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1、第二章交流发电机与电压调节器,第一节交流发电机的构造 第二节交流发电机的工作原理 第三节交流发电机的特性 第四节新型交流发电机 第五节电压调节器 第六节交流发电机与电压调节器的使用维护与故障排除,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。
2、,下一页,返回,第一节交流发电机的构造,2.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. 51 mm。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
3、宽度)。,下一页,返回,上一页,第一节交流发电机的构造,3.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. 52 mm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,第一节交流发电机的构造,5.皮带轮
4、 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,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/T 73-1993汽车电气设备产品型号编制方法规定，汽
5、车交流发电机的型号组成下所示：,返回,上一页,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,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
6、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,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,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
7、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,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12 V的发电机规定为14 V，对24 V的发电机规定为28 V ) ,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。
8、 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,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
9、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,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
10、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,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
11、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,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14 V)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
12、机的输出电流，如图2 -21所示。,下一页,返回,上一页,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
13、是否发生故障。,下一页,返回,上一页,第四节新型交流发电机,三、十一管交流发电机 十一管交流发电机充电系统电路如图2 - 26所示，这种发电机不仅具有八管交流发电机提高输出功率的功用，而且具有九管交流发电机反映充电系统工作情况的功用。 四、爪极式无刷交流发电机 1.爪极式无刷交流发电机结构特点 爪极式无刷交流发电机的结构与前述有刷交流发电机基本相同，图2一27所示为国产JFW 14系列无刷交流发电机的外形及零部件组成图，其显著特点是磁场绕组不随转子轴转动，因此磁场绕组两端引线可直接从发电机内部引出，从而省去集电环和电刷并形成无刷结构，而爪极在磁场绕组的外围旋转。,下一页,返回,上一页,第四节新
14、型交流发电机,2.爪极式无刷交流发电机工作原理 当磁场绕组接通直流电流时，其主磁通路径由转子磁扼出发，经附加间隙g2磁扼托架附加间隙g1 左边爪极的磁极N 主气隙g 定子铁芯主气隙g 右边爪极的磁极S 转子磁扼而形成闭合回路。由此可见:爪形磁极的磁通是单向通道，即左边爪极的磁极全是N极，右边爪极的磁极全是S极，或者相反。 因为无刷交流发电机的磁场绕组静止不动，转子上的爪极在磁场绕组与定子铁芯之间旋转，所以在转子旋转时，磁力线便交替穿过定子铁芯，定子槽中的三相绕组就会感应产生交变电动势形成三相交流电，经整流器整流后，即可变为直流电供给用电系统使用。,下一页,返回,上一页,第四节新型交流发电机,3
15、.爪极式无刷交流发电机的优缺点 爪极式无刷交流发电机的优点是:结构简单、维护工作量少，工作可靠性高，可在潮湿和多尘环境中工作;工作时无火花，减小了无线电干扰，这是因为无刷交流发电机没有集电环和电刷，不存在电刷与集电环接触不良而导致发电不稳或不发电等故障。 爪极式无刷交流发电机的缺点是:由于汽车发电机转速最高可达18 000 r/min，因此连接两块爪极的制造工艺要求高、焊接困难;此外，由于主磁通路径中增加了两个附加间隙，因此在输出功率与有刷交流发电机相同的情况下，必须增大磁场绕组电流，这对控制磁场电流的调节器就提出了更高的要求。,下一页,返回,上一页,第四节新型交流发电机,五、感应子式无刷交流
16、发电机 (1)结构。感应子式交流发电机将磁场绕组和定子绕组都装在定子上。它由转子、定子、整流器等组成，如图2 - 29所示。 (2)原理。当磁场绕组中有电流通过时，其周围产生磁场，使转子凸齿磁化，磁力线的方向与凸齿的极性如图2 - 29中箭头方向所示。转子的凸齿没有固定的极性，只与所处的位置有关。当凸齿处于图中右上角和左下角时为N极，而处于左上角和右下角时为S极发电机工作时，转子不断旋转，凸齿的极性以及定子绕组周围的磁场不断变化，则会使定子绕组中感应出大小和方向不断变化的感应电动势。电动势的方向总是与磁场变化的方向相反，按电动势相加的原则将定子绕组串联起来，经单相全波整流，即转变为直流电。,返回,上一页,第五节电压调节器,一、触点式电压调节器 1.双级触点式电压调节器的构造 双级触点式调节器与单级式的区别在于多装了一对高速触点，而且高速触点是搭
