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1、,概述,一、发电机功用 二、交流发电机原理、特点 三、交流发电机种类,发电机功用,发电机是汽车电器系统的主要电源，由汽车发动机驱动。 它在正常工作时，对除起动机以外的所有用电设备供电，并向蓄电池充电以补充蓄电池在使用中所消耗的电能。,发电原理,简易发电机示意图 1-定子；2-转子；3-炭刷(a、b)；4-滑环； 5-灯泡(吸收能量),发电机是根据磁场与线圈之间的相互切割运动设计制成。给两个炭刷上通人固定方向的电流，则线圈附近就会产生磁场。为增加磁场的强度，当发动机带动转子旋转，便形成旋转磁场，使导线和磁场之间产生了相对运动。,汽车发电机的发展,汽车上早期使用的是直流发电机（靠换向器将电枢绕组内
2、感应的交流电转变为直流电，换向过程电刷与换向器之间产生火花引起换向器和电刷的烧蚀和磨损，并随转速提高而加剧，且无线电干扰严重，不能适应现代高速发动机的要求），到20世纪60年代逐步被交流发电机取代。 交流发电机（与直流发电机相比）特点： 1、具有体积小、重量轻、节约铜材； 2、结构简单、工作可靠、维修方便、使用寿命长； 3、发动机低速充电性能好（他激方式建立电动势）； 4、无线电干扰小等优点； 5、配用的调节器结构简单（仅有电压调节器，本身具有限流和截流作用） 。,交流发电机结构原理图,汽车用交流发电机是一个三相同步交流发电机，通过硅二极管组成的整流器，将发电机定子绕组所产生的交流电变为直流电
3、，因此也称硅整流发电机。 1、交流发电机原理 2、交流发电机特点,交流发电机的构造,组成：由三相同步交流发电机和硅二极管整流器构成。 JF132型交流发电机分解图、结构剖视图（见图）。 一、三相同步交流发电机 由转子、定子、前后端盖、风扇及皮带轮等组成。 二、整流器 一般由6只硅二极管和安装整流管的元件板构成 。 三、电子调节器,1-后端盖；2-电刷架；3-电刷；4-电刷弹簧压盖；5-硅二极管；6-元件板(散热板)；7-转子；8-定子总成；9-前端盖；10-风扇；11-皮带轮 JFl32型交流发电机分解图,三相同步交流发电机转子,1、转子：产生旋转磁场，主要由磁场绕组、两块爪极、碳刷和滑环等组
4、成。 两块爪极压装在转子轴上，将直流电源引入磁场绕组。磁场绕组通如励磁电流后产生磁场，被磁化的爪极其中一块为N极，另一块为S极，于是就形成了68对磁极。,1-滑环；2-轴；3-爪极；4-磁轭；5-磁场绕组,三相同步交流发电机定子,2、定子：由定子铁心和对称的三相电枢绕组组成，固定在两端盖之间。,前端盖（驱动端盖）,前端盖上装有支承转子的轴承。转子轴伸出端盖，冷却风扇（强制通风散热）和皮带轮装在轴端。,a) 叶片外装式 b) 叶片内装式 风扇结构及通风方式,后端盖（整流端盖）,后端盖上装有支承转子轴后端的轴承、整流器、电刷组件和接线柱。整体式交流发电机的内装式电子调节器也装在其上。,整流器,功用
5、：将三相交流电变换为直流电。 组成：一般由6只硅二极管和安装整流管的元件板（散热板）构成。 整流二极管有正极管与负极管之分：正极管-引出电极为二极管的正极，其上标有红色标记；负极管-引出电极为二极管的负极，其上标有绿色或黑色标记。,压装式安装 电路图 焊接式安装 l-正整流板（绝缘散热板）；2-正极管；3-负极管；4-负整流板(接地散热板或后端盖)；B-电枢接柱 交流发电机整流器,汽车发电机调节器,汽车发电机电子调节器与转子线圈配合，由调节器根据发电机输出的电压大小来管控为转子线圈输送电流，从而控制转子产生的磁场强度来调整定制绕组输出平稳的电压（发电机输出电压固定在14V） 。,第二节 交流发
6、电机的工作原理,一、三相交变电动势的产生 二、整流原理 三、励磁方式,三相同步交流发电机工作原理见图，发电机的转子为磁极，磁极绕组通过电刷和滑环引入直流电而产生磁场；发电机的定子为电枢，三相电枢绕组按一定的规律分布在定子的槽中，彼此相差120电角度。当转子旋转时，产生一个旋转的磁场，使得相对静止的电枢绕组切割磁力线（产生相对运动）而在三相电枢绕组产生频率相同、幅值相等、相位互差120电角度的正弦感应电动势（磁极设计成鸟嘴形使磁场近似正弦规律分布）eA、eB、eC （见图）： 式中：E-每相绕组电动势的有效值(V) E=Cn -为电角速度(s-1) =2f=pn/30 t时间（s） 式中：f-感
7、应电动势频率(Hz)；P-磁极对数；n-发电机转速(r/min)；C电机常数；磁极磁通（Wb）。 可见，当交流发电机结构一定时，定子绕组内感应电动势的大小与发电机转速和磁极磁通成正比。,三相交变电动势的产生,整流原理,交流发电机通过六只二极管组成的三相桥式整流电路利用二极管的单向导电特性将电枢绕组产生的三相交流电转变为直流电。 1、二极管的导通原则 当三只二极管负极端相连时，正极端电位最高者导通（正极电位最高的二极管导通后，就使另两只二极管的负极电位高于正极而截止）。 当三只二极管正极端相连时，负极端电位最低者导通（该二极管导通后，就使另两只二极管的正极电位低于负极而截止） 。,2、整流时二极
8、管导通情况 在任一瞬时，负极连接在一起的3只正极管（VD1、VD3、VD5），电压最高一相的正极管导通；而正极连接在一起的3只负极管（VD2、VD4、VD6）电压最低一相的负极管导通。但同时导通的管子总是两个，正、负管子各一个。 例如，在t1t2时间内，A相电压最高，B相电压最低，VD1、VD4导通；而在t2t3时间内，A相电压最高，C相电压最低，VD1、VD6导通。,3、发电机的端电压 从二极管导通情况可知，三相交流通过整流后加在负载上的是一个脉动直流电压，在任一瞬时，负载上的电压为某两相电动势之和(线电压)，其电压波形如图所示。 交流发电机输出电压的平均值为： U=1.35UL2.34U(
9、星形连接 U=1.35UL1.35U(三角形连接) 式中： UL-三相绕组的线电压有效值； U-三相绕组相电压的有效值。,4、发电机的中性点电压 一些发电机有一个中性点接线柱(“N”接柱)，用于控制磁场继电器、充电指示灯继电器等。 “N”接柱连接三相绕组的中性点，其对地电压称为发电机的中性点电压，由VD2、VD4、VD6组成的半波整流得到。 发电机中性点电压（平均值）是发电 机输出电压的一半： UN=U/2。,励磁方式,他激（励）： 发电机不接外电源时，也能自激发电，但必须有剩磁并且发电机转速要足够高时才行。为了克服发电机在低速时不能很快建立电压的缺点，在发电机转速较低，发电机电压低于蓄电池电
10、压时，由蓄电池通过电源开关供给磁场电流，进行他激，使电压很快上升。 自激（励）： 当发电机转速升高，发电机电压超过蓄电池电压时，进行自激，并对外输出。,第三节 交流发电机的特性,交流发电机的工作特性：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，包括输出特性、空载特性和外特性。其中，输出特性最为重要。 汽车用交流发电机与其他发电机比最大的特点：是工作转速变化范围很大（汽车发动机从怠速到最高转速，一般汽油机转速变化范围为1：8，柴油机为1：5）。因此发电机的特性，应以转速为基准来分析各有关参数之间的关系。 一、输出特性 交流发电机的输出特性，又叫负载特性或输出电流特性。是指发电机输出电压
11、一定时(对12V电系，规定为14V，对于24V电系，规定为28V)，发电机的输出电流与转速之间的关系，即输出电压U为常数时I=f(n)的曲线。交流发电机的输出特性（可由试验测得）如图所示。 二、空载特性 发电机空载时，发电机端电压与转速的关系，称空载特性。即I=0时，U=f(n)的函数关系。空载特性如图所示。 三、外特性 转速一定时，发电机端电压与输出电流的关系，叫外特性，即n为常数时，U=f(I)的函数关系。外特性如图所示。,交流发电机输出特性,2、转速n1时，发电机输出电流随转速的升高而升高，随电阻的减小而升高。转速=n2时，发电机输出额定功率（额定电压与额定电流之积）或电流。 n2-满载
12、转速（或额定转速），通常所选n2应低于发动机最高转速，等于或略高于发动机常用转速。 3、发电机转速达到一定值时，输出电流不再随转速的升高而升高，也不再随负载电阻的减小而升高，即发电机具有自动限制电流的自我保护能力。这时的电流值称为发电机的最大输出电流或限流值（约为额定电流的1.5倍）。 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。使用中只要测得这两个数据，与规定值相比即可判断发电机性能是否良好。,输出特性曲线If(n)表明： 1、转速n1时，发电机在额定电压下向外供电。 n1-空载转速（I=0，U=额定电压时），空载转速n1的值，是选择发电机与发动机速比的主要依据。
13、一般地，n1应等于或略高于发动机怠速转速。,交流发电机自动限制电流机理,自动限制电流的机理： 1、定子绕组具有一定阻抗Z，对通过绕组的电流起阻碍作用。 阻抗Z由绕组的电阻R和感抗XL组成： 感抗：XL=L=2fL=2pnL/60=pnL/30 式中：-角速度，=2f；f-频率，f=pn/60；L-相定子绕组的电感；p-磁极对数；n-转子的转速(rmin)。 可见，XL与转速成正比。高速时，绕组电阻R与XL相比，可以忽略不计，因此可以认为定子绕组的阻抗Z与转速成正比。转速越高，感抗XL越大，其阻抗Z越大，阻碍交流电流的能力越强，产生很大的内部电压降。 2、定子电流增加时，电枢反应也增强（电枢磁场
14、对磁极磁场产生去磁作用），使感应电动势下降。发电机内部有两个磁场，磁极磁场和电枢磁场。电枢磁场对磁极磁场的影响，称电枢反应。在交流发电机中，爪极转子是旋转的磁极磁场。定子中的电枢产生电枢磁场。 因此，当转速升高使电流达到一定值后，再提高转速，尽管定子绕组中感应电动势增加，但因定子绕组的阻抗增大，内部电压降增大，再加上电枢反应引起的感应电动势下降，使发电机的输出电流不再增大。因而交流发电机具有自动限制输出电流的作用。所限制的电流大小，与定子绕组的电感L有关，也就是与定子绕组的匝数有关。 所以，交流发电机调节器中不需要电流限制器。,交流发电机空载特性,随着转速的升高，端电压上升较快，由他励转人自励
15、时，即能向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）。 曲线的上升速率（与磁路有关，磁路气隙越小、漏磁越小，上升率越大）和达到蓄电池电压的转速高低可判断发电机性能是否良好。,交流发电机外特性,当输出电流增大到一定值时，如负载再增大，其电流不仅不会增加，反而会同端电压一起下降，即在外特性曲线上存在一个转折点。因此，当发电机短路时，其短路电流将受到限制，这也说明硅整流发电机具有自身限制电流的功能。一般发电机是工作在转折点以前的。,发电机转速越高，端电压也越高，输出电流也越大。当保持任一转速时，端电压均随输出电流的增大而下降。由于端电压受转速和负载变化的影响，交流发电机必须配用电压调节器
16、，才能保持电压的恒定。否则，当发电机高速运转时，若突然失去负载，其电压会突然升高，可能击穿电子元件和烧毁用电设备。,一、电压调节原理,硅整流发电机输出的直流电压U正比于交流发电机的感应电动势E，而感应电动势又正比于发电机转速n与每极磁通，即：,UE=Cn,电压调节器调节方法（见图）：调节器动作的控制参量为发电机电压，即当发电机的电压达设定的上限值U2时，调节器动作，使磁场绕组的励磁电流If下降（触点式）或断流（电子式），从而减弱磁极磁通量，致使发电机电压下降；当发电机电压下降至设定的下限值U1时，调节器又动作，使If增大，磁通量加强，发电机电压又上升；当发电机的电压上升至U2时又重复上述过程，使发电机的电压在设定的范围内波动，得到一个稳定的平均电压Ue。,因此，当发电机转速n变化时，相应地改变每极磁通才能达到保持电压恒定的目的，而磁通的大小取决于发电机励磁电流的大小，故在发电机转速变化时，只要相应调节发电机的励磁电流便
