交流发电机

第1章电源电路原理与维修开始上课！交流发电机的工作特点是转速变化范围大，对于一般汽油发动机来说，其转速变化约为1：8，柴油机约为1：5，因此分析汽车用交流发电机的特性必须以转速的变化为基础。交流发电机的特性有输出特性、空载特性和外特性，其中以输出特性最为重要。新课导入1.7交流发电机的特性1.7.1、输出特性输出特性是指在发电机端电压U不变（对12V系列的交流发电机规定为14V）输出电流与转速之间的关系，即U=常数时，I＝f（n）的函数关系。定义1）空载转速n1发电机转速小于一定值n1时，对外输出电流为零。当发电机达到额定电压并能对外输出电流时的最小转速n1称为空载转速。由特性曲线I=f（n）可以看出发电机电压保持一定时，其输出功率随发电机转速升高而增加。2）满载转速n2当发电机达到额定流时的转速n2称为满载转速。额定电流一般为最大电流的2/3。空载转速和满载转速是测定发电机性能的重要依据。测得这两个数据即可判定发电机性能好坏。3）最大电流Imax发电机输出电流能力随转速的升高而增大，但曲线越来越平坦，当转速达到一定值时，无论转速增加多少电流都不再增加。即一定结构的发电机输出最大电流Imax有一定限制。由此可见，交流发电机自身具有限制输出电流防止过载的能力，又称为自我保护能力。•交流发电机定子绕组具有一定的阻抗Z，它由绕组的电阻R及感抗XL两部分组成，为什么交流发电机有自我保护能力？•XL＝2лfL定子绕组的阻抗Z随发电机的车速升高而增加。•高速时，R与XL相比可忽略不计，故阻抗Z约等于XL。转速高时，产生的内压降较大。•定子电流增加时，由于电枢反应的增强，也会使感应电动势下降。•两者共同作用的结果，当发电机的转速升高打一定时，输出电流几乎不随负载电阻的减小或转速的增加而增大。•发电机电压（输出）一定时，发电机电流存在最大值。（无论转速多高）•即发电机功率存在最大值。•限制发电机输出功率，只要限制发电机输出电压即可。•限制输出电压后，发电机转速增加，不会出现由于电流过高，烧坏发电机的情况。•如果发电机电压过高通常损坏用电设备。结论•空载特性是研究发电机在空载运行时，其端电压随转速变化的关系，即I＝0时，U=f(n)的曲线，如图。1.7.2、空载特性•外特性是研究当发电机转速一定时，其端电压与输出电流的关系，即n=常数时，U=f（I）的曲线，如图所示。1.7.3、外特性•负载增加时，输出电流增大，端电压下降；1）内压降增大，端电压下降；2）端电压下降引起磁场减弱、电动势降低，使得端电压进一步下降；3）当输出电流增加时，电枢反应增强，电动势降低，端电压进一步下降。由外特性曲线可以看出•发电机负载增加到一定程度时，继续增加负载，输出电流反而和端电压一同下降，此时的输出电流称为转折电流。•转速增加时，由于感抗增加使得端电压下降斜率岁转速升高而增加，导致各等速曲线的转折点逐渐靠拢。交流发电机具有限制输出电流的能力。由外特性曲线可以看出如果发电机在高速运转时，突然失去负载，发电机电压会突然升高，致使发电机及调节器等内部电子元件有被击穿的危险。注意！1.8新型交流发电机的结构特点1.8.1、无刷交流发电机由于没有电刷和集电环，所以不会因为电刷和集电环的磨损和接触不良造成激磁不稳定或发电机不发电等故障；同时工作时无火花，也减小了无线电干扰。无刷交流发电机分为单爪极式、凸极式和永磁式三种。一、爪极式无刷交流发电机1、结构爪极式无刷交流发电机磁场绕组是静止的，它通过一个磁轭托架固定在后端盖上,所以，不再需要电刷。两个爪极中只有一个爪极直接固定在电机转子轴上，另一爪极则用非导磁联接环固定在前一爪极上。1-转子轴；2-磁轭托架；3-端盖；4-爪极；5-定子铁心；6；非导磁联接环；7-磁场绕组；8-转子磁轭2、工作原理当转子旋转时，一个爪极就带动另一爪极一起在定子内转动,当磁场绕组中有直流电通过时，爪极被磁化,,就形成了旋转磁场。磁路如图所示。1-转子轴；2-磁轭托架；3-端盖；4-爪极；5-钉子铁心；6；非导磁联接环；7-磁场绕组；8-转子磁轭一、爪极式无刷交流发电机3、优点1）结构简单、维护方便、工作可靠2）不存在电刷与集电环接触不良导致的发电不稳或不发电故障。4、缺点1）爪极间连接工艺困难2）由于磁路中间隙加大，发电机相同输出功率下需加大励磁电流。一、爪极式无刷交流发电机二、永磁式无刷交流发电机永磁式交流发电机与普通发电机不同的是以永久磁铁作为转子磁极而产生旋转磁场，不仅去掉了电刷和滑环，而且不需要磁场绕组和爪极。转子常用的永磁材料有铁氧体、铬镍钴、稀土钴、钕铁硼等。由于转子为永磁结构，所以产生的旋转磁场强度是不变的、不可调的，因此，不能采用普通交流发电机通过调节器控制磁场电流的办法来调节发电机的输出电压。为解决调压问题可采用电压调节器与三相半控桥式整流相配合的办法，使发电机输出电压不随转速大幅度变化而变化。1、控制电路由电压调节器与3只共阴极晶闸管VT1、VT2、VT3组成三相半控桥式整流电路。VD1～VD6组成三相全波整流电路，为晶闸管控制极提供触发电压。二、永磁式无刷交流发电机二、永磁式无刷交流发电机2、控制原理低速时触点K闭合，晶闸管控制极获得正向触发电压而导通，当转速达到一定值时，整流桥可向蓄电池和负载提供全波整流电压。2、控制原理高速时输出电压超过额定电压时，触点K断开，晶闸管因失去正向触发电压而截止，因而整流输出电压下降。当整流电压降到一定值时，电压调节器线圈中电流减小吸力减小而使K闭合，3只晶闸管重新被触发导通，又使整流输出电压回升。如此反复，便可使输出电压控制在规定范围内。二、永磁式无刷交流发电机二、永磁式无刷交流发电机3、优点1）体积小、轻、结构简单、维护方便，使用寿命长。2．由于传动比大，低速时发电机充电性能好。3．比功率大，可节约金属材料。4．无激磁损耗，效率可提高10％以上。5．在电压控制器中，由于只有控制极约10mA的电流通过触点，故可降低触点磨损，电压调节结构很简单。6．由于永磁体的磁导率接近空气的磁导率，使电枢反应磁阻增大，因而感应电势的非正弦畸变减小，输出功率增大。三、凸极式无刷交流发电机1、结构凸极式交流发电机也是一种无电刷交流发电机，由定子、转子、整流器和机壳组成。它的转子是由齿轮状钢片铆成，其上有若于个沿圆周均匀分布的齿形凸极，而没有磁场绕组。磁场绕组和电枢绕组均安放在定子槽中。定子铁心转子磁场绕组电枢绕组三、凸极式无刷交流发电机2、工作原理定子铁心转子磁场绕组电枢绕组磁场产生当磁场绕组通入直流电后，在定子铁心中产生固定磁场。由于转子凸齿部分磁通容易通过，磁感应强度最大，从而形成磁极。但转子的每个凸齿是没有固定极性的，当它对着定子N极就是S极，对着S就是N极。三、凸极式无刷交流发电机2、工作原理定子铁心转子磁场绕组电枢绕组电动势产生转子旋转时，当凸齿对着定子凸齿时，磁通量最大，当转子槽对着定子凸齿时则磁通量最小。因此，转子旋转时，定子凸齿内产生脉动磁通，在定子绕组中感应出交变电动势。将电枢绕组以一定的方式连接起来，并经整流，便可得直流电。三、凸极式无刷交流发电机3、特点电动势的频率恒等于Zn/60（Z为转子齿数，n为转子转速），与磁场绕组形成的磁极对数无关，这与同步交流机的本质不同。感应子式无刷交流发电机机质量比功率较低。四、具有励磁机的无刷交流发电机励磁机是一小型硅整流交流发电机，其磁场绕组固定，发电机转动，转子中的三相绕组会感应出三相交流电，经二极管整流后变为直流电，直接供给主发电机的磁场绕组。优点是磁路中无附加气隙，因而漏磁少，输出功率大，但结构复杂。1.8.3、带真空泵的交流发电机带泵交流发电机的发电机与普通交流发电机完全一样，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，主要用于没有真空源的柴油机。1.8.4、八管、九管、十一管交流发电机一、八管交流发电机ACeAeCeBRL14VVD7VD7+15VB+多加2只中性点二极管UNUBUN0利用中性点电压不断变化进行脉冲充电。功率可以提高11%～15%二、九管交流发电机9管交流发电机的基本结构和6管交流发电机相同，所不同的是整流器。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。6只大功率整流二极管组成三相全波桥式整流电路，对外负载供电。3只小功率管二极管与三只大功率负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。所以称3只小功率管为励磁二极管。接通点火开关SW时：充电指示灯亮，发电机磁场靠蓄电池励磁（他励）。二、九管交流发电机发电机电压高时：充电指示灯灭，发电机磁场靠磁场二极管励磁（自励）。二、九管交流发电机三、十一管交流发电机中性点二极管励磁二极管•1、交流发电机的励磁方式•2、交流发电机的空载转速、额定转速•4、交流发电机的最大电流、额定电流•5、充电指示灯的作用是什么•6、新型交流发电机的结构与普通发电机的区别•7、8管、9管、11管交流发电机的特点小结复习思考题•1、交流发电机的励磁电流由谁供给？•2、什么是交流发电机的空载转速？•3、什么是交流发电机的额定转速？•4、交流发电机的额定电流指的是什么?•5、充电指示灯的作用是什么？•6、爪极式无刷交流发电机的结构与普通发电机有什么不同？•7、8管、9管、11管交流发电机中分别有几只整流管管？几只励磁管？.