汽车电器第二章充电系统1.

1第二章充电系统§2-1概述§2-2交流发电机的构造§2-3交流发电机的工作原理§2-4交流发电机的特性§2-5电磁振动式电压调节器§2-6电子调节器§2-7继电器控制电路及充电指示灯电路§2-8新型交流发电机§2-9交流发电机充电系的过电压保护装置§2-10交流发电机及电压调节器的使用维护与故障判断2§2-1概述一、组成汽车上的充电系统，即电源系统。它由发电机、调节器、电流表及蓄电池等组成的。二、汽车交流发电机的优点三、交流发电机的分类3二、汽车交流发电机的优点1、体积小、重量轻2、发动机低速时，充电性能好3、结构简单，维修方便，使用寿命长4、配用的调节器结构简单5、对无线电干扰小6、可节省大量铜材5§2-2交流发电机的构造由三相同步交流发电机和六只硅二极管构成的三相桥式全波整流器两大部分组成的。如图2-2.1所示。它由转子（滑环、电刷）、定子、整流器（整流二极管）、前后端盖、风扇及皮带轮等组成。一、转子二、定子三、整流器四、前、后端盖五、国产交流发电机型号：参考教材6一、转子转子是发电机的磁场部分，主要由两块爪极、磁场绕组（转子线圈）、滑环等组成，如图2－2.21、两块爪极（压装在转子轴上）2、在两块爪极的空腔内，装有导磁用的铁芯，即磁轭。在它上面绕有磁场绕组3、滑环六对相互交错的磁极，其六对磁极的磁力线如图2－2.37二、定子定子又称为电枢。定子由定子铁芯和绕组组成1、定子铁芯由相互绝缘的内圆带槽的环状硅钢片叠成2、定子线组，三相绕组均安放在定子槽中（1）每相绕组在定子中是整个圆周布置的，则三相绕组就有三圆周绕组。（2）每相绕组都具有6个线圈串联，每相绕组展开示意图如图2-2.4所示，三相绕组的展示图如图2-2.5所示。（3）三相绕组为星形连接，每相绕组的未端连在一起，有的则引至端盖上，形成中性点或“N”接线柱。首端分别与元件板（有的称散热板）和后端盖上的硅二极管相接。8二、定子（4）为了使三相绕组中产生的电动势大小相等（有效值），相位互差120°电角度，则三相绕组应当具备：①每相绕组线圈个数、匝数相同，电阻相等，并且每个线圈的都是均匀、同尺寸的。②三相绕组的三个起端在定子槽内的排列应分别相隔120°的电角度，即各绕组起端之间相隔2+3n个槽，即2、5、8、11……槽。9三、整流器硅整流器的作用是将三相交流电变为直流电向外输出，它由一块元件板和六个汽车用硅整流二极管构成。1、硅二极管如图2、元件板是由铝合金制成的以利散热10四、前、后端盖1、前后端盖均由铝合金铸或用砂模铸造而成。为提高轴承孔的机械强度，增加其耐磨性，有的发电机端盖的轴承座镶有钢套。2、在后端盖上装有炭刷架图2－2.83、后端盖上有进风口，前端盖有出风口111213141516§2-3交流发电机的工作原理一、发电原理二、整流原理三、激磁方法17一、发电原理交流发电机的工作原理如图1、频率：f=pn/60HZ式中：p－磁极对数n－转速r/min2、相电动势：式中：Em—每相电动势的最大值Eφ—每相电动势的有效值ω—电角速度ω=2πf=2πPn/60其波形如图所示。tEtEemAsin2sin）（）（120sin2120sintEtEemB）（）（240sin2240sintEtEemC18每相绕组中所产生的电动势的有效值Eφ：)2()2(2tSinEtSinfNmmmmmNfNfEE44.4222mNKfE44.4假设：磁场磁通Φ=ΦmSinωt则：所以：实际上：交流发电机定子绕组内感应的电动势的大小，与每相绕组串联的匝数，以及感应电动势的频率成正比)2()(tSinNdttSinNddtdNemm19二、整流原理1、整流电路：是用六只硅二极管组成三相桥式全波整流电路图2-3.3原则：2、整流过程：图，动画3、输出直流电压：即负载RL两端的电压平均值。（1）星形连接：U=1.35UL=2.34UΦ（2）三角形连接：U=1.35UФ如果考虑二极管正向导通时的电压降Ud,则：U=2.34UФ-2Ud（Y）U=1.35UФ-2Ud(Δ)20二、整流原理4、二极管参数：每只二极管的平均电流ID只为负载电流I的1/3，即：额定电流：ID＝I负载/3每只二极管所承受的最高反向电压UDRM为线电压UL的最大值，即：5、中性点电压：中性点对发电机外壳（搭铁）之间的电压UN，称为中性点电压UN。见图2-1.2其值是发电机电枢接线柱对外壳之间电压的一半。即：UN＝U/2UUUUULDRM05.154.2322原则：①三个正极管子VD1、VD3、VD5的正极分别接在发电机三相绕组的首端A、B、C，而它们的负极（外壳）同接在元件板上，在某一瞬间，哪一相的电压最高，哪一相的正极管子就获得正向电压而导通。②三个负极管子VD2、VD4、VD6的负极也分别接在三相绕组的首端，其正极（外壳）同接在后端盖上，在某一瞬间，哪一相的电压最低（相对其它两项，负值最大），哪一相负极管子就获得正向电压而导通。③同时导通的管子有两个，即正、负管子各一个。同时导通的两个管子总是将发电机的线电压加在负载RL的两端。22三、激磁方法建立电动势条件：①磁极有剩磁②激磁电流产生的磁通能增强原有剩磁通③激磁回路电阻不太大。交流发电机（图2-7.1）自激发电（转速要足够高）低速运转时----他激发电，使电压很快上升高速运转时----自激汽车用交流发电机的激磁方式在低速运转时，其电压还未达到蓄电池充电电压时，是他激的；当高速运转，发电机电压已达到蓄电池充电电压时，发电机则自激。这也是交流发电机低速充电性能好的原因之一。23在负载两端就得到一个较平稳的一个周期内有六个波纹的直流脉动电压U。24252627§2-4交流发电机的特性汽车用交流发电机其转速变化范围很大。因此，汽车用交流发电机的特性的表示方法，一般是以转速的变化为基础，表示各参数（如端电压、输出电流）的关系。交流发电机的特性有空载特性、输出特性和外特性。一、输出特性二、空载特性三、外特性28一、输出特性输出特性是指发电机向负载供电时，U＝常数时，I＝f（n），图2-4.1。1、发电机达到较低的负载转速n1时，电压就能达到额定值；当转速高于空载转速n1时，发电机才有能力在额定电压下向外供电。n1常用来作为选择发电机与发动机传动比的主要依据。2、当转速等于n2时，发电机输出额定功率。达到额定功率时的转速，称为发电机的满载转速n2。3、当转速达到一定值后，发电机的输出电流不再随转速的升高和负载电阻的减小而增大①交流发电机的定子绕组具有一定的阻抗Z②当负载电流增大时，由于电枢反应加强fLXXrZLL22229二、空载特性空载特性是指发电机空载时，发电机的电压与转速之间的关系，即：I=0时U=f(n)的曲线，如图2-4.2从空载特性曲线观察发电机电压与转速的关系，也可判断发电机性能是否良好。30三、外特性外特性是指转速一定时，发电机的端电压与输出电流的关系，即n=常数时U=f（I）其曲线如图2-4.3所示从外特性曲线可知，随着输出电流的增加，发电机的端电压下降较大。当发电机在高速运转时，如果突然失去负载则其端电压会急剧升高，这时发电机中的二极管以及调节器中的电子元件将有被击穿的危险。31323334§2-5电磁振动式电压调节器一、交流发电机调节器概述二、单级电磁振动式调节器三、双级电磁振动式调节器四、具有灭弧系统的单级式电压调节器35一、交流发电机调节器概述从发电原理知，相电动势：即发电机的电动势与发电机的转速n和每极磁通中的乘积成正比。1、电压调节器调节原理：利用改变流过磁场绕组的激磁电流量进行工作，通过控制磁场绕组串联的电阻，就能控制激磁电流和发电机的输出电压的高低。2、交流发电机调节器分类：3、型号：nCNPnEe6044.4362、交流发电机调节器分类：（1）按有无触点，可分为：①触点式：电磁振动式；②无触点式：晶体管式（电子式）。（2）按触点的对数，触点式电压调节器分为：①双级式：两对触点；②单级式：一对触点。（3）按结构型式，电子式调节器可分为：①分立电子元件组成的调节器：晶体管式调节器；②集成电路调节器：利用集成电路（IC）组成。37二、单级电磁振动式调节器1、结构：图2-5.12、线路连接：3、工作过程：见图4、电压调节范围、大小及调整：（1）电压调节范围：从开始转速nK到终止转速nZ，就是电压调节器的调节范围。（2）调节电压的平均值（3）调节器调整：一般：粗调——调整空气隙δ细调——调整弹簧张力F15、振动式电压调节器存在的问题及补救方法：tjffRRUImin38（2）调节电压的平均值调节维持电压的平均值，可以用弹簧力矩和电磁力矩的平衡原理求得：弹簧力矩F1L1力图使K闭合，而电磁力矩F2L2力图使触点K打开，当两者平衡时，处于临界状态，即开始调节电压，此时：F1L1＝F2L2（推导）式中：ro—磁化线圈电阻，No—磁化线圈匝数δ—衔铁与铁芯之间的气隙，F1—弹簧力一般设计时，24V的电源：U＝27～29V12V的电源：U＝13.5～14.5V100FNrCU推导：看看电磁力F2的大小：吸引衔铁的电磁力F2与Ф0的平方成正比：F2＝C’Ф02铁芯中产生的磁通Φ0：Φ0＝i0N0/RC（磁路欧姆定律：磁通=磁动势/磁阻）发电机工作时，流过磁化线圈的电流i0：i0＝U/r0磁路磁阻RC与衡铁和铁芯间的气隙δ成正比：RC＝C’’δ则：''''00000CrUNCNrU20022)('rUNCCF所以：推导：F1L1＝F2L220022)('rUNCCF2002'''20022)(C)('LrNUrUNCC1200'''12)(UFNrCL'''1CLC令：100NrCUF所以：415、振动式电压调节器存在的问题及补救方法（1）振动频率过低提高触点振动频率可以从以下方面入手：①减小机械惯性。②减小铁芯的磁滞性。采用加速电阻Rjs见图2-5.5（2）温度变化的影响及补偿①采用温度补偿电阻法图2-5.6②采用磁分路温度补偿法如图2-5.7100FNrCU42U0＝U－UjS＝U－IjSRjS当触点闭合时，加速电阻RjS的电流是磁化线圈电流I0的一部分。此时I0很小，作用在磁化线圈上的电压U0=U-IjsRjs，几乎仍等于发电机的端电压。当触点分开时，磁场电流If和磁化线圈的电流I0同时流过加速电阻Rjs，RjS上的电压降增大，使作用在磁化线圈上的电压U0=U-IjsRjs减小。43444546三、双级电磁振动式调节器单级电磁振动式调节器触点间火花的大小决定于触点的切断功率触点切断功率：是指触点切断时的电流和触点打开瞬间加在触点间的电压的乘积：PK＝IKUK＝I2fRtj式中：IK—触点切断时的电流，即磁场电流IfUK—触点打开瞬间加在两触点上的电压，也即附加电阻Rtj上的电压降UK＝IfRtj从上式可知，触点的切断功率与磁场电流If2和Rtj成正电，IfRtj越大，则火花越强，触点容易烧蚀。47三、双级电磁振动式调节器１、基本电路：图2-5.12（1）特点：（2）工作原理：图2-5.12（3）工作特性：如图2-5.9从第一级过渡到第二级工作时出现一个级差ΔU。一般对12V的允许变化0.5V；对24V的允许变化1V。２、双级电磁振动式电压调节器的优点：（1）触点火花小，使用寿命长。（２）触点火花小，调节器的适用转速范围大。３、双级式电压调节器的实际线路（详细内容）4、存在问题：48３、双级式电压调节器的实际线路双级电磁振动式电压调节器的几种结构形式图2-5.11（1）车风EQ1090型汽车上所用的FT61型调节器：基本结构：如图2-5.12工作原理：（