电源系统-交流发电机及调节器课件

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1、学习目标,了解交流发电机的功用。 了解调节器的工作原理。 了解汽车充电系的组成。 掌握交流发电机的结构、工作原理。 掌握交流发电机的试验、检测及维修方法。 掌握电路检测及维修方法。,3.1 交流发电机的结构,交流发电机在汽车上的位置,交流发电机在汽车上的位置,充电系统组成,发电机在汽车上的位置,日产风度轿车发电机在发动机上的位置,别克发电机在发动机上的位置,别克、凯迪拉克轿车用北极星发动机,奔驰轿车发动机,宝马直列六缸发动机,宝马V8发动机（水冷发电机）,宝马柴油发动机,宝马525轿车发电机,宝马750i轿车水冷发电机,3.1 交流发电机的结构,3.1.1发电机的功用 3.1.2普通交流发电机

2、的结构 1转子 2定子 3整流器 4端盖及电刷组件 5带轮及风扇,3.1.1 发电机的功用,发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动机正常运转时，向所有用电设备（启动机除外）供电，同时给蓄电池充电。 汽车用发电机可分为直流发电机和交流发电机，由于交流发电机的性能在许多方面优于直流发电机，直流发电机已被淘汰。目前汽车采用三相同步交流发电机，内部带有二极管整流电路，将交流电整流为直流电，所以，汽车交流发电机输出的是直流电。 交流发电机必须配装电压调节器，电压调节器对发电机的输出电压进行控制，使其保持基本恒定，以满足汽车用电器的需求。,3.1.2 普通交流发电机的结构,图3.1 JF132型交流发电机

3、解体图 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 7转子 8定子 9前端盖 10风扇 11带轮,普通交流发电机一般由转子、定子、整流器、前后端盖、风扇、带轮等组成。图3.1为JF132型6管普通交流发电机解体图,3.1.2 普通交流发电机的结构,1转子 转子的功用是产生磁场。 转子由爪极、磁轭、励磁绕组、滑环、转子轴等组成，如图3.3、3.4所示。 转子轴上压装着两块爪极，爪极被加工成鸟嘴形状，爪极空腔内装有励磁绕组和磁轭。 滑环由两个彼此绝缘的铜环组成，压装在转子轴上并与轴绝缘，两个滑环分别与励磁绕组的两端相连。 当给两滑环通入直流电时，励磁绕组中就有电流通过，并产生轴向

4、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（或八对）相互交错的磁极。如图3.3所示。 当转子转动时，就形成了旋转的磁场。,3.1.2 普通交流发电机的结构,交流发电机转子,3.1.2 普通交流发电机的结构,2定子 定子的功用是产生三相交变电动势 定子安装在转子的外面，和发电机的前后端盖固定在一起，当转子在其内部转动时，引起定子绕组中磁通的变化，定子绕组中就产生交变的感应电动势。 定子由定子铁心和定子绕组（线圈）组成，如图3.5所示。 定子铁心由内圈带槽、互相绝缘的硅钢片叠成。 定子绕组有三组线圈，对称的嵌放在定子铁心的槽中。三相绕组的连接有星形接法和三角形接法两种，如图3.

5、5a、b所示，都能产生三相交流电。,图3.5 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,3.1.2 普通交流发电机的结构,交流发电机定子及铁芯,3.1.2 普通交流发电机的结构,3整流器 整流器的功用是将定子绕组的三相交流电变为直流电。 整流器由整流板和整流二极管组成，6管交流发电机的整流器是由6只硅整流二极管分别压装（或焊装）在相互绝缘的两块板上组成的，其中一块为正极板（带有输出端螺栓），另一块为负极板，负极板和发电机外壳直接相连（搭铁），也可以将发电机的后盖直接作为负极板。 6只整流二极管分为正极管和负极管两种。引出电极为正极的称为正极管，3只正极管装在

6、同一块板上，称为正极板；引出电极为负极的称为负极管，3只负极管安装在负极板上，也可直接安装在后盖上。如图3.6所示。,图3.6 交流发电机整流二极管安装示意图 a）焊接式 b）电路图 c) 压装式 1正整流板 2负整流板,3.1.2 普通交流发电机的结构,焊接式整流器基本结构,3.1.2 普通交流发电机的结构,压装式整流器基本结构,3.1.2 普通交流发电机的结构,4端盖及电刷组件 端盖一般分两部分（前端盖和后端盖），起支撑转子、定子、整流器和电刷组件的作用。端盖一般用铝合金铸造，一是可有效的防止漏磁，二是铝合金散热性能好。后端盖上装有电刷组件。 电刷组件由电刷、电刷架和电刷弹簧组成，如图3.

7、9所示。 电刷的作用是将电源通过滑环引入励磁绕组。两个电刷分别装在电刷架的孔内，借助弹簧压力与滑环保持接触。 电刷和滑环的接触应良好，否则会因为磁场电流过小，导致发电机发电不足。,图3.9 电刷组件,3.1.2 普通交流发电机的结构,整体式交流发电机电刷结构,电刷及弹簧,3.1.2 普通交流发电机的结构,前后端盖,3.1.2 普通交流发电机的结构,5带轮及风扇 交流发电机的前端装有带轮和风扇，由发动机通过传动带驱动发电机的转子轴和风扇一起旋转。 发电机工作时，定子绕组和励磁绕组中都会有热量产生，温度过高会烧坏导线的绝缘导致发电机不能正常工作，所以为发电机散热是必须的，为了提高散热能力，有的发电

8、机装有两个风扇（前后各一个）。如丰田轿车的发电机。,3.2 交流发电机工作原理,3.2.1发电原理 3.2.2整流原理 3.2.3交流发电机的励磁,3.2.1交流发电机发电原理,如图3.11所示，发电机定子的三相绕组按一定规律分布在发电机的定子槽中，内部有一个转子，转子上安装着爪极和励磁绕组。 当外电路通过电刷使励磁绕组通电时，便产生磁场，使爪极被磁化为N极和S极。当转子旋转时，磁通交替地在定子绕组中变化，根据电磁感应原理可知，定子的三相绕组中便产生交变的感应电动势。这就是交流发电机的发电原理。,图3.11 交流发电机发电原理示意图 1定子铁心 2定子绕组 3转子 4励磁绕组 5整流二极管 6

9、电刷,3.2.1交流发电机发电原理,定子每相电动势的有效值的表示 式中 -绕组系数(和发电机定子绕组的绕线方式有关 ) -每相绕组的匝数（单位：匝） 频率（单位：Hz） -每极磁通（单位：Wb） -电机结构常数（ ） -称为相电动势。 由此可见，当交流发电机结构一定时（结构常数 不变），相电动势 和发电机转速、磁通成正比。,3.2.2 交流发电机整流原理,交流发电机定子的三相绕组中，感应产生的是交流电，是通过6只二极管组成的三相桥式整流电路整流为直流电的，整流电路如图3.12a所示。 二极管具有单向导通性,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。将定子的三相绕

10、组和6只整流二极管按图3.12a的电路连接，发电机的输出端B、E上就输出一个脉动直流电压，如图3.12c所示，这就是发电机的整流原理。,图3.12 交流发电机整流原理a) 整流电路图 b) 三相绕组电压波形图 c) 整流后发电机输出波形图,3.2.2 交流发电机整流原理,3.2.2 交流发电机整流原理,1整流原理: （1）二极管的导通原则 当3只正二极管负极端连接在一起时，正极端电位最高者导通； 当3只负二极管正极端连接在一起时，负极端电位最低者导通。 （2）整流过程的分析 同时导通的二极管管子总是两个，正、负管子各一个。 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

11、稳的脉动直流电压,如图3.12(c)所示。,图3.13整流二极管导通分析,3.2.2 交流发电机整流原理,2中性点电压 在定子绕组为星形连接时，三相绕组的公共结点称为中性点。从三相绕组的中性点引一根导线到发电机外，标记为“N”。“N”点电压称为中性点电压。 中性点电压平均值为发电机输出电压（平均值）的一半，即：,带有中性点接线柱的发电机，可用中性点电压来控制各种用途的继电器工作,3.2.2 交流发电机整流原理,利用中性点电压提高发电机功率 有的发电机（如夏利发电机）的整流器有8只整流管，其中两只整流管接在中性点处（1只正极管和1只负极管），如图3.16所示。把中性点电压和三相绕组并联输出，实践

12、证明这样可提高发电机功率1015。,图3.16 具有中性点二极管的整流电路,3.2.3交流发电机的励磁,除了永磁式交流发电机不需要励磁以外，其它形式的交流发电机都需要励磁，因为它们的磁场都是电磁场，必须给励磁绕组通电才会有磁场产生而发电，否则发电机将不能发电。 将电流引入到励磁绕组使之产生磁场称为励磁。交流发电机励磁方式有自励和它励两种。 1它励 在发电机转速较低时（发动机未达到怠速转速），自身不能发电，需要蓄电池供给发电机励磁绕组电流，使励磁绕组产生磁场来发电。这种由蓄电池供给磁场电流发电的方式称为它励发电。,3.2.3交流发电机的励磁,2自励 随着转速的提高（一般在发动机达到怠速时），发电

13、机定子绕组的电动势逐渐升高并能使整流器二极管导通，当发电机的输出电压UB大于蓄电池电压时，发电机就能对外供电了。当发电机能对外供电时，就可以把自身发的电供给励磁绕组，这种自身供给磁场电流发电的方式称为自励发电。 交流发电机励磁过程是先它励后自励。当发动机达到正常怠速转速时，发电机的输出电压一般高出蓄电池电压12V以便对蓄电池充电，此时，由发电机自励发电。 不同汽车的励磁电路各不相同，但有一个共同特点是，励磁电路都必须由点火开关控制。交流发电机的励磁电路如图3.17、3.18所示。,3.2.3交流发电机的励磁,图3.17 6管内搭铁型交流发电机的励磁,3.2.3交流发电机的励磁,图3.18 11

14、管外搭铁型交流发电机的励磁,3.3常见交流发电机的结构,3.3.1交流发电机的分类 3.3.2常见发电机的结构型式 3.3.3交流发电机的型号 3.3.4交流发电机的性能指标,3.3.1交流发电机的分类,1.按总体结构分 （1）普通交流发电机。这种发电机即无特殊装置，也无特殊功能特点，使用时需要配装电压调节器。 （2）整体式交流发电机，发电机和调节器制成一个整体的发电机。 （3）带泵的交流发电机。发电机和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起的发电机。 （4）无刷交流发电机，不需要电刷的发电机。 （5）永磁交流发电机，转子磁极为永磁铁制成的发电机。,3.3.1交流发电机的分类,3.3.1交流发电机

15、的分类,2.按整流器结构分 （1）6管交流发电机。 （2）8管交流发电机。 （3）9管交流发电机。 （4）11管交流发电机。 3.按励磁绕组搭铁型式分 （1）内搭铁型交流发电机。 （2）外搭铁型交流发电机。,注意：交流发电机搭铁型式不同，所配用的调节器及接线方法不同，充电系故障检查方法也不同，使用时应予注意，否则发电机不发电，调节器不工作。,3.3.1交流发电机的分类,3.3.2常见发电机的结构型式,19管交流发电机 （1）9管交流发电机结构特点： 9管交流发电机的基本结构和6管交流发电机相同，所不同的是整流器，9管交流发电机的整流器是由6只大功率硅整流二极管和3只小功率励磁二极管组成。 图3

16、.22所示为日立公司生产的LR160-708型整体式外搭铁型9管交流发电机电路图。,图3.22 LR160-708型9管交流发电机电路图 1点火开关 2主继电器 3熔丝 4充电指示灯,3.3.2常见发电机的结构型式,（2）充电指示灯电路： LR160-708型9管交流发电机的励磁电路还有一个功能，就是控制充电指示灯电路，在图3.22所示电路中，有一充电指示灯，其作用是： 指示发电机是否有故障； 警告驾驶员停车后关断点火开关。 （3）充电指示灯的工作原理： 当点火开关接通时，发电机未发电，由蓄电池供给磁场电流。此时充电指示灯亮，表示蓄电池放电，发电机它励。 当发动机启动后，转速升高到怠速及其以上时，发电机应能正常发电并对外输出，此时，磁场电流由发电机供给，发电机自励发电。若没有熄灭,说明发电机不发电或充电指示灯电路有故障。 发电机熄火后，由于发电机不再发电，如果没有关断点火开关，蓄电池会通过磁场电路向励磁绕组放电，充电指示灯会再次发