交流发电机

电源系统交流发电机概述蓄电池的电量是有限的，不能满足汽车连续供电的需要。因此，蓄电池必须要经常充满电，以保证各种电器随时用电。所以汽车需要充电系统来产生电能和随时给蓄电池充电。实际上，当发动机运转时，充电系统产生的电能不但给蓄电池充电，而且向各种电器提供必要的电能交流发电机交流发电机的基本知识交流发电机的结构交流发电机的工作原理交流发电机的工作特性交流发电机的拆装与维护发电机插图发电机的功能发电：用多槽带把发动机的旋转传输到皮带轮，转动电磁化的转子，在定子线圈中产生交流电流。整流：因为定子线圈中产生的电是交流电，它不能用于车辆上安装的直流电器装置，所以利用整流器将交流电变为直流电。调节电压：利用调节器调节发电机的电压，在发电机转速或负载发生变化时也能保持电压稳定。发电机的基本原理电磁感应：当磁通被在磁场里运动的导体切割时，便在导体中产生电动势（感应电动势）。若设法使磁通和导体产生相对的切割运动，在导体中便能产生电动势。这种现象称为“电磁感应”。发电机积蓄由电磁感应产生的电动势，产生电能（电压和电流）。发电机基本原理虽然单个导体在磁场里运动能产生电动势，但是非常小。如果把二个导体首尾连接起来，那么将产生二次电动势，结果产生二倍电动势。以线圈形式的导体在磁场中转动时，将产生较大的电动势，从而形成电压和电流。发电机就是根据这个原理，在磁场中转动线圈来产生电能。发电机的结构它主要由转子、定子、电刷、整流器、前后端盖、风扇、皮带轮等组成发电机的结构发电机的结构发电机的作用是将来自发动机的机械能转变成电能。机械能通过皮带轮传给发电机。皮带轮带动转子转动发出交流电来。然后经二极管整流器整流变成直流电。交流发电机的主要部件是：产生磁场的转子；产生交流电的定子以及整流用的二极管。此外，还有为了产生磁场而将电流提供给转子的电刷和滑环，使转子平滑转动的轴承、冷却转子、定子及二极管的风扇。所有这些部件均装在前后机架上。转子转子的功用是产生旋转磁场。转子由爪极、磁轭、磁场绕组、滑环、转子轴组成，见图。交流发电机磁路交流发电机的磁路为：磁轭→N极→转子与定子之间的气隙→定子→定子与转子间的气隙→S极→磁轭。转子产生旋转磁场当两集电环通入直流电时（通过电刷），磁场绕组中就有电流通过，并产生轴向磁通，使爪极一块被磁化为N极，另一块被磁化为S极，从而形成六对相互交错的磁极。当转子转动时，就形成了旋转的磁场。定子定子也叫电枢，它的功用是产生交流电。定子由定子铁心和定子绕组组成。定子定子绕组有三相，三相绕组采用星形接法或三角形（大功率）接法，都能产生三相交流电。三相绕组的必须按一定要求绕制,才能使之获得频率相同、幅值相等、相位互差120°的三相电动势。图2.5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星形连接传动带轮风扇一般用1.5mm厚的钢板冲制或用铝合金压铸而成，并用半圆键装在前端盖外侧的转轴上，发电机工作时，对发电机进行冷却。前后端盖前后端盖用非导磁性材料铝合金制成，漏磁少，并具有轻便、散热性好等优点。在后端盖内装有电刷架和电刷。汽车上使用的发电机的前后端盖上通常设有通风口。当传动带轮和风扇一起旋转时，使空气高速流经发电机内部进行冷却。有些工作环境恶劣的工程机械、农用拖拉机等为防止灰尘、泥土进入发电机内部，因此采用外型尺寸较大的封闭型交流发电机，以保证其散热的需要。电刷与电刷架两只电刷装在电刷架的方孔内，利用弹簧的压力使其与集电环保持良好的接触。电刷与电刷架的结构有外装式和内装式两种，其构造如图1-42所示。搭铁电刷的引出线用螺钉直接固定在后端盖上（标记“－”），此方式称为内搭铁；如果此碳刷的引出线与机壳绝缘接到后端盖外部的接线柱上（标记F2），这种方式称为外搭铁。整流器整流器的作用是：将定子绕组产生的三相交流电变成直流电输出；其次，可阻止蓄电池的电流向发电机倒流。它一般有六个硅二极管接成三相桥式全波整流电路。正极管其中心引线为二极管的正极，外壳为负极，在管壳底上一般标有红色标记。在负极搭铁的交流发电机中，三个正二极管的外壳压装在元件板的三个座孔内，共同组成发电机的正极，由一个与后端盖绝缘的元件板固定螺栓通至机壳外，作为发电机的火线接线柱“B”（“＋”，“A”或“电枢”接线柱）。负极管其中心引线为二极管的负极，外壳为正极，管壳底部一般有黑色标记。三个负极管的外壳压装在后端盖的三个孔内，和发电机外壳一起成为发电机的负极，如图1-44所示为硅二极管的安装示意图。硅二极管的安装示意图工作原理发电原理整流原理发电原理（1）磁铁在线圈中旋转使磁铁（磁通）在线圈中旋转，在线圈中产生电流。线圈发电越大，由于电流作用，线圈越易发热。因此，线圈装在发电机外层对冷却有好处。所以所有交流发电的发电线圈（定子芯）都在外层，而旋转磁铁（转子芯）都在线圈内。（2）三相交流电当磁铁在线圈中旋转时，将在线圈中产生电（电动势）。这样产生的电流为大小和方向都不断变化的交流电流。线圈中产生的电流和磁铁位置的关系如图所示。最大电流产生在磁铁的南极和北极最靠近线圈时。电流方向随磁铁转动半圈而变化一次。以这种方式形成的正弦波形电流，称为“单相交流电”。图中每360度为一循环。三相交流电一般汽车交流发电机均采用如图所示的三组线圈排列。每组线圈A、B、C彼此相隔120度。当磁铁在它们中间旋转时，便在每个线圈中产生交流电流。图示表明三组交流电流与磁铁间的关系。像这样具有三组交流电流的电称为“三相交流电”。汽车发电机发出的电即为三相交流电。每相绕组的电动势有效值的大小和转子的转速及磁极的磁通成正比。EΦ=C1nΦEΦ一一相电动势的有效值；C1一一电机常数；n一一转子的转速；Φ一一磁极磁通。三角形接法采用三角形接法时，三组线圈头尾相接，如1-49所示。这种接法使高速时发电量大，低速时发电量小。由于汽车发电机必须在低速下也能保证发出足够的电，所以三角形接法很少使用。星形（Y）接法采用这种接法时，只是将三组线圈尾部相接。由于星形接法即使在低速下也能发出足够的电来，所以广泛地用在汽车交流发电机上。整流原理汽车的电器在工作时需要直流电，蓄电池充电时也要使用直流电。交流发电机发出三相交流电流，若不变成直流电，则汽车的充电系统就不能应用。汽车交流发电机所使用的是一种即简单又有效的二极管整流法。整流过程正极管的导通原则由于三只正极管（VD1、VD3、VD5）的正极分别接在发电机三相绕组的始端（A、B、C）上，它们的负极又联接在一起，所以三只正极管的导通原则是在某一瞬间，正极电位最高者导通。负极管的导通原则由于三只负极管（VD2、VD4、VD6）的负极分别接在发电机三相绕组的始端，它们的正极又联接在一起，所以三只负极管的导通原则是在某一瞬间负极电位最低者导通。发电机的励磁方式交流发电机开始发电时，需由蓄电池供给励磁电流。当发电机电压达到蓄电池电压时，即由发电机自己供给励磁电流，也就是由他励转变为自励。励磁电路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、电流和转速之间的关系，它包括输出特性、空载特性和外特性。空载特性研究发电机空载运行时．发电机端电压和转速之间的关系（如图1-54a所示），空载特性可以判断该发电机低速充电性能的好坏，同时也可以看出发电机的输出电压是随着发电机的转速升高而增高的。输出特性研究当发电机输出电压一定时，发电机输出电流随转速变化的规律，如图1-54b所示。对于12V系列的发电机，规定输出电压为14V；对24V系列的发电机，规定为28V。从曲线中可以看出，当转速达到一定值后，发电机的输出电流几乎不再继续增加，具有限制输出电流的能力。这是由于随着定于绕组中的感应电动势增加，定于绕组的阻抗也随转速的升高而增加。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，由于上述两个原因，使发电机转速达到一定值后，其输出电流几乎不变。由于具有这种自我保护作用，交流发电机一般不需设置限流器。外特性指转速一定时，发电机端电压与输出电流之间的关系，如图1-54c所示。从外特性曲线可以看出，在转速变化时，发电机端电压有较大的变化，在转速恒定时，由于输出电流的变化对端电压也有很大影响，因此，要使输出电流稳定，必须配用电压调节器。高速时，当发电机突然失去负载时，端电压会急剧升高，这时电气设备中的电子元件将有被击穿的危险。国产发电机型号根据中华人民共和国汽车行业标准QC/T73—93《汽车电气设备产品型号编制方法》的规定，汽车交流发电机的型号组成如下：交流发电机的拆装和维护常用维修工具与测试仪器的使用交流发电机的拆装与维护安装常用测试仪器跨接线测试灯汽车专用电笔万用表交流发电机的拆装与维护拆卸、分解、检查、组装、安装拆卸发电机①取下传动皮带②拆下发电机③拆下支架分解（1）拆卸发电机皮带轮（2）拆卸发电机电刷座总成（图1-67）①发电机端子绝缘体②电刷座③后端盖图1-66拆卸发电机皮带轮图1-67拆卸发电机电刷座总成（3）拆卸发电机调节器总成（4）拆卸整流器（5）拆卸发电机转子总成①驱动端盖②转子③整流器端盖图1-70拆卸发电机转子总成检查（1）检查发电机转子总成①检查滑环变脏或烧蚀的程度。提示：·旋转时滑环和电刷接触，使电流产生。·电流产生的火花会产生脏污和烧蚀。·脏污和烧蚀会影响电流，使发电机的性能降低。②冲洗用布料和毛刷，清洁滑环和转子。如果脏污和烧蚀明显，更换转子总成。检查发电机转子总成滑环③检查滑环之间是否导通使用万用表，检查滑环之间是否导通，如图1-73。提示：·转子是一个旋转的电磁体，内部有一个线圈。线圈的两端都连接到滑环上。·检查滑环之间是否导通可以用于探测线圈内部是否开路。·如果发现在绝缘和/或者导通方面存在问题，更换转子。图1-73检查滑环之间是否导通滑环④检查滑环和转子之间的绝缘用万用表，检查滑环和转子之间的绝缘。见图1-74。提示：·在滑环和转子之间存在一个切断电流的绝缘状态。·如果转子线圈短路，电流会在线圈和转子之间流动。·检查滑环和转子之间的绝缘可以用来检测线圈内是否存在短路。·如果发现在绝缘和/或者导通方面存在问题，更换转子。图1-74检查滑环和转子之间的绝缘⑤测量滑环用游标卡尺测量滑环的外径·如果测量值超过规定的磨损极限，更换转子。·旋转时滑环和电刷接触，使电流产生流动。因此，当滑环的外径小于规定值时，滑环和电刷之间的接触不足，有可能影响电流环流的平稳。结果，可能降低发电机的发电能力。（2）检查带整流器的发电机座①检查整流器的二极管·使用万用表的二极管测试模式。·在整流器的端子B和端子P1到P4之间测量，交换测试导线时，检查是否只能单向导通。·改变端子B至端子E的连接方式，测量过程同上。提示：·发电机产生交流电，但是由于汽车使用直流电，交流电必须转换成直流电。转换电流的装置就是整流器。整流器使用二极管将交流电转换成直流电。·二极管单向导通电流。因此，用万用表或电路测试仪检查时，使电流通过测试仪的内部电池到达二极管，根据流过二极管的电流来检查二极管是否好坏。（3）检查发电机电刷座用游标卡尺，测量电刷的长度组装（1）安装发电机转子总成（2）安装整流器端盖用压机将整流器端盖压到驱动端盖内。（3）安装发电机电刷座总成（4）安装发电机皮带轮安装（1）安装发电机（图1-85）·滑动轴套直到表面和托架平齐（管接头一端）提示：用锤子和铜棒将发电机安装部分的轴套向外滑动，以便安装发电机。·初步安装发电机，使它通过贯穿安装螺栓（A）。·初步安装螺栓（B）。·安装传动皮带。·通过用锤子的手柄等物移动发电机来调整皮带的张紧度。·拧紧安装螺栓（A）和螺栓（B）以牢固地安装发电机。安装（2）连接发电机电缆和连接器（3）连接蓄电池负极