汽车发电机基础知识

第2章交流发电机及调节器汽车教学网整理学习目标理解发动机发电原理、整流过程、激磁方法掌握交流发电机的结构、工作原理。掌握调节器的工作原理。掌握故障检测及调试方法。第2章交流发电机及调节器汽车教学网整理．发电机的功用2.1.2．普通交流发电机的结构1．转子2．定子3．整流器4．端盖及电刷组件5．带轮及风扇第2章交流发电机及调节器汽车教学网整理发电机的功用发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动机正常运转时，向所有用电设备（启动机除外）供电，同时给蓄电池充电。汽车用发电机可分为直流发电机和交流发电机，由于交流发电机的性能在许多方面优于直流发电机，直流发电机已被淘汰。目前汽车采用三相交流发电机，内部带有二极管整流电路，将交流电整流为直流电，所以，汽车交流发电机输出的是直流电。交流发电机必须配装电压调节器，电压调节器对发电机的输出电压进行控制，使其保持基本恒定，以满足汽车用电器的需求。第2章交流发电机及调节器汽车教学网整理－后端盖2－电刷架3－电刷4－电刷弹簧压盖5－硅二极管6－元件板7－转子8－定子9－前端盖10－风扇11－带轮普通交流发电机一般由转子、定子、整流器、前后端盖、风扇、带轮等组成。图2.1为JF132型6管普通交流发电机解体图第2章交流发电机及调节器汽车教学网整理．转子转子的功用是产生磁场。转子由爪极、磁轭、励磁绕组、滑环、转子轴等组成，如图2.3、2.4所示。转子轴上压装着两块爪极，爪极被加工成鸟嘴形状，爪极空腔内装有励磁绕组和磁轭。滑环由两个彼此绝缘的铜环组成，压装在转子轴上并与轴绝缘，两个滑环分别与励磁绕组的两端相连。当给两滑环通入直流电时，励磁绕组中就有电流通过，并产生轴向磁通，使爪极一块被磁化为N极，另一块被磁化为S极，从而形成六对（或八对）相互交错的磁极。如图2.3所示。当转子转动时，就形成了旋转的磁场。1－滑环2－转子轴3－爪极4－磁轭5－励磁绕组图2.3交流发电机的转子总成图2.4交流发电机转子分解图第2章交流发电机及调节器汽车教学网整理．定子定子的功用是产生交流电。定子安装在转子的外面，和发电机的前后端盖固定在一起，当转子在其内部转动时，引起定子绕组中磁通的变化，定子绕组中就产生交变的感应电动势。定子由定子铁心和定子绕组（线圈）组成，如图2.5所示。定子铁心由内圈带槽、互相绝缘的硅钢片叠成。定子绕组有三组线圈，对称的嵌放在定子铁心的槽中。三相绕组的连接有星形接法和三角形接法两种，如图2.5a、b所示，都能产生三相交流电。图2.5交流发电机定子总成及连接方式a）定子绕组星形连接b)定子绕组三角形连接第2章交流发电机及调节器汽车教学网整理．整流器整流器的功用是将定子绕组的三相交流电变为直流电。整流器由整流板和整流二极管组成，6管交流发电机的整流器是由6只硅整流二极管分别压装（或焊装）在相互绝缘的两块板上组成的，其中一块为正极板（带有输出端螺栓），另一块为负极板，负极板和发电机外壳直接相连（搭铁），也可以将发电机的后盖直接作为负极板。6只整流二极管分为正极管和负极管两种。引出电极为正极的称为正极管，3只正极管装在同一块板上，称为正极板；引出电极为负极的称为负极管，3只负极管安装在负极板上，也可直接安装在后盖上。如图2.6所示。图2.6交流发电机整流二极管安装示意图a）焊接式b）电路图c)压装式1－正整流板2－负整流板第2章交流发电机及调节器汽车教学网整理普通交流发电机的结构汽车用硅整流二极管是专用的，有如下特点：（1）允许的工作电流大，如ZQ50型二极管的正向平均电流为50A，浪涌电流为600A。（2）承受反向电压的能力高，可承受的反向重复峰值电压在270V左右，反向不重复峰值电压在300V左右。（3）只有一根引线（引出电极）（4）根据引出电极的不同分为正二极管和负二极管。整流器总成的形状各异，有马蹄形、半圆形和圆形等。如图2.7所示。整流器和定子绕组的连接如图2.8所示。图2.7JF132发电机整流器总成1-负整流板2-正整流板3-散热片4-螺栓孔5-正极管6-负极管7-安装孔8-绝缘垫图2.8交流发电机整流器和定子的连接电路图a）星形连接b）三角形连接第2章交流发电机及调节器汽车教学网整理．端盖及电刷组件端盖一般分两部分（前端盖和后端盖），起支撑转子、定子、整流器和电刷组件的作用。端盖一般用铝合金铸造，一是可有效的防止漏磁，二是铝合金散热性能好。后端盖上装有电刷组件。电刷组件由电刷、电刷架和电刷弹簧组成，如图2.9所示。电刷的作用是将电源通过滑环引入励磁绕组。两个电刷分别装在电刷架的孔内，借助弹簧压力与滑环保持接触。电刷和滑环的接触应良好，否则会因为磁场电流过小，导致发电机发电不足。图2.9电刷组件第2章交流发电机及调节器汽车教学网整理普通交流发电机的结构励磁绕组通过两只电刷(F和E)和外电路相连，根据电刷和外电路的连接型式不同，发电机分为内搭铁型和外搭铁型两种，如图2.10所示。（1）内搭铁型交流发电机：励磁绕组的一端经负电刷（E）引出后和后端盖直接相连（直接搭铁）的发电机称为内搭铁型交流发电机，如图2.10a所示。（2）外搭铁型交流发电机：励磁绕组的两端(F和E)均和端盖绝缘的发电机称为外搭铁型交流发电机，如图2.10b所示。a)内搭铁型交流发电机b)外搭铁型交流发电机图2.10交流发电机的搭铁型式第2章交流发电机及调节器汽车教学网整理．带轮及风扇交流发电机的前端装有带轮和风扇，由发动机通过传动带驱动发电机的转子轴和风扇一起旋转。发电机工作时，定子绕组和励磁绕组中都会有热量产生，温度过高会烧坏导线的绝缘导致发电机不能正常工作，所以为发电机散热是必须的，为了提高散热能力，有的发电机装有两个风扇（前后各一个）。如丰田轿车的发电机。第2章交流发电机及调节器汽车教学网整理．发电原理2.2.2．整流原理2.2.3．交流发电机的励磁第2章交流发电机及调节器汽车教学网整理所示，发电机定子的三相绕组按一定规律分布在发电机的定子槽中，内部有一个转子，转子上安装着爪极和励磁绕组。当外电路通过电刷使励磁绕组通电时，便产生磁场，使爪极被磁化为N极和S极。当转子旋转时，磁通交替地在定子绕组中变化，根据电磁感应原理可知，定子的三相绕组中便产生交变的感应电动势。这就是交流发电机的发电原理。图2.11交流发电机发电原理示意图1－定子铁心2－定子绕组3－转子4－励磁绕组5－整流二极管6－电刷第2章交流发电机及调节器汽车教学网整理和转速、磁极对数成正比式中－磁极对数－发电机转速(r/min)在交流发电机中，由于转子磁极呈鸟嘴形，其磁场的分布近似正弦规律，所以交流电动势的波形也近似正弦规律，如果发电机定子的三相绕组是对称绕制的则产生的三相电动势也是对称的。)(60Hzpnfpn第2章交流发电机及调节器汽车教学网整理三相交流发电机的感应电动势瞬时值表达式：式中－每相电动势的最大值－每相电动势的有效值－电角速度)34tsin(2)34tsin()32tsin(2)32tsin(tsin2tsinEEeEEeEEemWmVmUmEE第2章交流发电机及调节器汽车教学网整理定子每相电动势的有效值的表示式中-绕组系数(和发电机定子绕组的绕线方式有关)-每相绕组的匝数（单位：匝）－频率（单位：Hz）-每极磁通（单位：Wb）-电机结构常数（）-称为相电动势。由此可见，当交流发电机结构一定时（结构常数不变），相电动势和发电机转速、磁通成正比。nCKfNEe44.4KNfeCE60/44.4KNpCe60/pnfeCE第2章交流发电机及调节器汽车教学网整理交流发电机整流原理交流发电机定子的三相绕组中，感应产生的是交流电，是通过6只二极管组成的三相桥式整流电路整流为直流电的，整流电路如图2.12a所示。二极管具有单向导通性,当给二极管加上正向电压时二极管导通,当给二极管加上反向电压时二极管截止。将定子的三相绕组和6只整流二极管按图2.12a的电路连接，发电机的输出端B、E上就输出一个脉动直流电压，如图2.12c所示，这就是发电机的整流原理。图2.12交流发电机整流原理a)整流电路图b)三相绕组电压波形图c)整流后发电机输出波形图第2章交流发电机及调节器汽车教学网整理．整流原理:（1）二极管的导通原则当3只正二极管负极端连接在一起时，正极端电位最高者导通；当3只负二极管正极端连接在一起时，负极端电位最低者导通。（2）整流过程的分析同时导通的二极管管子总是两个，正、负管子各一个。三相桥式整流电路中二极管的依次循环导通,使得负载RL两端得到一个比较平稳的脉动直流电压,如图2.12(c)所示。图2.13整流二极管导通分析第2章交流发电机及调节器汽车教学网整理．中性点电压在定子绕组为星形连接时，三相绕组的公共结点称为中性点。从三相绕组的中性点引一根导线到发电机外，标记为“N”。“N”点电压称为中性点电压。中性点电压的瞬时值是一个三次谐波电压,如图2.15所示，平均值为发电机输出电压（平均值）的一半，即：带有中性点接线柱的发电机，可用中性点电压来控制各种用途的继电器工作。2BENUU图2.15交流发电机中性点电压波形图第2章交流发电机及调节器汽车教学网整理交流发电机整流原理利用中性点电压提高发电机功率有的发电机（如夏利发电机）的整流器有8只整流管，其中两只整流管接在中性点处（1只正极管和1只负极管），如图2.16所示。把中性点电压和三相绕组并联输出，实践证明这样可提高发电机功率10％～15％。由于中性点电压的瞬时值是一个三次谐波，其波峰在有些时候可能大于三相绕组的最高值，此时，中性点正极管VD7导通，其他三个正极管截止，由VD7供给外电路高电压；同理，波谷也能小于三相绕组的最低值，此时，中性点负极管VD8导通，参与对外输出，这样就提高了发电机的对外输出能力，提高了发电机的输出功率。图2.16具有中性点二极管的整流电路第2章交流发电机及调节器汽车教学网整理交流发电机的激（励）磁除了永磁式交流发电机不需要励磁以外，其他形式的交流发电机都需要励磁，因为它们的磁场都是电磁场，必须给励磁绕组通电才会有磁场产生而发电，否则发电机将不能发电。将电流引入到励磁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。1．他励在发电机转速较低时（发动机未达到怠速转速），自身不能发电，需要蓄电池供给发电机励磁绕组电流，使励磁绕组产生磁场来发电。这种由蓄电池供给磁场电流发电的方式称为他励发电。第2章交流发电机及调节器汽车教学网整理．自励随着转速的提高（一般在发动机达到怠速时），发电机定子绕组的电动势逐渐升高并能使整流器二极管导通，当发电机的输出电压UB大于蓄电池电压时，发电机就能对外供