汽车交流发电机

第2章交流发电机及调节器交流发电机交流发电机利用电磁感应原理，将发动机带动发电机轴转动的机械能转变为电能输出。其功用是在发动机正常运转时（怠速以上），向所有用电设备（起动机除外）供电，同时向蓄电池充电。交流发电机主要由三相同步交流发电机和二极管整流器组成，一般被称为硅整流交流发电机，也简称交流发电机根据法拉第电磁感应定律，当穿过一个闭合回路所包围的面积的磁通量（磁力线数）发生变化时（导体和磁场之间存在相对运动），回路中就有感应电动势产生，如果回路为闭合导体回路，则有感应电流产生。交流发电机就是根据上述原理设计制成，只是发电机的磁场是电磁场。2.2.2交流发电机的构造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1.转子转子是交流发电机的磁场部分，主要是由两块爪极、磁场绕组、滑环等组成爪极式转子结构图1.集电环（滑环）2.轴3.爪极4.转子磁轭5.励磁绕组转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有六个鸟嘴形磁极，爪极空腔内装有磁场绕组(转子线圈)和磁轭。磁场绕组两端的引线分别焊在与转子轴绝缘的两个滑环(集电环)集电环由两个彼此绝缘的铜环组成滑环的外圆表面应平整光滑，以便转子高速运行时其与电刷满足滑动接触要求。当两个电刷与直流电源相接时，激磁绕组中便有激磁电流通过，产生轴向磁通，使得一块爪极被磁化为N极，另一块爪极为S极,从而形成六对相互交错的N,S磁极。转子的磁极采用爪极结构，这是装在轴上的一个爪极，有六个鸟嘴形的磁极在爪极内装有产生磁场的磁轭与励磁线圈，在转子轴上有向励磁线圈供电的滑环。在转轴上再装上另一个爪极，使两个爪极的磁极交错排列爪极的磁场，先观看没有两边爪极的情况，在轴上装上滑环向励磁线圈供电，当励磁线圈通电后，磁轭产生的磁场装上两边爪极后，磁力线将沿爪极走动，将轴向磁通转换为径向磁通。将转子爪极设计成鸟嘴形的目的是使磁场呈正弦分布，以使电枢绕组产生的感应电动势有较好的正弦波形。交流发电机磁路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。转子产生旋转磁场当转子转动时，就形成了旋转的磁场。爪极凸缘的外形呈鸟嘴形，当发电机工作时，可在定子铁心内部形成近似正弦变化的交变磁场。当转子旋转时，由于定子绕组与磁力线有相对的切割运动，可使定子绕组感应的交流电动势近似于正弦曲线的波形。2、定子定子的功用是产生交流电，又称电枢，固定在两端盖之间。定子由定子铁心和定子绕组成。定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。定子绕组有三相，三相绕组采用星形接法或三角形（大功率）接法，都能产生三相交流电。2.定子三相绕组的连接方法有星形接法（又称Y形接法）和三角形接法（又称△形接法）两种。2.定子Y形接法是将三相绕组的三个末端X、Y、Z接在一起，将三相绕组的首端A、B、C作为交流发电机的交流输出端，△形接法△形接法是将每相绕组的首端和另一相绕组的末端依次相连接，因而有三个接点，这三个接点即为交流发电机的交流输出端。电角度电角度的360°是据电流完成一个完整的周期变化来定义的。三相绕组必须按一定要求绕制：1.每个线圈的两个有效边之间的距离应和一个磁极占据的空间距离相等；2.每相绕组相邻线圈始边之间的距离应和一对磁极占据的距离相等或成倍数；3.三相绕组的始边应相互间隔2π+120度电角度（一对磁极占有的空间为360度电角度）。才能使之获得频率相同、幅值相等、相位互差120°的三相电动势。三相绕组的绕法三相绕组的绕法为了在三相绕组中产生大小相等，频率相同，且相位相差120度的对称电动势，应遵循以下原则：规则1——每相绕组的线圈个数和每个线圈的匝数应完全相等。例如，JF11型交流发动机定子总槽数Z为36，每相绕组占用的槽数应为12。因采用单层集中绕法，即每个槽内放置1个有效边，故每相绕组又由六组线圈串联而成，若每个线圈有13匝，则每相绕组共有78匝。规则2——每个线圈的节距必须相同。节距y1和极距yp是两个重要的结构参数。y1在数据上等于线圈的两个有效边之间的定子槽数，而相邻异性磁极中心线之间的定子槽数则称为极距yp要使线圈内能产生最大的感应电动势，线圈的两个有效边应分别置于异性的磁极下面。若每个线圈的节距y1相等并等于极矩yp时，便可获得最大感应电动势。1.每个线圈的两个有效边之间的距离应和一个磁极占据的空间距离相等；PZyyP21规则3——三相绕组的起端A、B、C在定子槽内的排列必须相隔120度电角度。转子旋转时，磁场相对定子中的导体运动，在定子绕组中产生感应电动势。且每转过一对磁极时，线圈中的感应电动势就变化一个周期，即360度电角度，由此计算(P＝6，Z＝36)，每个槽的电角度为60度。相邻两相绕组线圈的起端间隔距离应等于2＋3n个槽（y1＝3，n＝0，2，4，……），即2、8、14……个槽均可60366360360ZP三相绕组的绕法示例-JF11发电机结构参数如下：磁极对数p6对；定子槽数z36槽定子绕组相数3相；每个线圈匝数N13匝绕组连接方法Y型连接一对磁极占6个槽的空间位置（每槽60度电度角）3.整流器整流器的作用是将定子绕组产生的三相交流电转换为直流电，并可阻止蓄电池电流向发电机倒流。整流管安装图整流管电路图1绝缘散热板2正极管3负极管4后端盖B-电枢接线柱E-搭铁整流管的安装将正极管安装在一块铝制散热板上，称为正整流板；将负极管安装另一块铝制散热板上，称为负整流板，也可用发电机后盖代替负整流板。见图。（3）只有一根引线并且有的二极管引线是正极，有的二极管引线是负极，引出线为正极的管子叫正极管，引出线为负极的管子叫负极管，所以说整流二极管有正二极管和负二极管之分。整流管的安装将正极管安装在一块铝制散热板上，称为正整流板；将负极管安装另一块铝制散热板上，称为负整流板，也可用发电机后盖代替负整流板。在正整流板上有一个输出接线柱B（发电机的输出端）；负整流板上直接搭铁。负整流板一定和壳体相联接。3.整流器为便于散热，散热板通常用铝合金制成，它与后端盖用绝缘材料垫片隔开，固定在后端盖上，用螺栓引至后端盖外部作为发电机的电源输出端，并在后端盖上铸由标记“B”或“+”、“A”、“电枢”。4.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：固定定子、转子和附件位置。固定整机位置，可以张紧5.电刷组件(brush)作用：把静止电源提供给旋转部件。将电源通过集电环引入磁场绕组。组成：电刷、电刷架和电刷弹簧。电刷组件装在后端盖内，通过弹簧力作用与转子轴上的滑环(sliprings)保持接触。a）外装式b）内装式6.附件说明风扇(fan)作用：强制风冷皮带轮(wheel)作用：动力传递加上前后端盖，构成发电机的外观5.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，其中有：1—12V、2—24V、6—6V第三部分为电流等级代号，用一位阿拉伯数字表示，各代号表示的电流等级见表1-5第四部分为设计序号，第五部分为变型代号1.产品代号产品代号用中文字母表示，例：JF——普通交流发电机JFZ——整体式（调节器内置）交流发电机JFB——带泵的交流发电机JFW——无刷交流发电机2.电压等级代号电压等级代号用一位阿拉伯数字表示，1表示12V系统2表示24V系统6表示6V系统2.2交流发电机的类型和构造2.2.1交流发电机的类型(1.按照交流发电机总体结构)基本结构类型结构特点应用实例普通交流发电机三相交流发电机；6只硅整流二极管组成全波整流器；外置式电压调节器东风EQl090汽车用JFl32型发电机整体式交流发电机三相交流发电机；内装式电子调节器发电机和调节器制成一个整体的发电机奥迪100、桑塔纳等轿车JFZl813Z型发电机采用11只硅整流二极管整流器带泵交流发电机带真空制动助力泵的交流发电机和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起的发电机依维柯汽车用JFZl912Z型发电机。无刷交流发电机无刷交流发电机(不需要电刷的发电机)JFWl913型发电机永磁交流发电机转子磁极采用永磁材料农用运输车用发电机交流发电机的分类（1）按总体结构不同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无刷交流发电机⑤永磁交流发电机（2）按整流器结构不同①六管发电机②八管发电机③九管发电机④十一管发电机（3）按磁场绕组搭铁型式不同①内搭铁式②外搭铁式8管交流发电机除了三相桥式整流电路的6个二极管外，还具有2个中性点二极管，利用中性点二极管的输出可以提高发电机的输出功率一只正极管接在中性点和正极之间，一只负极管接在中性点和负极之间9管交流发电机的特点是除了常用的6个二极管外，又增加了3个小功率二极管，专门用来供给磁场电流，又称为磁场二极管。采用磁场二极管后，可以省去充电指示灯继电器，其线路连接关系如图所示。3只小功率管二极管与三只大功率负二极管也组成三相全波桥式整流电路专门为发电机磁场供电。11管交流发电机由6个三相桥式整流二极管，3个磁场二极管和2个中性点二极管组成，如图所示。11管交流发电机兼有8管与9管交流发电机的特点和作用。按磁场绕组搭铁形式两分类1）内搭铁型交流发电机磁场绕组（励磁线圈）的一端（负极）直接搭铁（和壳体相联）；2）外搭铁型交流发电机磁场绕组的两只电刷都和壳体绝缘。外搭铁型发电机的磁场绕组负极（负电刷）接调节器，通过后再搭铁。探究感应电动势大小与磁通量变化的关系提出问题既然闭合电路的磁通量发生改变就能产生感应电动势，那么感应电动势大小与磁通量的变化是否有关呢？猜想或假设感应电动势E的大小与磁通量的变化量△φ有关。也与完成磁通量变化所用的时间△t有关。也就是与磁通量变化的快慢有关（而磁通量变化的快慢可以用磁通量的变化率表示△φ/△t）1、内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量变化率△Φ/△t成正比．二、法拉第电磁感应定律：2、数学表达式Ektt（单位为伏、韦伯、秒则k=1）二、法拉第电磁感应定律：若线圈有n匝，则相当于有n个电源串联，总电动势为：Ent注意：（1）公式中Δφ的计算方法，（2）电动势E为平均值（3）感应电流的方向另行判断。Φ/10-2Wbt/sABD0120.15、单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场。若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，则：()A、线圈中0时刻感应电动势最大B、线圈中D时刻感应电动势为零C、线圈中D时刻感应电动势最大D、线圈中0到D时间内平均感应电动势为0.4VABD三、导体作切割磁感线运动电动势E大小如图所示闭合线圈一部分导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度是B，ab以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势ab××××××××××××××××××××××××Gabv回路在时间t内增大的面积为：ΔS=L(vΔt)产生的感应电动势为：穿过回路的磁通量的变化为：ΔΦ=BΔStΦE=BLvΔtttBLvBLv（V是相对于磁场的速度）tΦEθvBV1=VsinθV2=Vcosθ若导体斜切磁感线sinBLvBLvE1（θ为v与B夹角）ttvBL)(1（若导线运动方向与导线本身垂直，但跟磁感强度方向有夹角）说明：1、导线的长度L应为有效长度2、V方向和B平行时，θ=0E=03、速度V为平均值，E就为平均值.速度V为瞬时值，E就为瞬时值.2.3交流发电机的工作原理交流发电机的发电原理整流原理和过程交流发电机的励磁方式不同形式交流