工程机械发电机原理

1、转子转子的功用是产生磁场。转子由爪极、励磁绕组、滑环、转子轴等组成，如图所示图为转子解体示意图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。当转子转动时，就形成了旋转的磁场。如下图所示：2、定子定子又称为电枢。定子的功用是产生交流电。当激磁电流作用于转子绕组，转子轴在发动机正时齿轮的带动下转动，在定子绕组中产生感应电动势。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接法，都能产生三相交流电。三相绕组的必须按一定要求绕制,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。(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+120o电角度（一对磁极占有的空间为360o电角度）定子三相绕组的接法有两种星形接法的特点是线电流等于相电流，且三相的一端连接在一起。中性点电压的瞬时值是一个三次谐波电压，中性点电压的平均值为发电机输出电压（平均值）的一半，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。（如右图所示）三角形接法的特点是线电流等于相电流，且三相连接成一个闭环，无中性点。如图所示：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。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(3相绕组)，3相绕组彼此相隔120度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，都能产生三相交流电。3、整流桥（又叫整流器）整流桥的功用是将定子绕组的三相交流电变为直流电输出。整流器由整流板、整流二极管和激磁二极管组成。二极管只允许电流单向通过，所以将其接入交流电路时它能使电路中的电流只按单向流动，即所谓“整流”。整流二极管一种具有单向导电性的半导体器件,能将交流电能转变为直流电能。将交流电源整流成为直流电流的二极管叫作整流二极管，整流二极管分为正极管和负极管两种，分别压装（或焊装）在相互绝缘的两块板上组成的。正二极管的中心引线为二极管正极，外壳为负极。正二极管的外壳压装或焊装在元件板上，共同组成发电机的正极，由一个与后端盖绝缘的元件板固定螺栓通至机壳外，成为发电机的B+输出钉。4、端盖及电刷组件端盖一般分两部分（驱动端盖和电刷端盖），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。电刷端盖上装有电刷组件。不带调节器的电刷组件由电刷、电刷架和电刷弹簧组成，带调节器的电刷组件由电刷、电刷架、电刷弹簧及调节器组成。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。电压调节器是把发电机输出电压控制在规定范围内的装置，其功用是在发电机转速变化时，自动控制发电机电压保持恒定，使其不因发电机转速高时电压过高烧坏用电器和导致蓄电池过充电；也不会因发电机转速低而电压不足导致用电器工作失常。皮带轮及风扇交流发电机的前端装有皮带轮和风扇，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。发电机的通风散热是靠风扇来完成，（由铝合金或钢板冲压而成）发电机有1-2个风扇，对于只有一个风扇的发电机，风扇均装于前端盖与皮带轮之间；对于有两个风扇的发电机，有的是在转子爪极两侧各焊装一个，有的是一个风扇装于前端盖与皮带轮之间，另一个风扇装在后端盖与转子爪极之间汽车交流发电机的性能指标1．额定电压交流发电机的电压受电压调节器控制，一般比较稳定，只是在发动机启动阶段略有变化，正常情况下，发动机达到怠速转速时，发电机的输出电压应能达到一个稳定值，这个电压值称为发电机的额定电压（12V系统的发电机额定电压为14V，24V系统的发电机额定电压为28V）。2．空载转速交流发电机不带负载，能够达到额定电压时的初始转速值定为空载转速，空载转速在发电机出厂时通过试验确定，列入产品说明书。空载转速是汽车设计时选择发动机和发电机速比的主要依据，也是发电机使用过程中性能是否下降的评价指标之一。3．额定电流和额定转速交流发电机受结构、转速等条件的限制，对外输出电流的能力是有限的，为了评价发电机的对外输出电流能力，把发电机输出最大电流的2/3定为发电机的额定电流，达到额定电流时的转速定为额定转速。发电机出厂时，通过试验确定额定转速和额定电流，并列入产品说明书，发电机的额定转速和额定电流是评价发电机性能的重要指标。汽车发电机一般都为4线，较粗的一根接B+柱一般为红色.余下3根开钥匙有火的为磁场线接F柱.余下2根将其分别搭铁充电指示灯亮了的为中性线接N柱.最后一根为搭铁线一般为黑色接E柱.随着汽车交流发电机的广泛使用，在发电机中起输出电压调节作用的调节器也得到不断发展，尤其是电子电压调节器，因为它与机械式电压调节器相比具有体积更小、调节更精确、性能更可靠的特点，所以几乎在所有车用发电机中得到了使用，基本取代了机械式调节器。本文以摩托罗拉的电子电压调节器为例，对汽车的发电机调节器的发展进行了介绍。●上海法雷奥汽车电器系统有限公司研发部焦利民作为发电机的电输出管理器件，电子调节器最主要的功能就是在整个工作温度范围内（一般为-40～90℃），通过采样交流发电机的输出电压，经内部逻辑电路的判断结果来控制转子绕组的电流，继而调节磁场强度来控制发电机的输出，以防止蓄电池的过充电。所谓的多功能电子电压调节器就是在此基础上，增加了远端电压采样、电位警示及自动保护等功能，以方便驾驶和维修人员对发电机状态进行更好的监控，也提高了发电机的可靠性。几大汽车电机制造商，如博世、电装、德尔福、法雷奥和摩托罗拉等都根据自己对交流发电机的工作方式、环境的理解，以及各自的制造水平，分别推出了各具特色的电子电压调节器，并结合同时代汽车技术的发展不断改进，演变出新的型号。摩托罗拉较早推出的调节器限于当时的制造工艺水平和设计思路，把除磁场功率管外的模块集成在一块厚膜电路板上，称为厚膜型调节器。后来，随着集成电路技术的发展和批量生产的需要，摩托罗拉又推出了集成度更高的单片电路，具有与厚膜型调节器相同的功能。厚膜型调节器和单片型调节器的应用电气原理图是一样的。对应于上面两种调节器，摩托罗拉又推出了厚膜和单片的多功能电子调节器。与摩托罗拉的前期产品相比较，厚膜和单片的多功能电子调节器除增加了相位信号取样电路和警示灯回路开关管外，取样电路和逻辑判断电路都发生了质的变化：取样电路在“本机取样”（B+）的基础上，增加了“远程取样”（S）功能部分；逻辑判断电路变得更复杂，在原有的输入信号处理电路中，又增加了相位信号判断部分，除控制磁场功率管外，还输出信号给警示灯回路开关管。这两种调节器的实物示意图与单功能的相近似，只是增加了管脚。增加了相电压输入信号后，发电机的初次发电转速降低了。而通过“远程取样”，发电机的输出电压可相对提高数十毫伏，更有效地满足了用电器的功率消耗。把警示灯工作回路从磁场绕组和功率管电路中独立出来后，可以提供更丰富的报警信号，使驾驶和维修人员能够更早地意识到发电机的异常状态，更好地满足了车辆的保养和安全要求。这也是越来越多的运输工具采用多功能调节器的原因所在。更本质性的变化发生在近十年智能网络等先进技术在运输工具上的应用。第一代的发电机调节器只具有最基本的输出电压控制功能。从第二代开始，调节器已经进化到具有一些“原始智能”的汽车电子部件，它可以在示警提醒的同时进行自我保护和调节，给汽车的整个控制系统增添了一个较和谐的节点。第三代调节器有了一个更大的“跨越”。它在自控的同时，还向发动机的大脑——ECU汇报发电机的状态，即：对应转速的频率、磁场开通周期比，从“小我”开始溶入“大我”，如图7所示。现在，第四代“未来型”的调节器已经在许多制造商的实验室里孕育了数个寒暑，呼之欲出。发动机ECU采集各端口信号，并发布指令让各器件作出相应的动作。新生代调节器也溶入了这个网络，输出电压由ECU根据蓄电池和用电器状态决定；发生故障后，也由ECU决定调节器如何动作，并由ECU记录故障代码。驾驶和维修人员可以根据读码器直观地知道发电机发生过什么，现在怎么了。也许以后发电机会被称作“起动发电一体机”或别的什么，但调节器或行使调节器职能的器件将会成为ECU的一个有感知和动作功能的“腕足”，并有很多“兄弟姊妹”在汽车的控制网络中和它一起倾听“大脑ECU”的召唤，使人们可以更安全地驾驶汽车。CommandButto