无触点磁电机

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小型汽油机(例如摩托车、林业机械上用的小汽油机)一般都采用飞轮磁电机点火装置。随着电子技术的发展,出现了以电子开关替代传统的机械触点开关的无触点磁电机。

目前常用的无触点磁电机主要有两类:三极管开关式和可控硅电容放电式。三极管开关式无触点磁电机结构较简单,但由于三极管管压降的存在,磁电机的最低连续跳火转速较高,降低了汽油机的起动性能。而且使磁电机的跳火性能受环境温度影响较大。可控硅电容放电式无触点磁电机没有上述缺点,性能良好,因此得到了广泛应用。本文主要介绍可控硅电容放电式无触点磁电机。

传统的机械触点式磁电机的结构如图1所示。装有磁钢的飞轮随同汽油机运转,利用旋转飞轮与点火线圈初级绕组的电磁感应进行机械能向电能的转换。初级绕组经由定触点和动触点建立初级绕组电流。在预定的飞轮旋转位置,凸轮带动摇臂将机械触点打开,初级绕组电流被迅速切断。初级绕组电流的突然变化,必将引起铁芯磁通的突然变化,从而在点火线圈次级绕组感应出高压使火花塞跳火,完成对汽油机的点火工作。机械触点式磁电机怕受潮和尘埃污染,摇臂和触点易磨损或烧蚀,需要经常调整和维修,无触点式电子点火装置可以克服上述缺点,还可以进一步提高磁电机的点火性能。

图1
图1 🔍原图 (551×590)

可控硅电容放电式无触点磁电机主要由飞轮、充电控制组件、点火线圈和火花塞等组成。按飞轮结构的不同,又分为内转子式和外转子式两类,由于它们所用的控制电路原理是一样的,现以内转子式的CH 25型磁电机为例来进行介绍,其结构见图2,控制电路见图3。

图2
图2 🔍原图 (618×627)
图3
图3 🔍原图 (674×401)

利用旋转飞轮与充电线圈的电磁感应进行机械能向电能的转换。为了将必要数量的电能暂时储存起来,充电线圈经整流二极管2DP4H向电容器C充电。电容器经可控硅3CTG1与点火线圈初级绕组相连接。

利用旋转飞轮与控制线圈的感应脉冲来触发可控硅。可控硅导通后,电容器得以经可控硅向点火线圈初级绕组迅速放电,从而在点火线圈次级绕组感应出高压使火花塞跳火。

飞轮每运转一周,电容器便完成一次充、放电,火花塞即在预定的飞轮旋转位置跳火一次,从而实现了对汽油机的连续定时点火。

电容器放电前所储存的电能W=\(\frac{CV}{^{2}}\)2×103毫焦耳。C为电容器的容量,单位为微法;V为电容器的充电电压,单位为伏。在可控硅电容放电式无触点磁电机中,当电容器的充电电压≥250伏,电容器所储存的电能≥20毫焦耳时,即可获得比较理想的跳火性能。

提高电容器的充电电压,可以提高电容器的储能。在保证电容器一定储能的条件下,提高电容器的充电电压还可以适当减小电容器的容量,从而减小电容器的充电时间常数,使电容器的充电电压特别在高速段得到较大的提升。因此,在高速汽油机中,为保证磁电机的高速性能,通常选用较小容量的电容器。不同容量的电容器对充电电压曲线的影响如图4所示。

图4
图4 🔍原图 (792×401)

提高电容器的充电电压还有利于提高电容器起始放电电流的上升率,从而提高点火线圈次级绕组的感应电势。

但是,提高电容器的充电电压就需要选用耐压等级较高的电子元件,因此在保证磁电机性能的条件下,不宜过分提高电容器的充电电压。此外为了保证电容器的必要储能,也不应过分减小电容器的容量。

可控硅是电路中的关键元件,对可控硅的主要要求是:(1)控制极触发电压应小于2V,触发电流应小于20mA,否则磁电机的低速性能难以保证。(2)可控硅开通时间应小于20μS,否则会使电容放电的电流变化率变小,点火线圈铁芯磁通变化率随之减小,火花变弱。(3)可控硅的关断应有可靠的保证。可控硅若未及时关断,会使磁电机失火,可控硅也会因电流过载而损坏。

在可控硅阳极阴极间并联的二极管2DP4E通常被称做振荡二极管。在火花塞跳火瞬间,点火线圈初级绕组产生的反向感应电势可经振荡二极管向电容器充电,使火花塞跳火得以延续和增强。此外,振荡二极管还可以使可控硅免于承受反电势而得到保护。

点火线圈和火花塞用以完成升压跳火。点火线圈初、次级绕组的匝数比通常为1:65左右。

为提高防潮、防振性能,充电线圈、控制线圈和全部电子元件均以环氧树酯封固于控制盒内,构成一个整体的充电控制组件。

可控硅电容放电式无触点磁电机工作可靠,使用中无需调整,具有优良的点火性能,可以改善汽油机的起动性能和怠速性能、降低耗油率、减少排气污染,并可延长火花塞的寿命。(西北林业机械厂 董 昆)