交流发电机的结构与工作原理.

第3章交流发电机与电压调节器•第3章交流发电机与电压调节器•本章重点•3.1硅整流发电机的类型与构造•3.2交流发电机的工作原理及特性•3.3实用新型交流发电机•3.4交流发电机的电压调节器•3.5汽车电源系统的保护电路•本章小结•自测题第3章交流发电机与电压调节器本章重点1、了解交流发电机的功用、分类；２、掌握发电机的结构、工作原理及检测维修方法；３、掌握汽车充电系的组成、电路及检测维修方法；４、了解调节器的工作原理；５、掌握调节器的检测方法第3章交流发电机与电压调节器发电机是汽车电器系统的主要电源，与电压调节器互相配合工作，对除起动机以外的所有用电设备供电，并向蓄电池充电。现代汽车上应用的都是交流发电机，经过硅整流器整流以后变成直流向用电设备供电。第3章交流发电机与电压调节器•3.1硅整流发电机的类型与构造•汽车用发电机可分为：直流发电机和交流发电机目前汽车采用三相交流发电机，内部带有二极管整流电路，将交流电整流为直流电，所以，汽车交流发电机输出的是直流电。第3章交流发电机与电压调节器•早期使用的是直流发电机，它是靠换向器将电枢绕组内产生的交流电转变为直流电的。在换向过程中，电刷与换向器之间容易产生火花引起换向器和电刷的烧蚀和磨损，并且随着发电机转速的提高，换向火花也相应增大，无线电干扰严重，磨损加剧。第3章交流发电机与电压调节器•现代汽车都使用硅整流交流发电机，它包括一个三相同步交流发电机和数个整流二极管，它使用硅二极管将发电机定子绕组中产生的三相交流电整流为直流电。硅整流发电机必须配用电压调节器，以在发电机转速变化时也能输出稳定的电压。第3章交流发电机与电压调节器•硅整流发电机优点:与直流发电机相比，具有体积小、重量轻、结构简单、维修方便、使用寿命长、发动机低速充电性能好、配用的电压调节器结构简单、无线电干扰小及节约钢材等优点。第3章交流发电机与电压调节器•汽车用硅整流发电机的分类方法：按总体结构分类按整流器结构分类搭铁形式分类第3章交流发电机与电压调节器•1.硅整流发电机按总体结构分类•（1）普通硅整流发电机，由三相交流发电机和6只硅整流二极管组成。如在东风EQ1090型载货汽车上用的JF132型发电机。•（2）整体式硅整流发电机，采用内装式电子电压调节器的硅整流发电机，如一汽奥迪、上海桑塔纳等轿车使用的JFZ1813Z型发电机都是这种类型。•（3）带泵硅整流发电机，是指带真空制动助力泵的硅整流发电机。多用于柴油车，如在依维柯汽车上使用的JFZ1912Z型发电机就是这种类型。•（4）无刷硅整流发电机，是指无电刷和滑环结构的发电机，如JFW1913型发电机。•（5）永磁硅整流发电机，是指转子磁极采用永磁材料的发电机。第3章交流发电机与电压调节器•2.硅整流发电机按使用硅整流二极管的个数分类：（1）六管发电机，其整流器由6只硅整流二极管组成。如JF132型、CA1091型、JF1522A型和JF152D型发电机。•（2）八管发电机，其整流器共有8只二极管，其中有2只是中性点二极管。如在天津夏利TJ7100轿车上使用的JFZ1542型发电机。•（3）九管发电机，其整流器共有9只二极管，其中有3只磁场二极管。如在北京BJ1022轻型货车上使用的JFZ141型发电机。•（4）十一管发电机，其整流器共有11只二极管，其中有2只中性点二极管和3只磁场二极管。如在桑塔纳轿车上使用的JFZ1813Z型发电机．第3章交流发电机与电压调节器•3.硅整流发电机按磁场绕组搭铁形式分类按照磁场绕组搭铁形式分类，硅整流发电机有两种类型。•（1）内搭铁式磁场绕组的一端与发电机外壳相连接。如在东风EQ1090型车上使用的JF132型发电机。•（2）外搭铁式这种发电机磁场绕组的一端经调节器以后再搭铁。如在解放CA1091型车上使用的JF152D型和JF1522A型发电机。第3章交流发电机与电压调节器•4.交流发电机的构造汽车上的交流发电机，多采用三相同步交流发电机，由6只二极管构成三相桥式全波整流器。各国生产的交流发电机都大同小异，主要由定子、转子、电刷、整流二极管、前后端盖、风扇及皮带轮等组成。有的厂家还将电压调节器与发电机装在一起。我国生产的JF132型交流发电机的结构如图3-1所示。第3章交流发电机与电压调节器图3-1JF132型交流发电机的组件1—后端盖;2—电刷架;3—电刷;4—电刷弹簧压盖;5—硅二极管;6—散热板;7—转子;8—定子总成;9—前端盖;10—风扇;11—皮带轮第3章交流发电机与电压调节器•（1）转子转子是用来建立磁场的，它主要由两块爪极、激磁绕组、轴和滑环等组成。两块爪极压装在转子轴上，在两块爪极的内腔装有导磁用的铁心，其上绕有激磁绕组。激磁绕组的两端引线分别焊在两个彼此绝缘的两个滑环上（与轴绝缘）。两个滑环与装在后端盖上的两个电刷相接触。爪极凸缘的外形像鸟嘴，这种形状可以使定子感应的交流电动势近似于正弦波形。转子每转一周，定子的每相电路上就能产生周波个数等于磁极对数的交流电动势。第3章交流发电机与电压调节器图3-2转子的磁力线分布和磁场电路1，5—电刷;2，4—滑环;3—激磁绕组;6—点火开关;7—蓄电池第3章交流发电机与电压调节器•滑环两个滑环与装在后端盖上的两个电刷相接触。这两个电刷引出的接线柱即为发电机的“F”（磁场）接线柱和“-”（E或搭铁）接线柱。当发电机工作，两个电刷与直流电源接通时，便有电流通过激磁绕组（该电流称为发电机的激磁电流），在激磁绕组中产生磁场，使两块爪极被磁化为N极和S极，从而形成相互交错的N、S磁极，磁极的对数一般为4～8对，国产交流发电机的磁极对数多为6对。第3章交流发电机与电压调节器•（2）定子定子又叫电枢，是用来产生交流电动势的，由铁心和三相绕组组成。定子铁心由相互绝缘的内圆带槽的环状硅钢片叠成，在定子槽内置有三相对称绕组，三相绕组的连接方法可分为星形连接和三角形连接，目前大多数汽车上使用的交流发电机采用星形连接。第3章交流发电机与电压调节器图3-3定子及定子绕组的连接注意:桑塔纳、奥迪等的交流发电机的定子绕组为星形连接，富康、北京切诺基发电机定子绕组为三角形连接。第3章交流发电机与电压调节器•三相绕组在三相绕组中产生的电动势应该是对称电动势，即电动势的大小相等，相位互差120°。为此，每相绕组的线圈个数和每个线圈的节距与匝数都必须完全相等。例JF132型发电机，其磁极对数为6，定子总槽数为36，每相绕组占有的槽数为36/3=12，采用单层集中绕法，即每个槽内放置一个有效边（一个线圈有两个有效边，放在两个定子槽内）。因此，每相绕组都由6个线圈串联而成，每个线圈有13匝，则每相绕组共有6×13=78匝。每个线圈的两个有效边之间间隔的定子槽数叫做线圈节距，相邻两异性磁极中心线之间的槽数称为极距。另外，三相绕组的首端A、B、C在定子槽内的排列必须相隔120°电角度。第3章交流发电机与电压调节器图3-4JF132型交流发电机定子绕组的展开图第3章交流发电机与电压调节器•（3）整流器由6个硅二极管组成。近年来又生产了九管发电机，增加了3个小功率的磁场二极管。外壳为正极、中心引线为负极的二极管，称为负极管，管壳底上注有黑色标记；壳体为负极，中心线为正极的二极管，称为正极管，管壳底上有红色标记。第3章交流发电机与电压调节器•图3-5硅整流二极管的安装1—火线接线柱;2—正整流板;3—正极管子;4—负极管子;5—负整流板第3章交流发电机与电压调节器•三只正二极管的外壳与元件板接在一起成为发电机的正极，用螺栓引至后端盖外部作为发电机的火线接线柱，标记为“B”（“A”、“+”或“电枢”）．•三只负二极管的外壳与发电机的后端盖接在一起成为发电机的负极。元件板必须与后端盖绝缘，并固定在后端盖上．•为维修方便，有些车型的发电机将三只负二极管压装在另一个元件板上。第3章交流发电机与电压调节器•（4）前后端盖前后端盖是由铝合金制成的，它具有漏磁少、轻便、散热性能好等优点。在后端盖上装有电刷架和电刷，两个电刷分别装在电刷架的孔内，借助弹簧的压力与滑环保持接触。目前，交流发电机的电刷架有两种结构形式，一种是电刷架可以直接从发电机的外部进行拆装，称外装式，另一种是电刷架不可以从发电机的外部进行拆装，称内装式，电刷架的结构如图3-7所示。无刷发电机中没有电刷。第3章交流发电机与电压调节器•电刷的功用将电源的电流引入到转子的线圈（磁场绕组）中，使内部的电磁铁（磁轭和爪极）产生较强的磁场。图3-6电刷架的结构第3章交流发电机与电压调节器外装式电刷拆装和更换在发电机外部即可进行，拆装检修十分方便，因此被普遍采用;内装式电刷若需更换电刷，必须将发电机解体，由于拆装检修不便，因此现在很少采用。•提示：电刷的高度低于7mm时应更换，更换时注意电刷的规格型号要求一致。第3章交流发电机与电压调节器•交流发电机的搭铁形式分为内搭铁和外搭铁两种。交流发电机的内搭铁和外搭铁和电刷的接线方法有关•内搭铁式的交流发电机，其激磁绕组的两端通过电刷分别引至发电机后端盖上的接线柱，分别称为“F”（“磁场”）和“E”（“搭铁”）接线柱，即激磁绕组的一端在发电机的外壳上直接搭铁，如图3-7（a）所示;外搭铁式的交流发电机，其激磁绕组的两端引至后端盖上的接线柱分别称为“F1”和“F2”接线柱，且两个接线柱均与发电机的后端盖绝缘，激磁绕组需经调节器搭铁，如图3-7（b）所示。第3章交流发电机与电压调节器图3-7交流发电机的搭铁方式第3章交流发电机与电压调节器•（5）.风扇及皮带轮交流发电机的前端装有带轮和风扇，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。（1）转子的转动使发电机发电；（2）风扇的转动为发电机散热。第3章交流发电机与电压调节器•５.国产交流发电机的型号根据中华人民共和国汽车行业标准QC/T73-1993《汽车电器设备产品型号编制方法》的规定，汽车交流发电机型号由五部分组成：第3章交流发电机与电压调节器•第1部分为产品代号JF——表示普通交流发电机；JFZ——表示整体式（调节器内置）交流发电机；JFB——表示带泵的交流发电机；JFW——表示无刷交流发电机。第3章交流发电机与电压调节器•第2部分为电压等级代号电压等级代号用一位阿拉伯数字表示。1——表示12V系统；2——表示24V系统；6——表示6V系统。第3章交流发电机与电压调节器•第3部分为电流等级代号电流等级代号也用一位阿拉伯数字表示：电流等级代号1234发电机额定电流19A29A39A49A•第4部分为设计序号按产品的先后顺序，用1～2位阿拉伯数字表示．第5部分为变型代号交流发电机以调整臂位置作为变形代号。从驱动端看，Y表示右边;Z表示左边;无表示中间。例：JFZ1913Z发电机－电压等级为12V、输出电流大于90A、第13次设计、调整臂位于左边的整体式交流发电机。第3章交流发电机与电压调节器第3章交流发电机与电压调节器•JFZ1913Y发电机JFWZ240发电机第3章交流发电机与电压调节器•3.2交流发电机的工作原理及特性•1.交流发电机的基本原理•交流发电机的基本原理是电磁感应，当产生磁场的转子旋转时，使穿过定子绕组的磁通量发生变化，则在定子的绕组内就会产生交流电动势。第3章交流发电机与电压调节器•交流发电机的工作原理当激磁绕组有电流通过时，激磁绕组便产生磁场，转子轴上的两个爪极分别被磁化为N极和S极。当转子旋转时，磁极交替地在定子铁心中穿过，形成一个旋转的磁场，磁力线和定子绕组之间产生相对运动，在三相绕组中产生交流感应电动势。第3章交流发电机与电压调节器三相绕组中所产生的感应电动势可用下列方程式表示:tEtEesin2sinφmA)120sin(2)120sin(φmBtEtEe)240sin(2)240sin(φmCtEtEe式中：Em—相电动势的最大值；Eφ—相电动势的有效值；ω—电角速度(ω＝2πƒ)。第3章交流发电机与电压调节器•发电机每相绕组所产生的电动势的有效值为•式中：K——定子绕组系数，一般小于1；•ƒ—