交流磁電機檢測系統的研究

吳詩宇（重慶車輛檢測研究院　國家摩托車質量監督檢驗中心（重慶） 重慶　401122）

交流磁電機檢測系統的研究

吳詩宇
（重慶車輛檢測研究院國家摩托車質量監督檢驗中心（重慶） 重慶401122）

隨著公眾對交通工具選擇的多樣化，摩托車以其突出的機動性能受到廣大民眾歡迎。摩托車點火和發電依靠磁電機系統，磁電機系統包含交流磁電機系統和直流磁電機系統。JB/T 5140.1－1999規定了磁電機系統的技術要求和試驗方法。就交流磁電機系統的連續發火性能，點火提前角和充電性能的檢測方法進行了研究，并搭建檢測系統進行試驗驗證，為磁電機系統的檢測提供了參考。

磁電機系統連續發火性能點火提前角充電性能檢測系統

引言

時至今日，公眾對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]。摩托車的優異性主要表現在機動性好[2]，能源消耗小[3]，經濟適用[3]，騎乘體驗好等方面。磁電機是摩托車上利用永久磁鐵產生電磁場的小型交流發電機，是摩托車汽油機點火系統中的點火電源和摩托車用電氣設備的充電電源，是摩托車上不可或缺的部件。它的可靠運行及其性能時刻影響著摩托車點火系統和充電系統的可靠性及其性能。

磁電機系統包括磁電機、點火器、點火線圈（高壓包），按結構類型分為交流磁電機系統（本文均指CDI電容點火的交流磁電機系統）和直流磁電機系統。

交流磁電機照明、充電線圈產生交流電給整流調壓器供電，整流器把不同頻率、不同幅值的交流電整流成直流電。當達到一定轉速后，調壓器把電壓穩定在某個值給蓄電池充電或照明。整流器和調壓器多做成一體，這是交流磁電機的充電原理。市面上，交流磁電機系統多采用無觸點點火，磁電機定子點火線圈產生交流電送到點火器內，整流后給電容充電，當轉子轉到某一位置，觸發器發出信號，觸發點火器內可控硅導通并很快截止，這樣在高壓包次級耦合出高壓，使火花塞迸發出火花點火[4]。

直流磁電機系統的充電原理跟交流磁電機系統相同。直流磁電機系統的點火器把蓄電池的低壓轉換為高頻交流，再整流給點火器內電容充電，其他點火原理和交流磁電機系統一樣。中間加入高頻交流的原因是為了提高電容充電直流電壓，高速時充電時間較短的情況下，保證電容電壓達到點火要求的高壓[5，6]。直流磁電機系統的連續發火性能、點火提前角、充電性能的檢測方法和交流磁電機系統基本無異，故本文僅針對交流磁電機系統。

JB/T 5140.1－1999《磁電機技術條件》規定了磁電機系統的技術要求和試驗方法[7]，本文針對交流磁電機系統的連續發火性能、點火提前角、充電性能的檢測方法進行了研究，并搭建檢測系統進行試驗驗證。

1　交流磁電機系統的連續發火性能、點火提前角、充電性能的檢測方法簡述

1.1連續發火性能檢測方法

一般采用三針放電儀檢測連續發火性能，在轉速較低時，電容充電不足，點火能量偏低，在一定的三針間距下，會出現斷火，冬天化油器油霧難以汽化時，為了保證在低轉速時可靠點火，就要求檢測磁電機系統連續發火的最低轉速。在中高轉速時，隨著轉速的提高，電容充電和放電的時間都要縮短，如果點火器內電路或者高壓包的線路有問題（線路耦合電容、電感會在不同頻率下表現不同特性），就會導致中高速時斷火[8]，就要求檢測磁電機系統連續發火的中高轉速。

試驗采用皮帶拖動磁電機在各個轉速下進行連續發火性能檢測。在一定的三針極距下，最低和最高連續發火轉速時間不少于20s，即可檢測出連續發火轉速范圍。針對不同的汽油機工作容積采用不同的三針極距。如汽油機工作容積125mL，三針極距為6mm。

1.2點火提前角檢測方法

一般采用表盤放電裝置檢測點火提前角。通過表盤放電裝置可以檢測到每次放電時轉子對應的表盤角度，如果知道活塞到達上止點時轉子對應的表盤角度，通過兩者相差即可得到點火提前角。如果點火過遲，燃燒時活塞已下行，使氣缸容積增大，燃燒壓力降低，發動機功率下降。如果點火過早，活塞壓縮受阻，發動機功率也下降[9]。點火提前角和發動機實際運行功率關系密切，故要求檢測磁電機系統在各個轉速下的點火提前角。

點火提前角的檢測前提是檢測出活塞到達上止點時轉子對應的表盤角度。磁電機安裝在曲軸箱內，磁電機觸發器是固定在曲軸箱內，活塞達到上止點時，磁電機轉子的上止點記號與磁電機觸發器的角度是可測的。通過這個角度就可以算出上止點時對應的表盤角度。

具體檢測過程如下：在曲軸箱內，慢慢轉動曲軸，使活塞頂部推動百分表，當百分表讀數達到最大值時，在磁電機轉子的某一地方做一記號，同時在曲軸箱的對應位置亦做一記號，該處即為上止點位置。這樣就可以在曲軸箱上測出固定的角度，如圖1所示。

圖1　曲軸箱上固定的角度檢測

把表盤外殼接地，表針接高壓包高壓輸出端。在磁電機轉動過程中，每次都在固定角度點火，即可測出每次放電時轉子對應的表盤角度?！皽p去”圖1所測出的曲軸箱上固定的角度，就可以計算出點火提前角，如圖2所示。

圖2　 點火提前角計算

1.3充電性能檢測方法

一般采用磁電機照明，充電線圈輸出端接整流電路和無感負載電阻來檢測充電性能。如果低速時功率過小，在摩托車長期低速運行會造成蓄電池電量不足，影響摩托車啟動或照明等性能。如果高速時功率過大，在摩托車高速運行時，大電流會造成蓄電池和照明設備的損壞。故要求檢測各個轉速下的充電性能[10]。

檢測方法為：調整無感電阻，使得各個轉速下整流后電壓為額定電壓，此時測量電流，這時相當于測量磁電機在各個轉速的額定狀態下，最大的照明、充電輸出功率。因為要測最大輸出功率，故不接入蓄電池。負載電阻要求無感（實際中可用低感代替），如果負載電阻有很大電感，相當于磁電機回路串聯了一個電感，這會增加磁電機的漏抗。隨著轉速增加，頻率增加，漏抗增大，磁電機損耗增大，使得高轉速下測量的最大輸出功率明顯偏小。

2　檢測系統的搭建

檢測系統采用變頻器驅動異步電機運行在不同轉速下，異步電機通過皮帶拖動磁電機轉子運行在不同轉速下。磁電機定子包含定子點火線圈和照明充電線圈，交流磁電機輔以其他電路進行連續發火性能、點火提前角、充電性能的檢測。檢測系統框圖如圖3所示。

定子點火線圈供電給點火器和高壓包，高壓包輸出高壓到三針測試儀上，用于連續發火性能的檢測。把三針的高壓信號接入采集電路，用于識別是否斷火。只要20s內不斷火，就認為在此轉速和此三針極距下可以連續發火。

使用轉換開關，使得高壓包輸出高壓到表盤上。表針固定在磁電機轉子上，表針和轉子上止點標志重合，并接高壓，表盤邊沿接地。隨著轉子轉動，表針在磁電機轉子轉到一定角度時點火，這樣就可以讀出點火時表針所指的角度。根據點火提前角的檢測方法，即可計算出點火提前角。

照明充電線圈供電給整流器，整流器負載側接無感電阻，無感電阻需要求可調。試驗要求盡量縮短線路長度，以減小寄生電感。寄生電感會導致磁電機的損耗增加，檢測的輸出功率偏小。根據充電性能檢測方法，即可檢測出磁電機的充電性能。

圖3　 檢測系統框圖

3　試驗結果及其分析

試驗樣品采用某廠家不同班組不同時間生產的2套125型交流磁電機，點火器和高壓包也采用對應型號。試驗樣品分別稱為樣品1#、樣品2#。

3.1連續發火性能試驗結果

連續發火性能試驗結果如表1所示。

表1　連續發火性能試驗結果

3.2點火提前角試驗結果

點火提前角試驗結果如表2所示。

3.3充電性能試驗結果

充電性能試驗結果如表3所示。

3.4試驗結果分析

通過連續發火性能試驗結果，可以看出樣品1#的連續發火轉速較低。試驗把樣品1#和2#的點火器和高壓包互換，樣品1#的連續發火轉速仍然較低。通過檢測磁電機定子點火線圈的電阻，測得樣品1#的線圈電阻為292.1Ω，樣品2#的線圈電阻為270.5Ω?？赡茉谏a過程中，磁電機線圈匝數不一致，樣品1#的線圈匝數較多。由公式（1）得到相同轉速時匝數多的輸出電壓高，導致連續發火轉速就低。

其中：U為磁電機輸出電壓，f為發電頻率（與轉速成正比），N為磁電機線圈匝數，φ為與轉子耦合磁鏈（與磁電機永磁轉子和定子磁鋼相關，考慮到同一廠家生產，認為一致）。

通過點火提前角試驗結果，可以看出樣品1#和樣品2#都是點火提前角隨著轉速變化，其他方面差別不大。這是由于隨著轉速的升高，其壓縮行程所用的時間縮短。假如點火后混合氣化學反應過程所需的時間不變 (實際有所縮短)，若點火時刻仍固定不動，則燃燒氣體壓力的最大值將遲于上止點后出現，從而導致動力性與經濟性下降。所以點火時刻隨轉速的升高應提前[10]。

通過充電性能試驗結果，可以看出樣品1#的充電功率較大，并隨著轉速的提高，樣品2#的功率上升較慢。試驗對象只有磁電機，通過檢測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。隨著轉速的升高，樣品2#的漏抗越大，損耗越大，導致功率上升較慢。

4　結語

本文介紹了磁電機系統，并研究了交流磁電機系統的連續發火性能、點火提前角和充電性能的檢測方法，搭建檢測系統進行試驗驗證，并對試驗結果進行了分析。這些工作為磁電機系統這三個性能的以后檢測工作提供了參考。

1王立三.中國摩托車行業：發展前景廣闊—當前摩托車行業的基本形勢及發展對策分析[J].摩托車信息，2002 （2）：12

2楊建國.摩托車懸架系統動力學仿真與匹配研究[D].重慶：重慶大學，2012

3董世新.淺析摩托車國三新標準對企業營銷的影響及對策研究[D].重慶：重慶理工大學，2012

4王永蘭，孫學福.摩托車電容放電式點火器[J].摩托車技術，2001（8）：29～30

5劉亞飛.直流點火器的工作原理及應用[J].摩托車技術，2004（1）：45～46

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

7JB/T 5140.1－1999.磁電機技術條件[S].北京：機械科學研究院，1999

8李及賢，任立環.磁電機點火系統主要參數的測試及其典型波形[J].小型內燃機，1994（5）：54～56

9郭華鋒，楊海青，魏民祥，等.基于Lab VIEW的小型汽油機磁電機點火提前角的測量[J].小型內燃機與摩托車，2007（4）：67～69

10任秉知，許志壽.磁電機照明和充電性能控制[J].微電機，2008（9）：81

11毛華永，張海慶.摩托車汽油機點火提前角的影響因素及確定[J].山東內燃機，2001（3）：10～13

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　點火提前角試驗結果

表3　充電性能試驗結果

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技術的研究。

（2015-01-13）