电器与自动化2

第二章交流发电机及其调节器第一节概述一、交流发电机的优点：1、体积小，重量轻。2、结构简单，维修方便，使用寿命长。3、发动机低速时，充电性能好，因为传动比增大和开始发电时他激。4、只配用电压调节器。5、对无线电干扰少。6、用铜量少。二、交流发电机的分类：按总体结构分：1）普通交流发电机2）整体式交流发电机3）带泵交流发电机4）无刷交流发5）永磁交流发电机按装用的二极管数量分：1）六管交流发电机2）八管交流发电机3）九管交流发电机4）十一管交流发电机按磁场绕组的搭铁方式分：1）内搭铁交流发电机2）外搭铁交流发电机按冷却方式分：1）开启式2）封闭式第二节交流发电机的构造一、转子：转子用来形成发电机的磁场。转子一般由磁轭、激磁绕组、爪极、滑环和轴等组成。滑环与装在后端盖上的炭刷相接触，当炭刷与直流电源接通时，激磁绕组中便有电流流过，产生磁场。二、定子定子又称电枢，用来产生交流电动势，它由定子铁心和定子绕组组成。定子绕组在定子铁心中的布置应遵循如下原则：(1)为使三相电动势大小相等，每相绕组串联的线圈个数及每个线圈的节距与匝数应完全相等。节距：指每个线圈的两组有效边在定子铁心上所间隔的槽距数目。极距：指相邻的异性磁极中心线之间的间隔所对应的定子铁心上的槽距数目。(2)为使相位互差1200，三相绕组的起端A、B、C在定子槽内的排列应相隔2个或8个槽。1、3、5或1、9、17三、整流器作用是将定子绕组产生的三相交流电整流后向外输出。整流器的硅二极管根据引线的极性不同分为正极管和负极管两种类型：1）正极管：引线为二极管的正极，外壳为负极，在管壳底上一般有红字标记，位于散热板上。2）负极管：引线为二极管的负极，外壳为正极，在管壳底上一般有红字标记，位于后端盖上。问题：是否应该绝缘：螺栓与散热板；螺栓与后端盖；散热板与后端盖。四、端盖和其他部件在后端盖上装有电刷组件，电刷组件包括电刷、电刷架和电刷弹簧等。每只电刷都有一根引线直接与接线柱相接。两个接线柱标记分别为“—”或“搭铁”或“D-”、或“F1”和“F”或“磁场”或“D+”、“F2”等。发电机前端盖之前装有皮带轮。五、国产交流发电机的型号(1)产品代号：有JF、JFZ、JFB和JFW四种。(2)电压等级代号：用1位阿拉伯数字表示。(3)电流等级代号：用1位阿拉伯数字表示。(4)设计序号：以1-2位阿拉伯数字组成。(5)变型代号：交流发电机以高速臂位置作为变型代号。例如：JFl52、JFZ1913Z第三节交流发电机的工作原理一、发电原理交流发电机是利用电磁感应原理产生交流电动势的。当激磁绕组接通直流电源时，在激磁绕组内部形成磁场，当转子旋转时，使三相定子绕组中便产生了频率相同，幅值相等，相位互差1200的正弦电动势。感应电动势与定子绕组匝数、转子转速、磁极的磁通有关。二整流过程硅二极管具有单方向导电性，6只二极管组成三相桥式全波整流电路，把交流电转变为直流电。在某一瞬间，三个正极管子电位最高的管子导通；三个负极管子，负极电位最低的管子导通。三、激磁方式当交流发电机输出电压低于蓄电池端电压时，发电机的激磁电流由蓄电池供给，称为他激；当发电机输出电压高于蓄电池电压时，发电机的激磁电流由自己供给，称为自激。第四节交流发电机的工作特性一、空载特性空载特性是指交流发电机空载运行(输出电流为0)时，发电机端电压和转速之间的关系。通过空载特性可以发现，交流发电机的输出电压随着转速的升高而升高。二、输出特性输出特性是指发电机端电压一定(一般定为额定电压14v或28v)时，交流发电机输出电流与转速之间的关系。(1)在额定电压下，发电机输出电流为0时的转速，称为发电机的空载转速。(2)在额定电压下，发电机输出额定电流(即输出额定功率)时的转速，称为满载转速。(3)在中低速时，发电机输出电流随转速的升高而增大，当转速升高到一定值后，发电机输出电流不再随转速的升高和负载电阻的减小而增大，这时的电流值称为发电机的最大输出电流或限流值。三、外特性外特性是指交流发电机转速一定时，端电压与输出电流的关系。从外特性曲线可知、随着输出电流增加，发电机的端电压下降较大。第五节电磁振动式调节器一、概述1、作用：U∝nØ由于发动机转速是经常改变的，使发电机的转速随之改变，电压变化。电压调节器自动调节发电机输出电压，使之保持恒定。2、调节原理：转速变化，通过改变磁通，即改变磁场电流，使电压恒定。3、电压调节器的分类：按结构特点和工作原理分：电磁振动式调节器：按触点对数分为单级式和双级式按联数分为单联式和双联式电子调节器：按结构型式分为晶体管式和集成电路式按搭铁型式分为内搭铁式和外搭铁式按安装方式分为外装式和内装式按功能分为单功能型和多功能型二、单级电磁振动式电压调节器1、基本结构和工作原理1）基本结构：主要由铁心、磁化线圈、衔铁、弹簧、触点和附加电阻等部分组成。2）工作原理：要点：不工作时，触点处于闭合状态；正常工作时，触点处于振动状态；触点与附加电阻并联，串联与磁场电路；磁化线圈承受发电机电压。3）影响调节电压的因素空气隙和弹簧的拉力2、电磁振动式调节器性能的改善1）提高触点振动频率：①减小机械惯性。采用薄而轻的衔铁，并将其外形做成三角形或半圆形，缩短衔铁重心与支点间的距离，减小衔铁转动惯量。②减小铁心磁滞的影响；通过用加速电阻提高铁心磁通的变化速率。2)温度补偿：①采用康铜材料进行补偿，减小磁化线圈电阻随温度的变化。②采用磁分路。3、调节器的工作特性：1）nn1，触点处于闭合状态，u、If升高；2）n1——nmax，触点处于振动状态，u不变，If下降；3）n1nmax,调节器失去调压作用,触点处于一直打开状态,u、If升高。三、双级式电压调节器1、基本组成和工作原理有两对触点，分别为为低速触点和高速触点，低速触点是常闭触点，高速触点是常开触点。(1)不工作时，低速触点闭合，高速触点打开。(2)低速时，低速触点振动，高速触点打开，称为调节器的一级调节电压。(3)高速时，低速触点失去调压作用，低速触点打开，高速触点振动。称为调节器的二级调节电压。2、双级式优缺点：优点是触点火花小，调节范围大。缺点是触点间隙小，不易维护和调整，必须密封良好。四、具有灭弧系统的单级式调节器1、基本组成和工作原理在单级式的基础上，增加了由二极管、扼流线圈、电容组成的触点灭弧系统。1）激磁绕组中产生的自感电动势正向加在二极管上，并通过加速线圈与激磁绕组构成放电回路，起到续流作用而保护触点。2）电容器通过加速线圈并联在触点的两端，用以进一步吸收自感电动势，减小触点火花。2、优点：调节容易；电火花和无线电干扰小；触点振动频率高。第六节继电器控制电路一、磁场继电器：1、作用：接在电源和调节器之间，用来控制磁场电路。发动机起动时，接通磁场电路；发动机熄火时，切断磁场电路，防止蓄电池向磁场放电。2、工作原理：要点：1）起动线圈承受电源电压，维持线圈承受中点电压，两线圈绕向相同。2）触点常开，控制电源和调节器之间的电路。二、充电指示灯的控制指示充电状态的方法：1）电流表：行驶过程中，指示从大到小，最后接近于0；2）充电指示灯：熄灭表示充电，发亮表示不充电。1、通过充电指示灯继电器控制：要点：1）线圈承受中点电压2）常闭触点与指示灯串联，常开触点控制电压调节器磁化线圈工作过程：1）接通点火开关，充电指示灯亮，指示蓄电池放电。2）当发电机电压达充电电压时，指示灯熄灭。3）如发电机有故障，指示灯一直发亮。2、采用九管交流发电机：增加三个小功率的磁场二极管：专门供给磁场电流；控制充电指示灯，省去了继电器。1）接通点火开关，充电指示灯亮，表示由蓄电池供电。2）当发电机端电压高于蓄电池端电压时，发电机“B”、“D+”接柱电位相等，指示灯熄灭，表示发电机已正常工作。3）当充电系统发生故障时，“D+”接柱电位降低，充电指示灯两端电位差增大，指示灯发亮，警告不充电。第七节晶体管调节器预备知识：三极管和稳压管一、基本原理1）组成：VT2大功率管，用来切断和接通磁场电路VT1为小功率管，用来放大控制信号稳压管VS为感受元件，与R1R2作为发电机电压信号的检测电路2）工作过程(1)接通点火开关，当发电机端电压u低于调节电压上限值时，稳压管VS处于截止态，三极管VT1处于截止状态，VT2饱和导通，接通激磁电路，此时发电机端电压随转速升高而升高。(2)当发电机端电压升高到调节电压上限值时，稳压管VS击穿导通,VT1饱和导通，VT2截止。VT2截止，激磁电路被切断，发电机端电压迅速下降。3）调节电压值与R1R2及VS的反向击穿电压值有关如提高调节电压值：减小R1提高R2或提高VS反向击穿电压。2、外搭铁晶体管调节器二、优点；1、调节精度高；2、结构简单、工作可靠、故障少、寿命长；3、体积小，重量轻；4、没有无线电干扰；5、能适应大功率发电机的要求；6、使用中无须维修。三、实例第八节集成电路调节器一、电压检测法1、发电机电压检测法特点：采用发电机电压检测法，发电机的引出线少，线路简单，但是，当发电机与蓄电池之间的导线上压降较大时，蓄电池端电压将偏低，容易造成蓄电池充电不足。2、蓄电池电压检测法特点：当发电机的“B”或“S”接柱与蓄电池之间的导线发生故障，发电机的端电压就会失控。二、优点：1、体积重量更小。2、无外接线路，故障更少。3、耐高温性能好。4、更加耐振，寿命更长。第九节交流发电机的故障检查与测试一、解体前的检测1、测量各接线柱之间的电阻值F与-+与-+与F正向5-21Ω40-50Ω50-70Ω反向1KΩ1KΩ2性能测试(1)接通开关K1，断开开关K2，使蓄电池为发电机提供他激电流；(2)起动调速电机，提高发电机转速，当电流表指示电流趋于零时，表明发电机已经自激发电，断开开关K1；(3)继续提高发电机转速，电压表指示达到发电机额定电压时对应的发电机转速就是空载转速；(4)将可变电阻调到最大，接通开关K2，增加负载同时提高转速，使发电机电压维持在额定值附近，电流表指示达到发电机额定电流时对应的发电机转速就是满载转速；(5)试验完毕，首先使调速电机停止，然后断开开关K2，以免发电机因失去负载电压急剧升高而损坏。3、用示波器观察输出电压波形二、解体后的检测1、转子的检查检查激磁绕组短路和断路故障时，万用表置于“Ω”档的R×1位置；激磁绕组搭铁故障可以用交流试灯或万用表进行检查。万用表置于“Ω”档的R×10kΩ位置。二、定子的检查定子绕组断路故障可用万用表检查。万用表置于“Ω”档的R×1位置。定子绕组的绝缘情况用交流试灯和万用表检查。三、整流器的检修万用表对每只二极管进行检测。万用表置于“Ω”档的R×1位置或二极管检测档。第十节调节器的故障检查与调整一、电磁振动式调节器的检查1、检查触点、电阻和线圈的情况。2、各部位间隙的检查与调整衔铁与铁心的间隙：1.05-1.15mm移动固定触点的支架高速触点间隙：0.2-0.3mm高速触点支架3、性能试验二、电子调节器的检查1、故障：发电机电压建立不起来，大功率三极管断路，稳压管或小功率三极管短路；发电机电压过高。2、检查3、性能试验第十一节充电系故障的诊断一、不充电诊断方法：(1)检杏发电机皮带是否过松；(2)用试灯或万用表检查充电电路是否有断路；(3)用试灯或万用表检查激磁电路是否有断路；(4)检查发电机是否发电。二、充电电流过小常见原因(1)皮带过松或有油污引起打滑；(2)发电机内部故障造成输出功率不足：如定子绕组有一相断路或接触不良，整流器个别二极管断路，电刷磨损过度或滑环表面脏污或电刷弹簧弹力不足造成电刷与滑环接触不良等。(3)调节器调节电压偏低。三、充电电流过大常见原因(1)