汽车供电系统之交流发电机

第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2.3交流发电机2.3.1交流发电机的功用2.3.2交流发电机的结构2.3.3交流发电机工作原理2.3.4常见交流发电机的分类及型号第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2.3.1发电机的功用发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动机正常运转，向所有用电设备（起动机除外）供电，同时给蓄电池充电。第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院转子定子端盖整流器电刷组件带轮风扇普通交流发电机一般由转子、定子、整流器、前后端盖、风扇、带轮等组成。下图为JFB2型6管普通交流发电机解体图JFB2型交流发电机解体图2.3.2交流发电机的结构第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2.3.2交流发电机的结构(1)转子转子是磁极部分，功用是产生磁场。转子由爪极、励磁绕组、铁心和滑环等组成，如图所示。两块爪极鸟嘴形状，压装转子轴上，爪极空腔内装有铁心和磁场绕组。滑环由两个彼此绝缘的铜环组成，磁场绕组的两端焊接在两个滑环上，滑环分别与发电机后端盖上的两个电刷相接触。当转子转动时，就形成了旋转的磁场。交流发电机的转子总成交流发电机转子分解图1－滑环2－转子轴3－爪极4－铁心5－磁场绕组第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院(2)定子定子是电枢部分，功用是产生交流电。定子由定子铁心和对称的三相定子绕组组成，如图所示。定子铁心由内圈带槽、互相绝缘的硅钢片叠成。三相绕组按一定规则对称嵌放在槽内。三相绕组的连接方法有星形接法和三角形接法两种，如图a、b所示，都能产生三相交流电。2.3.2交流发电机的结构交流发电机定子总成及连接方式a）星形连接b)三角形连接a）b）第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2.3.2交流发电机的结构(3)整流器功用是将定子绕组的三相交流电变换为直流电。整流器由6个整流二极管和散热板组成。6只整流二极管分别压装或焊接在相互绝缘的两块板上组成的，其中一块为正极板，另一块为负极板。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只正极管安装在正极板上；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。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－正整流板2－负整流板第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2.3.2交流发电机的结构汽车用硅整流二极管有如下特点：(1)允许的工作电流大，(2)承受反向电压的能力高，可承受的反向重复峰值电压在270V左右，反向不重复峰值电压在300V左右(3)只有一根引线（引出电极）(4)根据引出电极的不同分为正二极管和负二极管。整流器和定子绕组的连接如图所示。JF1522A型交流发电机整流器总成a)整流板b)整流器总成1-负整流板2-正整流板3-散热片4-螺栓孔5-正极管6-负极管7-安装孔8-绝缘垫9电枢接柱安装孔a)b)交流发电机整流器和定子的连接电路图a）星形连接b）三角形连接第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2.3.2交流发电机的结构(4)端盖及电刷组件端盖分两部分（前端盖和后端盖），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。后端盖上装有电刷件。电刷组件由电刷、电刷架和电刷弹簧组成。电刷架有两种形式。电刷组件a)外装式b)内装式电刷的作用是将电源通过滑环引入磁场绕组。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。注意事项：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。第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2.3.2交流发电机的结构交流发电机有内搭铁型和外搭铁型两种，如图所示。a)内搭铁型发电机有一只电刷和壳体直接搭铁的发电机b)外搭铁型发电机两只电刷和端盖绝缘相连的发电机磁场绕组的一端经滑环和电刷，通过与发电机端盖绝缘的磁场接线柱相连，另一端通过引线与发电机外壳相连；磁场绕组的两端经滑环和电刷，通过引线均与绝缘接线柱相连。第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2.3.2交流发电机的结构(5)带轮及风扇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。发电机工作时，定子绕组和磁场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需的。为了提高散热能力，有的发电机装有两个风扇（前后各一个）。如丰田轿车的发电机。(1)转子的转动使发电机发电；(2)风扇的转动为发电机散热。第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2.3.3交流发电机工作原理2.3.3.1发电原理2.3.3.2整流原理2.3.3.3交流发电机的励磁第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2.3.3.1发电机发电原理发电机发电原理示意图由发动机带动发电机转子旋转由电刷给转子通电产生磁场(有刷交流发电机，无刷直接通电)由定子产生交变感应电动势由整流器整流为直流电输出第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2.3.3.1发电机发电原理交流电动势的波形也近似正弦规律，（因转子磁极呈鸟嘴形，其磁场的分布近似正弦规律）三相电动势对称(因发电机定子的三相绕组是对称绕制的）感应电动势输出波形第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院三相交流发电机的感应电动势瞬时值表达式：式中,－每相电动势的最大值－每相电动势的有效值－电角速度)34tsin(2)34tsin()32tsin(2)32tsin(tsin2tsinEEeEEeEEemWmVmUmEE2.3.3.1发电机发电原理第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院定子每相电动势的有效值的表示式中,-绕组系数(和发电机定子绕组的绕线方式有关)-每相绕组的匝数（单位：匝）-频率（单位：Hz）-每极磁通（单位：Wb）-电机结构常数（）-称为相电动势。由此可见，当交流发电机结构一定时（结构常数不变），相电动势和发电机转速、磁通成正比。nCKfNEe44.4KNfeCE60/44.4KNpCe60/pnfeCE2.3.3.1发电机发电原理第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院1)整流原理:(1)二极管的导通原则当3只正二极管负极端连接在一起时，正极端电位最高者导通；当3只负二极管正极端连接在一起时，负极端电位最低者导通。整流二极管导通分析2.3.3.2发电机整流原理第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2.3.3.2发电机整流原理交流发电机定子的三相绕组中，感应产生的是交流电，要通过6只二极管组成的三相桥式整流电路整流为直流电的，整流电路如图a所示。二极管具有单向导通性,当给二极管加上正向电压时二极管导通,当给二极管加上反向电压时二极管截止。将定子的三相绕组和6只整流二极管按图a的电路连接，发电机的输出端B、E上就输出一个脉动直流电压，如图所示c，这就是发电机的整流原理。发电机整流原理a)整流电路b)三相交流电压c)整流电压波形第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院0～t1瞬时2.3.3.2发电机整流原理第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院t1～t2瞬时2.3.3.2发电机整流原理第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院t2～t3瞬时2.3.3.2发电机整流原理(2)整流过程的分析同时导通的二极管管子总是两个，正、负管子各一个。三相桥式整流电路中二极管的依次循环导通,使得负载RL两端得到一个比较平稳的脉动直流电压。第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2)中性点电压在定子绕组为星形连接时，三相绕组的公共结点称为中性点。从三相绕组的中性点引一根导线到发电机外，标记为“N”。“N”点电压称为中性点电压。中性点电压的瞬时值是一个三次谐波电压,平均值为发电机输出电压（平均值）的一半，即：2BENUU2.3.3.2发电机整流原理第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2.3.3.3发电机的励磁将电流引入到励磁绕组使之产生磁场称为励磁。交流发电机励磁方式有自励和他励两种。1)他励在发电机转速较低时（发动机未达到怠速转速），自身不能发电，需要蓄电池供给发电机励磁绕组电流，使励磁绕组产生磁场来发电。这种由蓄电池供给磁场电流发电的方式称为他励发电。第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2)自励随着转速的提高,当发电机的输出电压UB大于蓄电池电压时，发电机就能对外供电了。当发电机能对外供电时，就可以把自身发的电供给励磁绕组，这种自身供给磁场电流发电的方式称为自励发电。交流发电机励磁过程是先他励后自励。2.3.3.3发电机的励磁第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2.3.4发电机的分类及型号2.3.4.1交流发电机的分类2.3.4.2交流发电机的型号2.3.4.3交流发电机的工作特性第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2.3.4.1交流发电机的分类1.按总体结构分（1）普通交流发电机。这种发电机即无特殊装置，也无特殊功能特点，使用时需要配装电压调节器。（2）整体式交流发电机，发电机和调节器制成一个整体的发电机。（3）带泵的交流发电机。发电机和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起的发电机。（4）无刷交流发电机，不需要电刷的发电机。（5）永磁交流发电机，转子磁极为永磁铁制成的发电机。第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院交流发电机结构外型a)JF1522A型交流发电机b)JFZ1813型交流发电机c)JFB1712型交流发电机2.3.4.1交流发电机的分类第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2.按整流器结构分（1）6管交流发电机（2）8管交流发电机（3）9管交流发电机（4）11管交流发电机3.按励磁绕组搭铁型式分（1）内搭铁型交流发电机（2）外搭铁型交流发电机2.3.4.1交流发电机的分类第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2.3.4.2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：1、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。第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2、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3、电流等级代号电流等级代号也用一位阿拉伯数字表示。见表2－1电流等级代号12345678额定电流/A19293949596979894、设计序号5、变型代号设计序号用1～2位阿拉伯数字表示，表示产品设计的先后顺序。交流发电机以调整臂位置作为变形代号Z—左调整臂；Y—右调整臂2.3.4.2交流发电机的型号第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院桑塔哪、奥迪100型轿车用JFZ1913Z型交流发电机表示电压等级为12V，电流等级为大于或等于90、第13次设计，调整臂在左边的整体式交流发电机。2.3.4.2交流发电机的型号桑塔纳奥迪100JFZ1913Z发电机第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2.3.4.3交流发电机的工作特性工作特点：传动比大，工作转速变化范围大。交流发电机的特性包括：输出特性、空载特性和外特性。输出特性：是指保持发电机的端电压不变，其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。n1n2IeU=UeIn空载转速n1是指I=0,U=Ue时的发电机转速；满载转速n2是指U=Ue，I=Ie时的发电机转速。当发动机转速达到一定值时，输出电流就不再随转速的增加而上升。具有自动限制电流的自我保护能力。由特性曲线可以看出：第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2.3.4.3交流发电机的工作特性空载特性是研究发电机空载时，发电机的端电压U与转速n之间的关系。即I=0时，U=f(n)曲线，如图所示。他励自励nU蓄电池电压整流后电压开始充电从曲线可以看出，n↑→U↑，由他励转入自励发电时，即能向蓄电池补充充电。第二章汽车供电系统华东交通大学机电学院2.3.4.3交流发电机的工作特性外特性是指发电机转速一