整流器的原理和维修技巧

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整流器的原理和维修技巧
在采用交流发电机的电源系统中，整流器是该系统的重要组成部分。整流器实际上是一个硅二极管或由几个硅二极管组成，它的外形、结构和符号如图 1所示。硅二极管则由一个 PN 结加上电极引线和外壳所构成，它的两个电极，正极接 P 型区，负极接 N 型区。

    一、整流器的作用
    整流器用在交流发电机电源系统中，其作用一是将交流发电机产生的交流电变为直流电，以实现向用电设备供电和向蓄电池充电；二是限制蓄电池电流倒流回发电机，保护发电机不被逆电流烧坏。硅二极管具有单向导电的特性，即在硅二极管两端加上一定的电压（电源正极接二极管正极，电源负极接二极管的负极）时，二极管就导通，有电流流过，反之，二极管不导通，无电流通过。
    这样，电流只能从一个方向通过。人们利用二极管的这个特性，制成整流器。当给整流器加上交流电压时，只允许交流电的正半周通过，而负半周不通过，因此在整流器的负端便输出脉动直流电。
    二、整流器的种类及结构
    1. 单相半波整流器
    图2所示是单相半波整流电路图，它由磁电机、整流器、用电设备和蓄电池组成。当永久磁铁旋转时，产生旋转磁场，定子绕组切割磁力线后便产生交流电压，由一个硅二极管完成半波整流，整流后的直流（脉动）电供给用电设备和向蓄电池充电。铃木 A100 、 AX100 、 TR125 及雅马哈 DX100 等型号的摩托车均采用这种电路。这是最简单的整流电路。

    2. 单相全波桥式整流器
    幸福 XF250C 、D 型摩托车采用的电源电路为单相桥式整流电路，如图3所示。封装在散热片内的四只硅二极管组合成单相全波桥式整流器。当发电机输出交流电时，在交流电的正半周（ A 正 B 负），电流从 A 端、二极管 VD3 、蓄电池正极、负极、二极管 VD2 到 B 端；在负半周时（ A 负 B 正），电流从 B 端、二极管 VD1 、蓄电池正极、负极、二极管 VD4 到 A 端。幸福 XF250 系列摩托车用电设备均使用直流电，因此供电电流、电压要相应地提高一些，利用全波桥式整流器完全可以胜任这一点。

    3. 三相全波桥式整流器
    三相交流发电机配用的整流器是三相全波桥式整流器，电路如图4所示。整流器由六只大功率硅二极管（ VD1 ～ VD6 ）组成，其中三个正极管（ VD1 ～ VD3 ），三只负极管（ VD4 ～ VD6 ），分别用不同色点区分或管壳上有“ + ”、“ - ”标记。 VD7 、 VD8 、 VD9 为三只小功率硅二极管，专用于向发电机激磁绕组提供激磁电流，因此称为激磁二极管。 VD10 、 VD11 与发电机中性点相接，用以提高发电机输出功率。有些整流器未使用这两只小功率二极管。

    整流器的工作过程如图5所示。相位依次相差 120° 的三相交流电，在 0 ～ 1 时刻， C 相电动势为正， B 相为负， A 相为零到正，但很小，二极管 VD3 、 VD5 工作，电流从 C 相绕组流出，经过 VD3 、用电设备、 VD5 流回 B 相；在 1 ～ 2 时刻， A 相电动势为正， B 相为负， VD1 、 VD5 工作，电流从 A 相绕组流出，经 VD1 、用电设备、 VD5 流回 B 相；在 2 ～ 3 时刻， A 相电动势为正， C 相为负， VD1 、 VD6 工作，电流从 A 相绕组流出，经 VD1 、用电设备、 VD6 流回 C 相绕组。依此类推，可得出后几个时刻中整流器的工作情况。

    由以上分析可知，电路中的六只二极管（ VD1 ～ VD6 ）是成对轮流导通的，而且在某一时刻，只有两只二极管在工作，即一只正管，一只负管。三相交流电经过整流，变为脉动直流电，波形见图 6。但它的脉动很小，完全能够满足用电设备的要求。各种整流器所用的硅二极管，根据电路要求其型号各不相同，其额定整流电流、反向工作电压也不相同。单相半波整流器硅二极管的额定整流电流为 5A 以上，反向工作电压不得低于 100V 。单相全波桥式整流器中每个硅二极管的额定整流电流应大于 5A ，反向工作电压不得低于 200V 。三相全波桥式整流器的六只大功率硅二极管的型号为 ZQ15 ，其额定整流电流为 15A ，反向工作电压大于 200V ；其余五只小功率硅二极管的额定整流电流不应低于 1A ，反向工作电压应大于 400V ，如 2CZ85F 、 IN4007 等均可使用。硅整流二极管根据电路要求需严格选用，如果参数达不到要求，在使用中极易损坏，从而影响整个整流器以及电源电路的正常工作。

    三、整流器的常见故障
    整流器在使用过程中容易出现故障，即硅二极管短路、漏电或断路等。这些故障的产生，都会引起整流器工作不正常，甚至不能工作。
    1. 二极管短路二极管内部击穿短路，变为导体，磁电机工作时整流器没有直流输出，从而不能向用电设备供电和向蓄电池充电，同时会使蓄电池电流倒流回发电机，造成发电机绕组烧坏。
    2. 二极管漏电二极管正、反向电阻相差太小，会产生漏电现象，使整流输出的直流电压降低，因此达不到满意的整流效果。
    3. 二极管断路二极管内部断路，交流电正半周不能通过，从而起不到整流作用，整流器输出端无电压，致使蓄电池电压逐渐下降，用电设备不能正常工作。
    四、整流器的故障检查方法
    如果发现整流器出现故障，应对其进行检查。
    整流器的主要故障是二极管损坏。在检查二极管时，常用如下方法。
    1. 直观检查法用眼直接观察二极管外壳是否有烧焦、裂缝等现象。如有上述现象说明二极管损坏。
    2. 手摸检查法对可疑二极管用手指触摸其外壳，如果感觉管壳温度过高，甚至发烫，说明此二极管已击穿或严重漏电。
    3. 试灯检查法
    用蓄电池作电源，取一只仪表灯泡（灯泡额定电压应与蓄电池电压相等），对硅二极管进行单向导电性能检查。方法见图 7所示：在蓄电池正负极上各接一根导线，使其通过试灯交替地接在硅二极管的两电极上，这样测试两次。如果试灯一次亮一次不亮，说明这只硅二极管是良好的；如果两次都亮，说明硅二极管已击穿短路不能使用；如果两次测试试灯全不亮，说明硅二极管内部断路而损坏。

    4. 万用表检查法
    将万用表置于欧姆挡，测硅二极管的电阻值，然后将正负表笔对调一下再测一次。若两次测得的电阻一大一小，且大的那一次趋于无穷大，而小的那一次几乎接近零，那么这只二极管是好的，见图8 。在测量的同时还可以知道二极管两端的正负。当指针指示小阻值时负表笔接的那一端为二极管的正极。

    两次测量可能出现下面几种情况：
    （ 1 ）一次接近无穷大（ 10kΩ 以上），而一次较小（ 10Ω 以下），说明这只二极管是良好的。
    （ 2 ）两次都为无穷大（表针不动），说明这只二极管已断路。
    （ 3 ）两次都很小（表针指示近似零），说明这只二极管已短路。
    （ 4 ）两次阻值都一样（或大或小），说明这只二极管无整流作用。
    （ 5 ）两次测量的电阻值相差不太大，即为反向漏电，说明这只二极管整流性能不好。
    （ 6 ）测量时电阻值不稳定，说明这只二极管内部接触不良。在用万用表测量整流器二极管时，应拆开整流器与定子绕组及其他电气设备的连接线（尤其是蓄电池火线），以免测量时有误或将万用表烧坏。
    五、整流器的使用整流器结构简单，维修方便。
    若能正确使用，不但故障少且寿命长。如果使用不当，则会很快损坏。
    因此，在日常使用时应注意以下几点。
    （ 1 ）使用硅整流器的电源电路，均为负极搭铁。蓄电池搭铁极性必须与此相同，否则，蓄电池将通过二极管放电，使二极管立即烧坏。
    （ 2 ）发电机工作时，不要用试火的方法检查硅整流器，否则容易损坏硅二极管。
    （ 3 ）发电机不充电或充电电流很小时，应及时排除故障，否则会因一个二极管损坏而造成其他二极管或发电机绕组损坏。
    （ 4 ）在检查整流器故障时，不允许用兆欧表或 220V 交流电，否则会烧坏硅二极管。
    （ 5 ）不允许在长时间拆除蓄电池或蓄电池接触不良的情况下让整流器工作。因为蓄电池拆除后，当断电器触点断开时，低压线圈会产生 300V 左右的自感电动势，这个电动势很容易击穿整流器。
    （ 6 ）整流器必须在通风良好的条件下使用，并按规定装好散热片；经常保持整流器表面干净，不允许有油污、泥土等。
    （ 7 ）在更换已损坏的硅二极管时，电烙铁功率不应大于 45W ，且焊接时间不宜太长，必要时需用镊子将二极管（引线）夹住以便散热，否则会损坏二极管。
    （ 8 ）用其他型号的硅二极管代替损坏的硅二极管时，其额定整流电流、反向工作电压均不能低于原二极管的各项参数。
    （ 9 ）更换三相全波桥式整流器的大功率硅二极管时，必须使所换硅二极管与原来的硅二极管极性相同。硅二极管装入座孔后，必须是紧配合，不应松动，以免与座孔接触不良影响散热而烧坏硅二极管。如果座孔太松，可用适当厚度的紫铜皮垫在硅二极管底座周围。如果太紧可用铰刀将座孔适当铰大一些。
    （ 10 ）更换其他小功率硅二极管时要注意极性，应将二极管的正极接交流电，这时负极将输出直流电。
    六、整流器故障排除实例
    实例一：一辆铃木 AX100 型摩托车，前大灯亮度严重不足，且喇叭声音沙哑。根据现象分析：发电机发电不足、照明线路有故障及未使用规定规格的灯泡等，都会造成前大灯亮度不足。打开前大灯，检查灯泡正常，用万用表交流电压挡测灯泡底座电压，不足 4V 。从发电机照明线圈输出端（黄色导线）测电压，仍在 4V 以下，怀疑照明线圈有匝间短路现象，但经检查正常。结合喇叭声音沙哑现象继续分析检查，怀疑是发电机对蓄电池不充电。断开整流器的一条引线，这时发现大灯亮度增加，断定是整流器有问题。将整流器取下，测正、反向电阻值，发现硅二极管正向电阻值和反向电阻值均接近零，说明硅二极管短路。更换一新的整流器，故障排除。
    实例二：一辆幸福 XF250C 型摩托车不能启动，按电喇叭按钮无声音。经检查发现蓄电池电量严重不足。更换一新蓄电池后，启动发动机，使发动机转速在 2000r/min 左右（粗略估计）时，瞬间断开蓄电池一引线，发动机立即熄火。由此怀疑是发电机没有输出交流电或整流器有故障。将整流器各引线断开，测量整流器各二极管，发现有两个二极管已击穿。更换一新的整流器后，故障排除。
    实例三：一辆湘江 750 型边三轮摩托车，无论发电机转速高低，充电指示灯均不熄灭。
    湘江 750 型摩托车采用的是激磁式交流发电机，发动机刚启动时，发电机磁场电压由蓄电池经电压调节器，充电指示灯供给；发电机电压升高后，改经整流器和电压调节器供给。发动机以中、高速运转时，如果指示灯不熄灭，说明充电系统有故障。检查电压调节器，发电机均未发现问题。
    最后断定是整流器有故障。取下整流器，用万用表测整流器各硅二极管的正、反向电阻值，发现三个激磁二极管有两只击穿短路。激磁二极管击穿损坏后，发电机磁场电压为零，所以发电机不发电。将损坏的两只二极管取下，用 1N4007 整流二极管代替，故障排除。

刘向

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