第二章交流发电机与电压调节器

CreatedwithSmartPrintertrailversion第一节交流发电机的构造目前国内外生产的汽车交流发电机的结构基本相同，都是由三相同步交流发电机和硅二极管整流器两大部分构成。图2一1所示为交流发电机的组件图。一、三相同步交流发电机三相同步交流发电机的作用是产生三相交流电。它主要由转子、定子、前后端盖、风扇及皮带轮等组成。1.转子转子是三相同步交流发电机的旋转磁场部分。它是由转轴、两块爪形磁极、磁扼、激磁绕组、滑环等部件构成，如图2-2所示。下一页返回CreatedwithSmartPrintertrailversion定子定子又称电枢，是三相同步交流发电机产生三相交流电的部件。它由铁芯和三相绕组组成。定子铁芯由相互绝缘的内圆带槽的环状硅钢片叠成，硅钢片厚度为0.5~1mm。定子槽内置有三相绕组，绕组用的是高强度漆包线，作星形连接。为使三相绕组中产生大小相等，相位相差1200(电角度)的对称电动势，在三相绕组的绕法上需要遵循以下原则。(1)为使三相电动势大小相等，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。(2)为使三相电动势在相位上互差120°，三相绕组的起端A,B,C(或末端X,Y，Z)在定子槽内的排列，必须相隔120°电角度(即两个槽的宽度)。下一页返回上一页CreatedwithSmartPrintertrailversion端盖端盖分前端盖(驱动端盖)和后端盖(整流端盖)，其作用是支承转子，安装和封闭内部构件。前后端盖均用非导磁材料铝合金制成，漏磁少，质量轻，散热性能好。端盖的中心有球轴承，外围有通风孔和组装螺孔。前端盖有突出的安全臂和调整臂，由于它的外侧为驱动发电机旋转的皮带轮，所以又称驱动端盖。4.风扇风扇用1.5~2mm厚的钢板冲制而成，并用半圆键装在前端盖外侧的转轴上。发电机的后端盖上有进风口，前端盖上有出风口，当皮带轮与风扇一起旋转时，使空气高速流经发电机内部进行强力通风冷却。下一页返回上一页CreatedwithSmartPrintertrailversion皮带轮皮带轮是利用皮带将发动机的转矩传给转子，通常用铝合金制成。一般分为单槽和双槽两种，利用风扇的半圆键装在风扇外侧的转轴上，并用弹簧垫圈和螺母紧固。二、整流器硅整流器的作用是将三相交流电变为直流向外输出，它由一块元件板和六只硅二极管组成。1.元件板元件板又称散热板，用铝合金制成月牙形，如图2-8所示。2.硅整流二极管交流发电机的整流器，由六只硅二极管组成。二极管的内部结构、外形和表示符号如图2一9所示。其引线和外壳分别是它的两个电极。下一页返回上一页CreatedwithSmartPrintertrailversion第一节交流发电机的构造三、交流发电机的型号根据我国汽车行业标准QC/T73-1993《汽车电气设备产品型号编制方法》规定，汽车交流发电机的型号组成下所示：返回上一页CreatedwithSmartPrintertrailversion第二节交流发电机的工作原理一、交流发电机的发电原理直流发电机的工作原理是使线圈在磁场中转动，线圈的工作边不断切割磁力线而发电;反过来，如果使磁场旋转，而将线圈固定在其周围，同样也能发电。交流发电机就是把通电线圈所产生的磁场在发电机中旋转，使其磁力线切割定子线圈，在线圈内产生交变电动势交流发电机产生交流电的基本原理，仍然是电磁感应原理。交流发电机工作原理图如图2一12所示。下一页返回CreatedwithSmartPrintertrailversion第二节交流发电机的工作原理实际使用的交流发电机是三相同步交流发电机，即是指转子的转速与旋转磁场的转速相同(同步转速)的三相交流发电机。图2一13为三相同步交流发电机的工作原理图。当转子旋转时，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变电动势，其频率为下一页返回上一页CreatedwithSmartPrintertrailversion第二节交流发电机的工作原理在汽车用交流发电机中，由于转子磁极呈鸟嘴形，其磁场的分布近似正弦规律，所以交流电动势也近似正弦波形。三相绕组在定子槽中是对称绕制的，产生的三相电动势也是对称的。所以在三相绕组中产生频率相同，幅值相等，相位互差120°电角度的正弦电动势eA、eB和eC。其波形如图2一14所示。三相绕组中电动势的瞬时值方程式为下一页返回上一页CreatedwithSmartPrintertrailversion第二节交流发电机的工作原理发电机每相绕组中所产生的电动势的有效值为:二、整流原理定子绕组中所感应出的交流电，要靠硅二极管组成的整流器改变为直流电。硅二极管具有单向导电性。当给二极管加上正向电压(正电位高于负电位)时导通，即呈现低电阻状态;当给二极管加一反向电压(正极电位低于负极电位)时截止，即呈现高电阻状态。利用硅二极管的这种单向导电的特性就可把交流电变为直流电。三相桥式全波整流电路的整流原理如图2一14所示。返回上一页CreatedwithSmartPrintertrailversion第三节交流发电机的特性一、输出特性交流发电机的输出特性又称负载或输出电流特性。它是指发电机向负载供电时，保持发电机输出电压恒定(对12V的发电机规定为14V，对24V的发电机规定为28V),即u=常数的情况下，发电机的输出电流与转速之间的关系，即I=f(n)的函数关系。图2一17所示为交流发电机的输出特性曲线.从交流发电机的输出特性曲线I=f(n)可以看出:(1)发电机的转速甚低时，其端电压低于额定电压，此时发电机不能向外供电;当转速达到空载转速n1时，电压达到额定值;当转速高于空载转速n1时，发电机才有能力在额定电压下向外供电。所以空载转速值n1常用作选择发电机与发动机速比的主要依据。下一页返回CreatedwithSmartPrintertrailversion第三节交流发电机的特性(2)当转速超过n1时，发电机输出电流I将随着转速n的升高和电阻R的减小而增大;当转速等于n2时，发电机输出额定功率(即额定电流与额定电压之积)，故将转速n2称为满载转速。空载转速和满载转速是交流发电机的主要性能指标，在产品说明书中均有规定。在使用中，应定期测得这两个数据，与规定值相比较，就可判断发电机性能是否良好。(3)当发电机转速达到一定值时，发电机的输出电流就不再随转速的升高和负载电阻R的减小而增大。这时的电流值称为发电机的最大输出电流或限流值。这个性能表明，交流发电机具有自动限制电流的自我保护能力。交流发电机的最大输出电流约为额定电流的1.5倍。下一页返回上一页CreatedwithSmartPrintertrailversion第三节交流发电机的特性二、空载特性空载特性是指发电机空载时，发电机的端电压与转速之间的关系，即I=0时，u=f(n)的函数关系如图2一18所示。从曲线可以看出，随着转速的升高，端电压上升较快，由他激转入自激发电时，即能向铅蓄电池进行补充充电，进一步证实了低速充电性能好的优点。因此，空载特性是判定硅整流发电机充电性能是否良好的重要依据。三、外特性外特性是指转速一定时，发电机的端电压与输出电流的关系。即n=常数时，u=f(I)的函数关系。经不同恒定转速的试验后，可输出一组相似外特性曲线，如图2一19所示。返回上一页CreatedwithSmartPrintertrailversion第四节新型交流发电机一、八管交流发电机有的交流发电机除具有组成三相桥式整流电路的6个二极管外，还具有2个中性点二极管，其接线柱的记号为“N”。中性点对发电机外壳(即搭铁)之间的电压U、是通过3个负极管三相半波整流得到的直流电压，所以UN=(1/2)U。中性点电压一般用来控制各种继电器如磁场继电器、充电指示灯继电器等。有的交流发电机还利用中性点的输出提高发电机的输出功率。提高输出功率的原理如下：下一页返回CreatedwithSmartPrintertrailversion第四节新型交流发电机发电机高速时，当中性点电压的瞬时值高于输出电压(平均电压14V)时，从中性点输出的电流见图2-20(a)，其输出电路为:定子绕组→中性点二极管VDT→负载(包括蓄电池)→负极管→定子绕组。当中性点电压瞬时值低于搭铁电位时，流过中性点二极管VDT的电流见图2-20(b)，其输出电路为:定子绕组→正极管→B接线柱→负载(包括蓄电池)→中性点二极管VDT→定子绕组。由此可见，只要在中性点处连接两只整流二极管，就可利用中性点输出的交流电压来增加交流发电机的输出电流，如图2-21所示。下一页返回上一页CreatedwithSmartPrintertrailversion第四节新型交流发电机二、九管交流发电机1.九管交流发电机结构特点在普通交流发电机的基础上增设三只小功率二极管VD7,VDT,VD9，并与三只负极管VDZ,VD4,VDT组成三相桥式整流电路来专门供给磁场电流的发电机，称为九管交流发电机，所增设的三只小功率二极管称为磁场二极管。九管交流发电机不仅可以控制充电指示灯来指示蓄电池充电情况，而且能够指示充电系统是否发生故障。九管交流发电机充电系统电路如图2-25所示。2.充电指示灯工作情况九管交流发电机不仅可以控制充电指示灯来指示蓄电池充电情况，而且能够指示充电系统是否发生故障。下一页返回上一页Cre