汽车交流发电机与调节器.

1汽车电器设备构造与维修——交流发电机与调节器2第三章交流发电机与调节器3.1汽车电源系统组成蓄电池、“发电机+整流器+电压调节器”。蓄电池与发电机并联。33.1汽车电源系统的组成起动前→蓄电池供电；起动后→发电机供电+蓄电池辅助。发电机供电过剩时，向蓄电池充电。43.2交流发电机的结构主要由转子、定子、整流器及前后端盖等组成。56783.2交流发电机的结构发电机工作原理：导线切割磁力线（右手法则：手心面向N极，大拇指指向导线运动方向，则四指所指方向为导线中感应电流的方向。）下面来看汽车交流发电机的具体组成部件93.2.1转子转子是交流发电机的磁场部分。产生旋转的交变磁场组成：爪级、磁轭、磁场绕组、集电环。103.2.1转子两块爪级压装在转子轴上，内腔装有磁轭，磁轭上绕有——磁场绕组，113.2.1转子绕组两端引线分别焊接在与转子绝缘的两个集电环上。两个电刷：装在与端盖绝缘的电刷架内，通过弹簧使电刷和集电环保持接触。123.2.1转子发电机工作时，两电刷与直流电源连通，为磁场绕组提供定向电流→产生轴向磁通→133.2.1转子→两块爪级被分别磁化为N级和S级→形成犬牙交错的磁极，沿圆周方向均匀分布。143.2.1转子磁极对数通常6对。爪级凸缘呈鸟嘴型→发电机工作时，在定子铁心内部形成近似正弦变化的交变磁场。153.2.2定子组成：定子铁心、定子绕组作用：切割磁力线产生交流电。16定子铁心由一组相互绝缘、内圆带嵌线槽的环状硅钢片叠制而成。定子槽内嵌三相绕组。173.2.2定子三相绕组的连接有Y形连接和△连接两种。Y形连接是将三个末端U2、V2、W2接在一起，将首端U1、V1、W1作为发电机的交流输出端。183.2.2定子△连接是将每相的首端和另一相的末端依次相连接汽车发电机多用Y形，少数大功率交流发电机采用△连接。193.2.2定子为在三相绕组中产生大小相等、频率相同、相位差120度的对称电动势，253.2.2定子如果p=6，Z=36，每个槽的电角度θ为60°θ=（360×p）/Z=（360×6）/36=60∴要使三相绕组的电动势相差120°相位角，须：相邻两相绕组线圈的起端应间隔2+3n个槽（y1=3，n=1，2，3……），即2，5，8，11……个槽。28293.2.2定子小结：（1）每相绕组的线圈个数及每个线圈的匝数相等。（2）每个绕组的节距相等。（3）绕组的首端U,V,W在定子槽内间隔120°电角度。→在三相绕组中产生大小相等、频率相同、相位差120°的对称电动势定子绕组：绕法有规则，排列有秩序31323.2.3整流器正极管子：3只，引线为正极，外壳为负极，通常压装在散热板上，管壳底部一般涂红；负极管子：与上相反，管壳底部一般涂黑。新型发电机将六只硅整流二极管分别压装在不同的散热板上。333.2.3整流器散热板通常用铝合金制成。→“整流桥”→固定在后端盖上→引出至后端盖外部→发电机的电源输出端。后端盖上铸有标记“B”或“+”，“A”，“电枢”。整流电路见下图34353.3.4端盖和电刷总成端盖由铝合金压铸或用沙模铸造而成。铝合金为非导磁材料，具有漏磁少、轻便、散热性好等优点。为了提高轴承孔的机械强度，增加其耐磨性，有的端盖轴承座内镶有钢套。后端盖上装有电刷架，塑料或尼龙制成。363.3.4端盖和电刷总成2个电刷装在电刷架的孔内，由弹簧压在集电环上。电刷架2种形式：外装式；内装式（淘汰）。电刷：铜粉+石墨粉（模压）电刷引线→接“蓄电池（它励）”&后端盖接线端子（自励）37383.2.4端盖和电刷总成前端装有带轮，其后有叶片式风扇前后端盖上分别有出风口和进风口→风冷发电机393.2.5国产交流发电机的型号根据行业标准QC/T73-93《汽车电器设备产品型号编制方法》，汽车交流发电机的型号为5部分:①②③④⑤①为产品代号：有JF、JFZ、JFB、JFW四种403.2.5国产交流发电机的型号②电压等级代号：1—12V、2—24V、6—6V。③为电流等级代号：数字，含义见表2-1④为设计序号：用阿拉伯数字表示。⑤为变型代号：以调整臂位置，从驱动端看，Y-右边、Z-左边、无-中间413.2.5国产交流发电机的型号例如，桑塔拉,奥迪100型轿车用的JFZ1913Z，其含义为:电压等级为12V、输出电流大于90A、第13次设计、调整臂位于左边、整体式交流发电机。表2-1电流等级代号电流等级代号123456789电流值/A~1920~2930~3940~4950~5960~6970~7980~89≥90423.3交流发电机的工作原理3.3.1发电原理交流发电机的工作原理如图所示。F——励磁端E——搭铁B——输出端433.3.1发电原理1、发电机内部有一个由发动机带动的转子（旋转磁场）2、磁场外有定子绕组，绕组有3组线圈(3相绕组)，三相绕组彼此相隔120°443.3.1发电原理3、当转子旋转时，旋转的磁场使固定的电枢绕组切割磁力线（或者说使电枢绕组中通过的磁通量发生变化）而产生频率相同，幅值相等，相位相差120°的三相正弦交流电动势，波形如下图。453.3.1发电原理463.3.1发电原理每相电动势的有效值为E∮=4.44kfN∮k——绕组系数，采用整距集中绕组时，k=1f——感应电动势的频率（HZ）f=pn/60（p为磁极对数，n为转速）N——每相绕组的匝数（匝）∮——每极磁通（Wb）473.3.2整流原理定子绕组产生交流电由硅整流二极管组成的整流电路转变为直流电。483.3.2整流原理二极管具有单向导电性：正向电压：导通、低阻；反向电压：截止，高阻。利用二极管的单向导电性，即可把交流电转变成直流电。493.3.2整流原理由6只硅二极管组成的三相桥式整流电路如右图所示。导通原则：503.3.2整流原理二极管VD1，VD2，VD3为正极管子，其正极分别接在发电机三相绕组的首端，负极连接在一起，在某一瞬间，正极电位最高者导通；513.3.2整流原理二极管VD4，VD5，VD6为负极管子，其负极分别接在发电机三相绕组的首端，正极连接在一起，某一瞬间负极电位最低者导通。523.3.2整流原理每一时刻只有2只二极管导通，负载两端得到一个平稳的直流脉动电压。53543.3.2整流原理有的发电机具有中性点接线柱，是从三相绕组的中性点引出来的，标记为“N”。输出电压为UN，称中性点电压。553.3.2整流原理中性点电压的平均值为发电机输出电压（平均值）的一半UN=1/2U该电压一般用来控制各种用途的继电器。562.3.2整流原理有的发电机没有中性点接线柱，但是也把中性点电压充分的利用了（如夏利、桑塔纳发电机）。8管交流发电机573.3.2整流原理这些发电机在中性点处接上两只整流二极管，和三相绕组的六只整流二极管一道输出，可提高发电机功率10%～15%。8管交流发电机583.3.3励磁方式将电源引入到（转子）磁场绕组使之产生磁场称为励磁。除了永磁式交流发电机不需要励磁以外，其他形式的交流发电机都需要励磁。因为它们的磁场都是电磁场，也就是说必须给磁场绕组通电才会有磁场产生。593.3.3励磁方式励磁方式有自励和他励两种。先他励，后自磁.当发电机转速较低，其电压低于蓄电池电压时，先由蓄电池向磁场绕组供电；603.3.3励磁方式当发电机转速升高，其电压高于蓄电池电压时，发电机向自身的磁场绕组供电。613.3.4九管交流发电机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。623.3.4九管交流发电机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。633.3.4九管交流发电机其中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643.3.4九管交流发电机3只小功率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。653.3.5十一管交流发电机11管交流发电机的整流器由8只大功率整流二极管和3只磁场二极管组成。其它结构和6管交流发电机相同。663.3.5十一管交流发电机11管交流发电机的整流器，相当于9管交流发电机的整流器加2只中性点整流管673.3.5十一管交流发电机11管发电机既能提高发电机功率，又使充电指示灯电路简化，应用较广。683.4交流发电机的工作特性交流发电机的工作特点是转速变化范围大，对于一般汽油机来说，其转速变化约为1:8，柴油机约为1:5。因此分析汽车交流发电机的特性以转速的变化为基础。693.4交流发电机的工作特性交流发电机的工作特性：是指发电机经整流后输出的直流电压U，电流I，和转速n之间的关系。包括空载特性，输出特性和外特性。703.4.1空载特性当发电机空载运行时，发电机端电压U和转速n之间的关系，即负载电流I=0时，U=F（n）的函数关系。由空载特性可以判断发电机低速充电性能的好坏。713.4.2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。723.4.2输出特性输出特征曲线表明，端电压保持不变，当n＞n1时，其输出电流I随着转速n的增加而逐渐增大。733.4.2输出特性当n＜n1时，因为端电压低于额定值，发电机不能向外输送电流，汽车只能由蓄电池供电，故称n1为空载转速。743.4.2输出特性空载转速通常作为选择发电机与发动机传动比的依据。使得发动机在怠速时，发电机转速n也能＞n1753.4.2输出特性发电机达到额定功率时的转速→额定转速n2，这时发电机的负载电流为额定电流IA。转速n2是判断发电机性能的重要指标。763.4.2输出特性当发电机转速达到一定值后，输出电流I几乎不再继续增加，具有限制输出电流的能力。773.4.2输出特性这是由于随着定子绕组中感应电动势的增加，定子绕组的阻抗也随着转速的升高而增加。同时定子电流增加时，电枢反应的增强也使感应电动势下降。783.4.2输出特性所以，发电机转速达到一定值后，其输出电流几乎不变，即具有限定输出电流的作用，故交流发电机不需设置限流器。793.4.2输出特性结论：1、发电机电压（输出）一定时，发电机电流存在最大值。2、即发电机功率存在最大值。3、限制发电机输出功率，只需限制发电机输出电压。803.4.2输出特性4、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。5、如果发电机电压过高，会损坏用电设备。813.4.3外特性当发电机转速一定时，发电机端电压U与输出电流I之间的关系，即n=常数时，U=f(I)的函数关系。823.4.3外特性外特性曲线表明，即使在一定的转速下，输出电流增加时，发电机端电压有较大幅度的下降，因此要使输出电压稳定，必须配置电压调节器。833.4.3外特性另外，在发电机高速运转时，如果突然失去负载，端电压会急剧升高。电器设备中的电子元件将有击穿的危险。843.5电压调节器3.5.1电压调节器的基本原理通过调节励磁电流使发电机输出电压保持稳定。每相电动势的有效值为E∮=4.44kfN∮而f=pn/60（p为磁极对数，n为转速）∴E∮=4.44k(PN/60)n∮=Cn∮853.5.1电压调节器的基本原理发电机由发动机驱动，转速变化范围很大。当发电机转速n变化时，想保持发电机电压稳定，需改变发电机的磁通∮。而磁通∮取决于励磁电流的大小。∴当发电机转速n变化时，通过调节励磁电流，可保持发电机电压不变。863.5.1电压调节器的基本原理电压调节器的分类按工作原理可分为：1、触点式电压调节器2、晶体管电压调节器3、集成电路电压调节器4、电脑控制电压调节器873.5.2双级电磁振动式电压调节器双级电磁振动式