。⑤传动皮带打滑。
2.3 故障诊断排除
发电机在使用中出现的故障主要有：不充电、输出电压过低和输出电压过高。
发电机的工作情况除可在试验台上进行测试外，也可用万用表或灯泡在拖拉机上进行检查。用万用表检查时，先拆除发电机上的原有导线，将万用表与发电机的正、负极接线柱连接。将万用表拨至直流电压为0～50 V的挡位。
启动发动机，合上蓄电池与发电机间的开关，此时发电机以他励方式工作，电流表指示放电。逐渐提高发电机转速，正常时，发电机电压应逐渐上升。当发电机电压与蓄电池电压相等时，电流表指针指在“0”位。断开开关，发电机开始自励。继续提高发动机转速，并观察电压表的指示情况，若电压随转速增加而继续升高，表明发电机正常，否则，表明发电机有故障。
用灯泡检查时，发动机以较低的速度运转。将拖拉机上联接到发电机“电枢”接线柱的导线拆掉，使发电机电枢与蓄电池脱开，然后将灯泡的一端引线搭发电机“电枢”接线柱，另一端引线搭发电机外壳，如果灯泡发亮，则表示发电机是正常的，否则说明发电机不发电。
必须注意，拖拉机在行驶过程中，电流表指示的充电电流很小或接近于零，往往是正常的。在发动机启动时，由于蓄电池供起动机用电，使发电机的端电压与蓄电池的端电压出现差值，所以开始时充电电流大。當发动机工作一段时间后，蓄电池逐渐充足，它的端电压逐渐上升，发电机的端电压与蓄电池的端电压差值逐渐减小。这时，电流表指示的充电电流也就逐渐减小。当蓄电池充足电时，发电机的端电压与蓄电池的端电压已很接近，电流表指示的充电电流很小或接近于零，所以如果在发动机启动后一段时间内充电电流大，而后逐渐减小，这说明充电系统是正常的。
严禁用短接打火的方法来检查发电机是否发电。使用中当出现不充电的故障时，不少驾驶员常采用直流发电机的检查经验，以短接打火的方法来检查硅整流发电机是否发电，即：用一根导线将发电机上的“+”接柱与“F”接柱短接起来，再从“+”接柱上引线（或直接用改锥），使线端在发电机壳体上作打火试验。这种方法不但检查不出故障，而且还会导致事故性损坏，应严禁采用。
