第二章--交流发电机及其调节器

1第二章交流发电机及其调节器§2-1交流发电机§2-2交流发电机调节器§2-3交流发电机及其调节器的使用与维修2§2-1交流发电机学习目标：1．掌握交流发电机的结构及各组成部分的功用。2．了解交流发电机的工作原理和工作特性。3一、交流发电机的结构下图所示为整体式交流发电机的结构，主要是由转子、定子、端盖和硅整流器四部分组成。41．转子转子的功用是产生交流磁场。它由磁极、磁场绕组、转子轴、磁轭及滑环等组成：交流发电机转子总成发电机转子的分解图1-滑环2-转子轴3-爪极4-转子铁心5-磁场绕组52．定子定子总成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定子的功用是产生和输出交流电。它由铁芯和三相绕组组成：63．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只正极管装在正极板上；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：7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—正极板2—负极板84．机壳机壳主要包括驱动端盖(前端盖)、整流端盖(后端盖)及安装在其上的轴承、轴承盖等零部件。端盖由铝合金制成，以减轻交流发电机的质量，增强散热。整流端盖内侧炭刷架的结构形式有两种，一种炭刷的拆装在壳体内部进行，另一种拆装在壳体外部进行。两个炭刷中一个与壳体相连，称为搭铁炭刷；另一个与壳体绝缘，称为绝缘炭刷。绝缘炭刷的引线接到发电机的磁场接线柱(F)上。搭铁炭刷的搭铁方式有两种，一种是将引线用螺钉固定在后端盖标记为“-”的接线柱上，此方式俗称内搭铁；另一种是将搭铁炭刷引线与机盖绝缘，接到后端盖外部标记为“E”的接线柱上，这种方式俗称外搭铁。发电机前端装有带轮，由发动机通过传动带带动。在带轮后面装有风扇，靠风扇给发电机强制通风散热。9二、交流发电机的工作原理1．发电原理交流发电机的工作原理图102．整流原理三相桥式整流电路及电压波形a)整流电路b)三相对称电压波形c)平稳脉冲电压波形带有中心抽头的交流发电机利用硅二极管的单向导电性可组成整流电路。汽车用交流发电机采用三相桥式全波整流电路113．励磁方法发电机在低速运转时，依靠自身磁场中的剩磁一般难以建立输出电压。为了使交流发电机在低速运转时的输出电压能够满足汽车上用电的需要，交流发电机在输出电压建立前后，分别采用他励和自励两种励磁方式。开始发电时采用他励方式，即由蓄电池提供励磁电流，增强磁场，使电压随发电机转速很快上升。当发电机输出电压高于蓄电池端电压时，励磁电流便由发电机自身供给，这种励磁方式称为自励。下图所示为交流发电机的基本励磁回路：12交流发电机的励磁回路13三、交流发电机的工作特性交流发电机的输出特性所谓交流发电机的工作特性，是指交流发电机转速、电压、电流等相关量之间的相互关系及变化规律，是选用发电机的重要依据。1．输出特性输出特性也称负载特性或输出电流特性，是指当交流发电机输出电压恒定时，转速与输出电流之间的关系：142．空载特性空载特性是指发电机没有带负载时，其端电压与转速的变化规律。如图所示，从空载特性曲线可以看出，随着转速的升高，端电压上升较快，由他励方式转入自励方式时，即能向蓄电池补充充电。交流发电机的空载特性153．外特性外特性是指转速保持一定时，输出电流与端电压的变化规律，如图所示。从外特性曲线可以看出，发电机的转速越高，端电压越高，输出电流也越大。转速对端电压的影响较大，但当转速保持恒定时，端电压随输出电流的增大（即负载增加）而相应下降。16四、多管硅整流发电机的功用和特点1．8管硅整流发电机8管交流发电机电路图172．9管硅整流发电机9管交流发电机充电系统电路183．11管硅整流发电机11管交流发电机充电系统电路19五、无刷交流发电机图2-1-19国产JFW14X型爪极无刷交流发电机外形及其分解图1-外形2-后轴承3-防护罩4-整流元件组5-后端盖6-定子总成7-磁轭8-磁场绕组接头9-磁场绕组10-爪极11-前端盖12-风扇13-皮带轮无刷交流发电机的突出优点是结构简单、维护方便、工作可靠。由于取消了滑环和电刷，因此不存在电刷与滑环接触不良而导致发电机不稳定或不发电的故障。20§2-2交流发电机调节器学习目标：1．了解电压调节器的作用和调压原理。2．掌握常用电压调节器的特性和工作原理。21一、概述1．电压调节器的功用现代汽车上均装用交流发电机，因为发电机电压随着转速的升高而增大，为了保证用电设备和蓄电池正常工作而不致损坏，所以要求发电机必须具有稳定的输出电压。电压调节器的功用就是在发电机转速变化时，将发电机电压控制在规定的范围内。如对12V汽油车其电压应控制在14～15V；对24V柴油车，其电压应控制在28～30V。222．电压调节器调压原理对于结构一定的交流发电机正常运转时，产生电动势的大小与发电机转速和磁极的磁通成正比。可用下式表示：E=Ceφn式中：Ce—电机结构常数；φ—磁极磁通；n—发电机转速。发电机在汽车上是由发动机驱动旋转的，其转速n随发动机转速变化而在很大范围内变化。若要在转速变化时维持发电机输出电压恒定，就必须相应地改变磁极磁通φ。因为磁极磁通φ的强弱取决于磁场电流的大小，所以在发电机转速变化时，只要自动调节磁场电流，就能使发电机电压保持恒定。电压调节器就是利用自动调节磁场电流使磁极磁通改变这一原理来调节发电机电压的。233．电压调节器的分类汽车发电机电压调节器种类繁多、类型各异。虽然各种电压调节器都是通过调节磁场电流改变磁极磁通达到控制发电机电压的目的的，但是由于电压调节器型式不同，其调节磁场电流的方法也不同。据此电压调节器可以分为电磁振动式调节器、晶体管调节器和集成电路调节器。24二、电磁振动式调节器1．单级电磁振动式电压调节器单极电磁振动式电压调节器R1-加速电阻R2-调节电阻R3-温度补偿电阻L1-磁化线圈L2-轭流电阻D-二极管C-电容器252．双级电磁振动式电压调节器FT61型双级电磁振动式电压调节器K1-一级触点K2-二级触点R1-加速电阻R2-调节电阻R3-温度补偿电阻1-静触点支架2-活动触点臂3-磁化线圈4-弹簧5-支架6-电刷和集电环7-磁场绕组（1）结构（2）工作原理262．双级电磁振动式电压调节器触点K2工作时的磁化电路a)触点K2闭合时b)触点K2张开时（1）结构27(2)工作原理触点K2工作时的磁场电路a)触点K2闭合时b)触点K2张开时283．双联电磁振动式电压调节器（1）带充电指示继电器的电压调节器1）结构2）工作原理29（2）带磁场继电器的电压调节器1）FT6lA型双联调节器的组成2）FT6lA型双联调节器的工作原理30三、晶体管调节器1.晶体管调节器的优点（1）无需维修、工作可靠。（2）工作中无电火花产生，不会干扰汽车上的电子设备工作。（3）使用寿命长，适用范围广。目前晶体管调节器的使用寿命是电磁振动式调节器使用寿命的2～3倍。由于现代汽车应用交流发电机功率要求越来越大，可通过选择不同功率的晶体管满足因发电机功率大对激磁电流要求大的要求。（4）采用集成电路，作为一个标准部件装在发电机上，省去了点火开关到调节器以及调节器到交流发电机的连接导线，既减少了线路损失，又可使发电机的实际输出功率提高5%～10%。312．JFTl06型分立元件调节器JFT106型分立元件调节器电路（1）电路和组成32（2）工作原理接通点火开关S，起动发动机，发电机随之转动，当发电机电压低于蓄电池电动势时，检测电路和磁场电路由蓄电池供电。此时，调节器接通磁场电流通路，其电路为:蓄电池正极→电流表A→点火开关S→发电机磁场接线柱F2→磁场绕组→发电机磁场接线柱F1→三极管V3→调节器搭铁接线柱E→蓄电池负极。由于发电机磁场绕组中有励磁电流流过，磁极磁场增强，发电机电压将随其转速的升高而升高。当发电机电压升高到高于蓄电池电动势，但小于调节电压时，检测电路和发电机磁场绕组的电流将由发电机供给，磁场电流电路为：发电机接线柱B→点火开关S→发电机接线柱F2→磁场绕组→发电机接线柱F1→三极管V3→调节器搭铁接线柱E→发电机负极。此时发电机对蓄电池充电，对用电设备供电，其电压仍随转速的升高而升高。33四、集成电路调节器集成电路是指在一块微小的半导体硅片上制成许多半导体元件及其他电路和元件，从而实现所要求的调节电压等功能的，这种方式制成的调节器，称为集成电路(IC)调节器。1．夏利轿车用集成电路（IC）调节器的结构夏利轿车单片IC调节器外形图夏利轿车用单片IC调节器电路图342．夏利轿车用集成电路（IC）调节器工作情况接通点火开关S，起动发动机，发电机随之转动，当发电机电压低于蓄电池电动势时，蓄电池电压便经点火开关S作用于单片IC上，IC内部电路根据发电机相抽头P端检测出的电压信号，控制三极管Vl、V2都导通，同时接通磁场电路和充电指示灯电路。磁场电流通路为:蓄电池正极→发电机“B”端→磁场绕组→IC调节器“F”端→Vl→E搭铁→蓄电池负极。充电指示灯电流通路为：蓄电池正极→点火开关S→充电指示灯→发电机和调节器的L端→V2→E搭铁→蓄电池负极。35§2-3交流发电机及其调节器的使用与维修学习目标：1．熟悉交流发电机和电压调节器的正确使用方法。2．掌握交流发电机和电压调节器的故障检测与维修方法。36一、交流发电机和调节器的正确使用1．交流发电机的正确使用（1）汽车用交流发电机均为负极搭铁，安装蓄电池时也必须负极搭铁。若蓄电池搭铁极性接错，交流发电机整流二极管将承受蓄电池正向电压，使整流二极管损坏。（2）发电机正常运转时，不能用搭铁试火的方法检查发电机是否发电，否则不仅容易损坏整流二极管，还会造成蓄电池正、负极之间短路，致使蓄电池大电流放电，损坏蓄电池并烧毁线路。（3）汽车在正常行驶中，发现发电机不发电或发电量很小时，应及时查明原因予以检修，否则发电机不仅不能正常工作，反而会导致故障越来越严重，甚至烧坏发电机及线束。37（4）发电机不可分解，绝对禁止用兆欧表(摇表)或220V交流电源检查发电机的绝缘情况，否则将损坏整流元件。（5）汽车停驶，发动机熄火后，应立即将点火开关断开，否则蓄电池经电压调节器长期对磁场绕组供电，会将磁场绕组和电压调节器烧坏。（6）发电机与蓄电池之间的连接导线一定要牢固可靠，而且在发动机正常运行中不能随意拆装，否则将产生瞬时过电压，损坏汽车上的电子元器件。382．调节器的正确使用（1）电压调节器工作电压与交流发电机输出额定电压等级必须一致，否则充电系统不仅不能正常工作，还会损坏有关器件。（2）电压调节器与交流发电机的搭铁型式必须匹配，即内搭铁电压调节器必须匹配内搭铁交流发电机，外搭铁电压调节器必须匹配外搭铁交流发电机，否则发电机会因磁场绕组无电流流过而不能建立电压。（3）匹配电压调节器时，一定要充分考虑交流发电机的功率。39（4）线路连接必须正确。使用时应根据使用说明书所给出的接线进行线路连接，否则不仅充电系统不能工作，还会损坏电压调节器和交流发电机的有关器件。（5）配用双级电磁振动式电压调节器时，应特别注意在没有切断发电机与电压调节器连接线前，检查充电系统故障时，决不允许将发电机的输出接线柱B与磁场接线柱F短接，否则将会烧坏电压调节器的高速触点(短接后电压升高，使高速触点闭合，将电源直接短路)。（6）电压调节器电源必须受点火开关（或电源开关）控制，汽车停驶，发动机熄火后，应及时将点火开关(或电源开关)断开，否则不仅造成蓄电池亏电，更主要的是会将电压调节器和发电机磁场绕组烧坏。40二、交流发电机和调节器的检测与维修1．交流发电机主要部件的检测与维修（1）V形皮带松紧度的检查与调整用大拇指下压（压力为30～40N）风扇传动带，其挠度应为10～15mm，若不符合规定，应予调整。先用扳手松开固定螺母，然后用撬棒撬动发电机外壳进行V形传动带松紧度（即张力）的调整，符合要求后再拧紧固定螺母。（2）电刷的检查与更换41（3）内部电路的检查发电机内部电路的检