汽车发电机工作原理

第二章、交流发电机及调节器上海师范大学第二章、交流发电机及调节器第二章、交流发电机及调节器上海师范大学主要内容交流发电机的构造交流发电机的工作原理交流发电机的工作特性交流发电机的调节器交流发电机的使用与维护发电机与充电系统的测试充电系统的常见故障第二章、交流发电机及调节器上海师范大学发电机是汽车用电设备的主要电源。在汽车正常运行期间，发电机向除起动机之外的其它用电设备供电，并向蓄电池充电。汽车上所用的发电机大多为三相交流发电机。汽车上采用硅整流交流发电机，它以硅二极管为整流器，将交流电转变成直流电。具有结构简单、体积小、重量轻、功率高、工作可靠、寿命长、维修方便等特点。第二章、交流发电机及调节器上海师范大学汽车用交流发电机的分类按结构分为：按工作原理分固定磁场式（无刷式）旋转磁场式（常用）普通式整体式真空泵式第二章、交流发电机及调节器上海师范大学§2-1、交流发电机的构造交流发电机由转子、定子、电刷与滑环机构、三相桥式整流器、轴承、风扇和前后端盖等组成。第二章、交流发电机及调节器上海师范大学一、转子（教材P23）转子由爪极（每个爪极有６个鸟嘴形磁极）、转子绕组、滑环和转轴等组成。在转子绕组中通入一个直流电流时，产生一个磁场。在发动机的带动下转子旋转，在定子绕组中产生一个旋转磁场。第二章、交流发电机及调节器上海师范大学定子是由定子铁心和三相定子绕组组成，固定在前后端盖之间。三相定子绕组定子铁心二、定子第二章、交流发电机及调节器上海师范大学三相绕组一般采用三角形（△）和星形（Y）两种接法，定子绕组在转子产生的旋转磁场作用下，感应并输出三相正弦交流电动势。第二章、交流发电机及调节器上海师范大学整流器是将交流电转换成直流电的一种装置，在车用发电机中，一般采用三相桥式整流电路作整流器。三、整流器（教材P25）第二章、交流发电机及调节器上海师范大学普通型中性点二极管型整流器一般有以下四种形式：第二章、交流发电机及调节器上海师范大学磁场二极管型中性点与磁场二极管型第二章、交流发电机及调节器上海师范大学磁场二极管可以提高电压调节的精度。中性点二极管的整流器，可以提高发电机的输出功率。桑塔纳汽车用的整流器电路第二章、交流发电机及调节器上海师范大学前端盖用来固定发电机，后端上装有电刷架和整流器。风扇风叶装在前端盖与皮带轮之间（双风扇发电机的两个风叶装在发电机内部的转子上），在发电机工作时，起强制通风散热作用。前、后端盖风叶轴承四、端盖、风扇和轴承第二章、交流发电机及调节器上海师范大学一、发电原理当发电机的转子绕组中通入直流电时，产生磁场，转子在发动机的带动下旋转，定子绕组切割转子磁场感应三相交流电动势。§2-2、交流发电机的工作原理第二章、交流发电机及调节器上海师范大学整流电路将三相电动势转变成直流脉动电压；由于蓄电池具有电容的功能，故输出的直流电压波形较平坦。在发电机空载运行时，忽略三相绕组和整流器的电阻压降，直流电动势约为：U＝2.34Eφ（Eφ为相电动势）。二、整流原理第二章、交流发电机及调节器上海师范大学发电机转子绕组产生磁场，称为励磁，发电机的励磁有他励和自励两种方式。由蓄电池向磁场绕组供电的方式，称为他励；由发电机产生的电压向磁场绕组供电的方式，称为自励。汽车用发电机在刚开始发电时，转子绕组由蓄电池供电产生磁场，属于他励；待发电机旋转起来，输出电压高于蓄电池电压时，发电机向磁场绕组供电，励磁方式由他励变为自励。三、励磁方法第二章、交流发电机及调节器上海师范大学交流发电机的工作特性，是指发电机工作时，端电压U、输出电流Ｉ与转速ｎ之间的关系。一、空载特性空载特性是指发电机空载（即Ｉ＝0）时，发电机端电压U与转速ｎ之间的关系。U与n成线性关系他励自励§2-3、交流发电机的工作特性第二章、交流发电机及调节器上海师范大学当发电机转速一定时，输出电压Ｕ随输出电流Ｉ的变化规律。在转速一定时，端电压随输出电流的增加而下降，当输出电流超过一定值后，电压和电流同时下降（拐点处）。当发电机在高速旋转时，如果突然失去负载，端电压将瞬时增大，整流器及调节器中的电子元件造成损坏。二、外特性第二章、交流发电机及调节器上海师范大学在发电机输出电压U一定时（通常12V发电机保持在14V），发电机负载电流Ｉ与转速ｎ之间的关系称为输出特性或负载特性。Ie输出电流Ｉ将随转速ｎ升高而增大，当转速超过一定值时，电流增加的速率减慢，并趋于稳定，此时的电流为最大输出电流。三、输出特性（负载特性）第二章、交流发电机及调节器上海师范大学发电机的输出电压与发电机转子的转速有关：§2-4、交流发电机的调节器U≈E＝CφｎC—为发电机的结构常数φ—为磁极磁通ｎ—为发电机转速由此可知：发电机的输出电压U与转速ｎ和磁通φ成正比。第二章、交流发电机及调节器上海师范大学一、电压调节器的工作原理（教材P33）当发电机的转速升高时，减小磁场电流，以减弱磁通φ，使φｎ基本保持不变，从而维持端电压的不变。二、电压调节器的分类触点式电压调节器晶体管电压调节器集成电路电压调节器第二章、交流发电机及调节器上海师范大学三、电压调节器工作原理（教材P33）1、触点式电压调节器触点式电压调节器是一种机械振动式电压调节器，它利用触点的开闭作用，改变磁场电路的电阻，保持端电压的恒定。触点的开闭存在延时现象，故不能控制大功率的发电机电压，且存在电磁干扰，目前已基本不采用。第二章、交流发电机及调节器上海师范大学2、晶体管电压调节器晶体管电压调节器是利用晶体三极管的开关作用，控制发电机磁场电路的通、断，来调节磁场的强弱，使端电压保持不变。第二章、交流发电机及调节器上海师范大学集成电路电压调节器具有体积小、功能强、可靠性高、结构简单、成本低等特点，目前已广泛应用于国内外的汽车上。集成电路电压调节器由于体积小，目前都装于发电机内，成为整体式交流发电机。3、集成电路式电压调节器第二章、交流发电机及调节器上海师范大学P—半波整流接线柱L—充电指示灯接线柱F—磁场绕组电压监视接线柱S—蓄电池电压监视接线柱通用公司（GM）用集成电路调节器第二章、交流发电机及调节器上海师范大学发动机转速低发动机转速高集成电路电压调节器利用改变磁场电流的占空比，来改变发电机的输出电压。第二章、交流发电机及调节器上海师范大学四、调节器实例分析桑塔纳轿车发电机原理图第二章、交流发电机及调节器上海师范大学§2-5、交流发电机的使用与维护交流发电机在使用和维护过程中，要注意以下几个问题：１、蓄电池的搭铁必须与交流发电机的极性一致，都是负极搭铁，否则蓄电池将通过发电机的硅整流二极管大量放电，从而烧毁二极管。２、不得用发电机输出端瞬时接地（搭铁）的方法（试火法）来判断发电机是否发电。第二章、交流发电机及调节器上海师范大学３、发电机在高速运转时，不得拆下蓄电池等主要用电设备，以免产生瞬时过电压，损坏二极管、调节器或其他用电设备。４、经常检查发电机与蓄电池之间的连线，保证连接牢固可靠。５、经常检查发电机皮带的张紧程度，应符合出厂时的规定。皮带过松，会造成蓄电池充电不足；皮带过紧，容易造成皮带和发电机轴承的损坏。第二章、交流发电机及调节器上海师范大学６、一旦发现发电机工作不正常，应及时检查，找出并排除故障。７、定期对发电机进行维护，一般发电机运行750小时或汽车行驶3万公里后，对发电机的电刷、整流元件、调节器、轴承等易损元件进行一次检查和必要的测试。第二章、交流发电机及调节器上海师范大学一、输出直流电压的测试起动发动机，并在怠速状态下运行，用数字万用表测量蓄电池两端的电压。电压读数应在13～15伏之间（具体视调节器的设定值而定，如GM公司为14.7±0.5V）。当发电机的转速升高时，发电机输出的直流电压基本保持不变。§2-6、发电机与充电系统的测试第二章、交流发电机及调节器上海师范大学用数字万用表的交流电压档，并接在蓄电池的正负极两端，来测量发电机输出的交流电压（正常值应≤0.4V）。具体步骤如下：①起动发动机，并使其在2000rpm的转速下运转；②打开大前灯，给发电机加上一定的负载；③将数字万用表并接于蓄电池的正负极两端，读取交流电压值。如果电压≤0.4V，说明发电机的整流器工作正常；如果电压＞0.5V，说明发电机的整流器存在故障。二、输出电压的交流成份测试第二章、交流发电机及调节器上海师范大学电压降的测试，主要用来判断发电机与蓄电池之间的连线是否良好。具体方法如下：①起动发动机，并使其在2000rpm的转速下运转；②打开大前灯，给发电机加上一定的负载；③用数字万用表的直流电压档测量发电机的输出端与蓄电池的正极端之间的电压降（如图所示），正常电压值为≤0.4V。如果超过0.4V，说明导线连接点的电阻大。三、充电系统电压降的测试第二章、交流发电机及调节器上海师范大学④用数字万用表的直流电压档测量发电机的外壳与蓄电池的负极端之间的电压降（如图所示），正常电压值为≤0.3V。如果超过0.3V，说明导线连接松动，连接点的电阻大。第二章、交流发电机及调节器上海师范大学一、不充电不充电的可能原因有：①连接导线断路、短路、连接处松动等。②发电机损坏。如转子或定子绕组短路或断路、电刷磨损、硅整流二极管损坏等。③调节器损坏或电压值太低。二、过充电过充电引起蓄电池寿命缩短，主要原因是调节器电压值太高。§2-7、充电系统的常见故障第二章、交流发电机及调节器上海师范大学充电不足的可能原因有：①连接导线有轻微的短路、连接点松动或接触不良等。②发电机故障。如转子或定子绕组层间短路、电刷磨损或弹簧弹力不足、硅整流二极管不良或个别二极管开路、皮带过松等。③调节器电压值调整不当（太低）。三、充电不足