《汽车电器与电子设备》课件(广科大玉洁)第二章发电机

第二章交流发电机及调节器保障汽车正常工作的电源之一交流发电机图片由皮带驱动交流发电机图片第一节交流发电机的构造交流发电机一般由转子、定子、皮带轮、风扇、整流器、前后端盖和电刷组件等部分组成。JF132型交流发电机组件图见图，p24交流发电机第一节交流发电机的构造一、转子功用：转子的功用是产生旋转磁场。组成：转子由爪极、磁轭、磁场绕组、集电环、转子轴组成。1、转子的组成（1）转子轴上压装着两块低碳钢制成的爪极，两块爪极各有四至八个鸟嘴形磁极（国产多为六个）,爪极空腔内装有磁场绕组(转子线圈)和导磁用的铁芯(磁轭)。第一节交流发电机的构造问题：爪极为什么做成鸟嘴状？第一节交流发电机的构造（2）集电环由两个彼此绝缘的铜环组成，集电环压装在转子轴上并与轴绝缘，两个集电环分别与磁场绕组的两端相连，并与装在后端盖内的两个电刷相接触。第一节交流发电机的构造3）、旋转磁场的产生：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。转子视频转子磁极制作成鸟嘴形，可使定子绕组感应产生的交流电动势近似于正弦曲线波形。第一节交流发电机的构造1.功用：定子是用来产生交流电的。2.组成：定子由定子铁芯和定子绕组组成。二、定子（电枢）第一节交流发电机的构造（1）定子铁芯由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁芯的槽中。（2）定子绕组1）三相绕组采用星形接法或三角形接法，都能产生三相交流电。2）三相绕组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。定子视频第一节交流发电机的构造3、定子线圈绕制原则磁极对数p=6对；定子槽数z=36槽;定子绕组相数3相；每个线圈匝数N=13匝;绕组联结方法：Y型联结绕制视频为了使三相绕组产生频率相同、幅值相等、相位互差120°电角度的三相对称电动势，在绕制三相绕组时，应合理确定绕组的安放位置。第一节交流发电机的构造三、整流器1、作用：将交流电变成直流电、是交流发电机的关键部件；2、实现方式：利用二极管的单向导通性3、整流器一般由6只硅整流二极管和安装整流管的散热板组成。整流器视频整流器总成大多数都装于交流发电机后端盖的外侧，在整流器总成外面再加装一个用薄铝板或薄铁板冲压而成的防护盖三、整流器（续）汽用整流二极管有正极管与负极管之分。3只正极管和3只负极管。引出电极为二极管正极的称为正极管，其上标有红色标记；引出电极为二极管负极的称为负极管，其上标有绿色或黑色标记第一节交流发电机的构造第一节交流发电机的构造四、端盖1.作用：固定转子、定子、整流器和电刷组件。2.材料：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。3.电刷组件：装在后端盖上，有电刷、电刷架和电刷弹簧组成。4.电刷作用是将电源通过集电环引入磁场绕组。端盖视频风扇视频滑环电刷视频五、交流发电机型号根据QC/T73-1993《汽车电器设备产品型号编制方法》规定，汽车交流发电机的型号组成如图所示。举例：JF132型交流发电机含义是什么？第二节交流发电机的工作原理第二节交流发电机的工作原理一、发电原理1.发电原理（1）发动机带动发电机内部转子旋转，产生旋转磁场。（2）磁场外发电机壳体（铁芯）上固定有3组线圈(3相定子绕组)，3相绕组彼此相隔120°。60pnf频率：p：磁极对数n：发电机转速发电原理视频第二节交流发电机的工作原理电动势瞬时值：tEeAsin2)32sin(2tEeB)34sin(2tEeC每相电动势的有效值：)2EEfm＝电角速度（　　　　相电动势的有效值；　　　相电动势的最大值；式中：　KfNEEm44.42结论交流电动势的幅值是发电机转速的函数。因此，当转速n变化时，三相电动势的波形为变频率、变幅值的交流波形。第二节交流发电机的工作原理二、整流过程1.交流发电机定子的三相绕组中，感应产生的是交流电，靠六只二极管组成的三相桥式整流电路变为直流电的。2.二极管具有单向导电性,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。整流视频名词：正向电压？第二节交流发电机的工作原理3.整流结果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。发电机输出的直流电压平均值为：)(34.235.1星形连接UUUAB式中：UAB—线电压；UΦ—相电压。)(35.1三角形连接UU3ABUU每只二级管的最大反向电压是线电压的最大值第二节交流发电机的工作原理.中性点（Y型接法）（1）概念：三相绕组的末端接到一起形成中性点，用N表示。（2）中性点电压UN是通过三个搭铁的负极管整流后得到的直流电压（即三相半波整流），故UN＝U/2（3）中性点电压用途：一般用来控制各种用途的继电器。如磁场继电器、充电指示灯继电器等。（4）中性点输出：在三相绕组中性点处接上两只中性点二极管（功率管），通过两只中性点二极管与桥式整流器正负极相连，可提高发电机功率输出10%-15%。第二节交流发电机的工作原理三、激磁方法1.激磁：将电源引入到磁场绕组使之产生磁场的过程称为激磁。2.方式：交流发电机激磁方式有自激和他激两种。（1）他激：交流发电机开始发电时，因二极管死区电压的存在，需先由蓄电池供给激磁电流(他激阶段)。（2）自激：当发电机电压达到蓄电池电压时，即由发电机自己供给激磁电流，即由他激转为自激。（3）他激的优点：由蓄电池激磁可以较快进入自激状态。第二节交流发电机的工作原理交流发电机励磁电路第三节、交流发电机的工作特性交流发电机的工作特点：转速变化范围大，对于一般汽油发动机来说，其转速变化比约为1：8，柴油机约为1：5，因此分析汽车用交流发电机的特性必须以转速的变化为基础。交流发电机的特性有：A.输出特性B.空载特性C.外特性其中以输出特性最为重要。第三节、交流发电机的工作特性第三节、交流发电机的工作特性一、输出特性1.概念：在发电机端电压U不变（对12V系列的交流发电机规定为14V，对24V系列的定为28V）时，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。第三节、交流发电机的工作特性2.空载转速n1（1）发电机转速小于一定值n1时，对外输出电流为零。（2）当发电机达到额定电压并能对外输出电流时的最小转速n1，称为空载转速。（3）空载转速常用来作为测试发电机性能的参数之一。第三节、交流发电机的工作特性3.最大电流Imax发电机输出电流能力随转速的升高而增大，但曲线越来越平坦，当转速达到一定值时，无论转速增加多少电流都不再增加，即一定结构的发电机输出最大电流Imax有一定限制。由此可见，交流发电机自身具有限制输出电流防止过载的能力，又称为自我保护能力。第三节、交流发电机的工作特性发电机自动限流原因：1、定子绕组有一定的感抗，交流发电机定子绕组具有一定的阻抗Z，它由绕组的电阻r及感抗XL两部分组成由于XL与n成正比，故发电机定子绕组的阻抗Z随发电机的转速升高而增加。2、定子电流增加时，由于电枢反应的增强，也会使感应电动势下降。两者共同作用的结果，当发电机的转速升高且负载电流达到最大值时，输出电流几乎不随负载电阻的减小或转速的增加而增大。第三节、交流发电机的工作特性总结交流发电机电压（输出）一定时，发电机电流存在最大值（无论转速多高），即发电机功率存在最大值。只要限制发电机输出电压即可限制发电机输出功率。限制输出电压后，发电机转速增加，不会出现由于电流过高，烧坏发电机的情况。如果发电机电压过高通常损坏用电设备。发电机出厂时，通过试验，规定了空载转速与额定转速。在使用过程中，可通过检测这两个数据来判断发电机性能的好坏。第三节、交流发电机的工作特性二、空载特性是研究发电机在空载运行时，其端电压随转速变化的关系，即I＝0时，U=f（n）的曲线，如图。空载特性可判断发电机低速充电性能好坏，也可看出发电机输出电压是随发电机转速升高而增加。第三节、交流发电机的工作特性三、外特性是研究当发电机转速一定时，其端电压与输出电流的关系，即n=常数时，U=f（I）的曲线。从外特性曲线可以看出发电机电压受负载影响的程度：如果发电机在高速运转时，突然失去负载，发电机电压会突然升高，致使发电机及调节器等内部电子元件有被击穿的危险。也可以看出：发电机输出电压随转速变化情况。第四节电压调节器如何使保持输出电压规定范围内？为什么需要调节器？感应电动势Eφ的大小与发电机转速n和每极磁通φ乘积成正比原理：自动调节磁场电流使磁极磁通改变这一原理来调节发电机输出电压。发电机转速一定时电压调节电压调节器的功用:自动控制发电机电压，使其保持恒定，防止发电机电压过高而烧坏用电设备和导致蓄电池过量充电，同时也防止发电机电压过低而导致用电设备工作失常和蓄电池充电不足。磁场电流如何调整？两种主要的调整方式：1、通过触点断开与闭合，使磁场电路的总电阻值改变来调节磁场电流。对应的调节器：电磁振动式调节器2、利用大功率三极管的开关特性，使磁场电流接通与切断来调节磁场电流。对应的调节器：电子式调节器电磁振动式电子式第四节电压调节器二、电磁振动式调节器调节电压方法：通过触点开闭，使磁场电路的电阻值改变从而调节磁场电流大小改变发电机输出电压。特点：触点振动频率慢，存在机械惯性和电磁惯性，电压调节精度低，触点易产生火花，对无线电干扰大，可靠性差，寿命短。第四节电压调节器实例工作原理R3：补偿电阻，由镍铬丝制成，电阻值随温度变化小。R1：加速电阻，K1接通时，磁化线圈3的电流由两部分组成，由于I0很小，R1上的电压降忽略不计；K1打开后，R1上的电流增大，电压降上升，磁化线圈上的电压下降，I0迅速减小，加速铁心退磁，加快K1闭合，提高触点振动频率。R2：调节电阻电磁振动式调节器调节电压Ur与弹簧拉力以及衔铁与铁芯间的气隙大小有关,可以通过调节气隙或弹簧拉力来得到所需的调节电压.就车调整调节电压通常都是通过调节弹簧拉力来获得需要的调节电压值。第四节电压调节器三、电子电压调节器调节电压方法：利用功率管的开关特性，将晶体三极管作为一只开关串联在发电机磁场电路中，根据发电机输出电压的高低，控制晶体三极管的导通和截止来达到调节发电机磁场电流使发电机输出电压稳定在某一规定的范围之内启动发动机后，随着转速的上升，发电机端电压迅速上升，当电压稍高于调整值时，R1上的检测电压UAC达到稳压管的反向击穿电压，VS导通，随即VT1导通，VT2截止，激磁电流降至零，电压急剧下降，当下降到低于调整值时，VS又恢复截止状态，VT1截止，VT2导通。如此反复，使发电机端电压维持在规定的调整值上。集成电路调节器集成电路调节器与发电机配装在一起的整体式交流发电机既可直接检测发电机输出电压，也可通过连接导线检测蓄电池端电压的变化来调节发电机的输出电压调节器的使用一、调节器正确使用（1）调节器与交流发电机的电压等级必须一致，否则充电系统不能正常工作。（2）调节器与交流发电机的搭铁型式必须一致。（3）交流发电机的功率不得超过调节器所能匹配的功率。（4）线路连接必须正确。（5）调节器必须受点火（或电源），开关控制。（6）汽车停驶时，应将点火（或电源）开关断开。第五节交流发电机充电系的过电压保护装置第五节交流发电机充电系的过电压保护装置一、过电压的产生1、非瞬变性过电压产生原因：由于发电机调节器失灵，或其它故障引起发电机激磁电流未经调节器，使发电机电压升高到不正常值。2、瞬变性过电压（1）抛负载过电压：交流发电机在向蓄电池充电过程中与蓄电池连接的导线突然脱开，或者没有蓄电池的情况下，突然断开其它负载第五节交流发电机充电系的过电压保护装置2）磁场衰减瞬变由于点火开关转到断开位置与蓄电池突然断开，产生一个按指数衰减的负脉冲电压。3）点火系瞬变点火系触点闭合或断开时，在初级线圈中产生数百伏的自感电动势，并形成振荡。正常情