发电机

1第三节交流发电机及调节器2学习目标了解交流发电机的功用、分类掌握发电机的结构、工作原理掌握发电机的工作特性了解触点式调节器的工作原理，掌握电子式调节器的工作原理了解其他类型发电机第三节交流发电机及调节器3第三节交流发电机及调节器发展历程•1.直流发电机1913•2.硅整流发电机1960•3.其它发电机：永磁，起动发电机4山东理工大学汽车学院第三节交流发电机及调节器汽车用交流发电机是一个三相同步交流发电机，通过硅二极管组成的三相桥式整流电路将定子绕组所产生的交流感应电流变为直流电流输出，所以也称之为硅整流发电机。56一、发电原理1．电动势的产生如图1—14所示。发电机的转子为磁极，磁极绕组绕通过电刷和滑环引入直流电而产生磁场；发电机的定子为电枢，三相电枢绕组按一定的规律分布在定子的槽中，彼此相差120度电角度。782.整流原理二极管的导通原则92.整流原理（1）二极管导通情况交流发电机通过六只二极管组成的三相桥式整流电路（图1-15）将电枢绕组产生的三相交流电动势转变为直流电流输出，其工作原理如下：10•根据二极管的单向导电性，在任一瞬时，负极连接在一起的VD1、VD3、、VD5二极管只能是正极电位最高的那只二极管导通，因为为正极电位最高的二极管导通后，就使另两只二极管的负极电位高于正极而不能导通；而正极连接在一起的VD2，、VD4、VD6二极管只能是负极电位最低的那只二极管导通，因为管的正极电位低于负极而不能导通。比如，在t1～t2时间内，A相电压最高，B向电压最低，VD1、VD4导通；而在t2～t3时间内，A相电压最高，c向电压最低，VD1、VD6导通。1112(2)发电机的端电压在任一瞬时，负载上的电压为某两相电动势之和(线电压)，其电压波形如图l—15c所示。交流发电机输出电压的平均值为：U＝l.35UL＝2.34Uφ（星形连接)U＝l.35Uφ(三角形连接)其中UL-线电压有效值Uφ-线电压有效值(3)发电机的中点电压一些发电机有一个中点接线柱(“N”接柱)，用于控制磁场继电器、充电指示灯继电器等。13143.励磁方式•他励：蓄电池提供励磁电流•自励：发电机提供励磁电流（低压仍然是蓄电池提供）15分类•按总体结构•普通式、整体式、无刷式、带泵式按整流器结构•六管、八管、九管、十一管按磁场绕组搭铁方式•内搭铁、外搭铁16二、交流发电机的结构JF132交流发电机的组件1后端盖2电刷架3电刷4电刷弹簧压盖5硅整流管6散热板7转子8定子总成9前端盖10风扇11带轮1718发电机结构动画19图1-3爪极式转子结构图1.滑环2.轴3.爪极4.转子磁轭5.励磁绕组1.转子(rotor)作用：提供旋转磁场部件：20交流发电机的磁路为：磁轭→N极→转子与定子之间的气隙→定子→定子与转子间的气隙→S极→磁轭。211.定子：是切割磁力线的绕组，产生交流电交流发电机的定子是发电机的电枢部分，由定子铁心和对称的三相电枢绕组组成。定子铁心由内圆带槽的环状硅钢片叠成，各硅钢片之间互相绝缘。三相电枢绕组多为星形连接，但也有少数交流发电机为三角形连接。图4-1定子总成图1.电枢绕组2.定子铁心22定子三相绕组的接法星形接法三角形接法23为保证电枢三相绕组产生大小相等、相位差120度的对称电动势，三相绕组的绕制应遵循以下原则。•1每相绕组的线圈个数和每个线圈的匝数应完全相等。•2每个线圈的节距必须相同。•3三相绕组的起端A、B、C在定子槽内的排列必须相隔120度电度角。24常用：磁极对数p=6对，定子槽数z=36槽，定子绕组相数m=3相，每个线圈匝数N=13匝，绕组Y型联结253.整流器：作用：三相交流电转换为直流a）整流管安装图b）整流管电路图1绝缘散热板2正极管3负极管4后端盖图1—21交流发电机整流器上整流管上桥板下桥板下整流管26整流说明直流•正负极板。接线柱为发电机的正极，柱心的标记为“B”或“+”。•电压降。热274.电刷组件(brush)作用：把静止电源提供给旋转部件。电刷组件包括电刷、电刷架和电刷弹簧。电刷通过弹簧与转子轴上的滑环(sliprings)保持接触。a）外装式b）内装式图1-22发电机电枢组件285.端盖(Frontcover,Rearcover)交流发电机的前后端盖由铝合金铸成，铝合金为非导磁材料，可减少漏磁，并具有重量轻、散热性好的优点。作用：•1固定定、转子和附件位置。•2固定整机位置，可以张紧29附件说明搭铁：1内搭铁：其中负极电刷固定于端盖上2外打铁：正负极电刷通过调节器搭铁。即连接在“F”极和负极上。306.附件说明•风扇(fan)作用：强制风冷•皮带轮(wheel)作用：动力传递315.交流发电机的型号第一部分为产品代号，由字母表示，如JF、JFZ、JFB、JFW第二部分为电压等级代号，用一位阿拉伯数字表示，第三部分为电流等级代号，用一位阿拉伯数字表示，第四部分为设汁序号，第五部分为变型代号32汽车用交流发电机的特点是其工作转速变化范围大、输出电流不稳定了解发电机的工作特性对发电机的正确使用与维护具有指导意义。主要特性：1.空载特性2.外特性3.输出特性二、交流发电机的工作特性331.空载特性空载特性足指发电机空载时，发电机端电压u与发电机转速n之间的关系。即：负载电流IL＝0时，u＝f(n)曲线。图1-24交流发电机空载特性原因：形成正反馈，所以向上翘。342．外特性外特性是指发电机转速一定时，发电机的端电压与输出电流之间的关系。即：n＝C时，U＝f(I)的曲线.图l—25发电机外特性35电枢反应是指发电机在负载运行时，电枢绕组电流产生的电枢磁动势对气隙磁场的影响。U=E-RzIE——交流发电机等效电动势；Rz——发电机等效内阻，I——发电机的输出电流原因：励磁电流负反馈电枢反应363．输出特性输出特性是指保持发电机的端电压不变时，发电机的输出电流与发电机转速之间的关系。即：U＝Ue，时，I＝f(n)的曲线。图1-26交流发电机输出特性原因：电枢反应电枢感抗增大37•1零电流转速n1：发电机达到额定电压，但并不输出电流时(检测时以通过5%的电流为标准)的转速称为零电流转速。零电流转速通常约为l150r/min。•2.额定电流转速nN：发电机输出额定电流时的转速。对于车用硅整流发电机，该值通常为nN=4000r/min。发电机额定电流应高于汽车内安装的所有耗电器总功率所要求的电流。•3.最高转速nmax：发电机能够工作的最大转速，称为发电机的最高转速nmax。发电机的最高转速受轴承的质量、碳刷和滑环(永磁式无此两项)以及风扇的限制。发电机在最高转速时能够输出的最大电流标为Imax。38(4)多管发电机8管交流发电机即加装中性点二极管的交流发电机，在结构不变的情况下可以提高发电机的功率10%～15%。交流发电机中性点电压为三次谐波，，随着发电机转速的提高，中性点三次谐波电压也升高。第八节、其它类型发电机399管交流发电机9管交流发电机的整流器是由6只大功率整流二极管和3只小功率励磁二极管组成的交流发电机。40发电机充电指示灯控制电路1.发电机充电指示灯的作用汽车仪表板上一般都设有一个充电指示灯，在接通点火开关时，充电指灯亮起，而在发动机发动后正常运转时，充电指示灯则熄灭。具有(1)充电系统工作指示作用(2)关断点火开关提示作用41九管整流充电指示灯1.点火开关2.指示灯3.调节器4.用电设备5.蓄电池42六管整流充电指示灯1.点火开关2.指示灯3.调节器4.用电设备5.蓄电池4311管交流发电机11管交流发电机的整流器由8只大功率整流二极管（其中2只中性点二极管）和3只磁场二极管组成。其它结构和6管交流发电机相同。44其它类型发电机2.无刷交流发电机(1)爪极式无刷交流发电机123456图1-2无刷发电机励磁结构图1.轴2.后端盖3.转子磁轭4.N极爪极5.励磁绕组6.S极爪极453.带泵交流发电机带泵交流发电机的发电机与普通交流发电机不同的是转子轴很长并伸出后端盖，利用外花键与真空泵的转于内花键相连接，驱动真空泵与发电机转子同步旋转，给汽车制动系中的真空筒抽真空，为制动系的真空增压器提供真空源，46(4)励磁机式无刷交流发电机47(5)感应子发电机图1-7感应子发电机结构示意图1.励磁绕组2.电枢绕组3.转子4.定子其工作原理是：在发电机气隙中，磁通因气隙磁导的变化而周期的变化，从而产生感应电动势。只有其交变分量被利用来产生感应电动势，而交变分量只占全部气隙磁通的35%～40%。48(6)永磁式无刷交流发电机49Uωt0Uωt0电子稳压器稳压前、后输出电压U的波形如图6-16所示。（a）稳压前输出电压波形曲线（b）稳压后输出电压波形曲线图6-16电子稳压器稳压前、后输出电压波形曲线基准电路比较电路触发电路负载电枢绕组50第九节、交流发电机调节器的作用与原理1.交流发电机调节器的作用将电源引入到磁场绕组使之产生磁场称为励磁，交流发电机励磁方式有自励和他励两种。在发动机起动期间，需要蓄电池供给发电机磁场电流生磁使发电机发电。这种供给磁场电流的方式称为他励发电随着转速的提高，发电机的电动势逐渐升高并能对外输出，一般在发动机怠速时发电机就能对外供电。当发电机能对外供电时，就可以把自身发的电供给磁场绕组生磁发电，这种供给磁场电流的方式称为自励。51•发电机各电枢绕组电动势与发电机的转速和磁极的磁通成正比:•E——交流发电机的等效电动势•K——交流发电机的系数；•Φ——交流发电机磁极磁通；•n——交流发电机的转速。pn/60f=KfNEΦ44.4=52交流发电机调节器的作用就是在发动机转速变化时，自动对发电机的电压进行调节，使发电机的电压稳定，以满足汽车用电设备的要求。触点式电压调节器通过触点开闭，接通和断开磁场电路，来改变磁场电流If大小；晶体管调节器、集成电路调节器等利用大功率三极管的导通和截止，接通和断开磁场电路，来改变磁场电流If大小532．调节器的基本原理因此当发电机转速上升而使发电机的电压上升时，可以通过适当地减小磁极磁通量的方法使发电机电压保持稳定。a）发电机电压调节器原理图b）发电机电压调节器工作时的电压波形图l—27发电机电压调节器基本原理54五.触点式调节器1.触点式调节器基本工作原理.触点式调节器也称之为电磁振动式调节器,图1-30单触点调节器原理1.蓄电池2.发电机3.发电机励磁绕组4.调节器电磁线圈5.触点弹簧Rtj—调节器调节电阻K—调节器触点δ—触点衔铁与铁心之间的气隙55双触点电子稳压器原理图双触点式电压调节器的工作特性图Kl—低速触点K2—高速触点n1—Kl打开的发电机起始转速n2—Kl开始失效的发电机转速n3—K2闭合的发电机起始转速n4—K2开始失效的发电机转速561当发电机的转速低于n1时，电压调节器还未起调节作用，Kl保持闭合，发电机电压将随其转速的上升而升高。2发电机的转速在n1～n2范围内，K1工作。3发电机的转速在n2～n3范围内，K1失效(K1打开后已不能使发电机电压下降)，K2未起作用4发电机的转速在n3～n4范围内，K2工作。5假如发电机的转速能高于n4，K2也将失效57国产FT61型双触点式调节器电路如图7-12所示。图7-12FT61型双触点电压调节器电路58八、电子调节器触点式调节器工作时的触点火花不可能完全消除，触点容易烧蚀而使故障率高、使用寿命短；触点振动时产生的火花还造成对无线电的干扰。此外，触点式调节器已不太适应现代汽车对电源系统的要求，电子调节器避免了触点式调节器的不足，必将取代触点式调节器。1.电子调节器的基本原理⑴电压调节的工作原理59图1-37电子式电压调节器的基本电路（外搭铁）SW—开关R1、R2、R3—电阻V1、V2—三极管VD—稳压管6061电阻R1和R2稳压管VS构成检测电路，电阻R1、R2串联在交流发电机输出端子“B”和搭铁端子“E”之间,构成分压器，直接检测发电机输出电压U的变化。R1上的分压：由此可见，发电机电压U升高时，分压电阻R1上的分压值UR1升高，反之，当发电机电压U下降时，分压值UR1下降。稳压二极管