交流发电机讲义

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1、单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版副标题样式 *1 电源系统 n交流发电机 概述 n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 n交流发电机的基本知识 n交流发电机的结构 n交流发电机的工作原理 n交流发电机的工作特性 n交流发电机的拆装与维护 发电机插图 发电机的功能 n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。

2、 n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。 n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 n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 n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

3、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 n发电机的作用是将来自发动机的机械能转变成 电能。 n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。 n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

4、。所有这些部件均装在 前后机架上。 转子 n转子的功用是产生旋转磁场。 n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 n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 n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 n定子也叫电 枢，它的功 用是产生交 流电。 n定子由定子 铁心和定子 绕组组成。 定子 n定子绕组有三相，三 相绕组采用星形接法

5、 或三角形（大功率） 接法，都能产生三相 交流电。 n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 n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 n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

6、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 n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。 n 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 n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

7、。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 n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 n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 n发电原理 n整流原理 发

8、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。 n（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。 n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 n一

9、般汽车交流发电机均采用如图所示的三组线 圈排列。 n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。 n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。 n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。 E =C1 n nE 一一相电动势的有效值； nC1 一一 电机常数； nn 一一转子的转速； n 一一磁极磁通。 三角形接法 n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

10、保证发出足够的电 ，所以三角形接法很少使用。 星形（Y）接法 n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 n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 n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

11、高者导通。 负极管的导通原则 n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 n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 n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 n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

12、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 n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。 n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

13、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 n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。 n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 n根据中华人民共和国汽车行业标准 QC/T7393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 n常用维修工具与测试仪器的使用 n

14、交流发电机的拆装与维护 n安装 常用测试仪器 n跨接线 n测试灯 n汽车专用电笔 n万用表 交流发电机的拆装与维护 n拆卸、分解、检查、组装、安装 拆卸发电机 n取下传动皮带 n拆下发电机 n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） 发电机端子绝缘体 电刷座 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 驱动端盖 转子 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 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。

15、 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。 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 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 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

16、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 测量滑环 n用游标卡尺测量滑环的外径 n 如果测量值超过规定的磨损极限，更换转子 。 n 旋转时滑环和电刷接触，使电流产生流动。 n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 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