交流发电机及调节器

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1、第二章、交流发电机及调节器,主要内容,交流发电机的构造 交流发电机的工作原理 交流发电机的工作特性 交流发电机的调节器 交流发电机的使用与维护 充电系统的常见故障,发电机是汽车用电设备的主要电源。在汽车正常运行期间，发电机向除起动机之外的其它用电设备供电，并向蓄电池充电。 汽车上所用的发电机大多为三相交流发电机。,汽车上采用硅整流交流发电机，它以硅二极管为整流器，将交流电转变成直流电。具有结构简单、体积小、重量轻、功率高、工作可靠、寿命长、维修方便等特点。,交流发电机的型号 车用交流发电机的型号根据各国家或地区的规定各有不同，我国根据QCT 7393汽车电气设备产品型号编制方法的规定，汽车交流

2、发电机的型号如下： 第1部分为产品代号。交流发电机的产品代号有JF、JFZ、JFB、JFW四种，分别表示交流发电机、整体式交流发电机、带真空泵交流发电机和无剧交流发电机。 第2部分为电压等级代号。用1位阿拉伯数字表示，112 V；224V；66 v。 第3部分为电流等级代号。 第4部分为设计序号，按产品设计先后顺序，以12位阿拉伯数字组成 第5部分为变形代号，交流发电机以调整臂位置 作为变形代号。从驱动端看，在中间不加标记 在右边时用Y表示；在左边时用Z表示。如果发电机被驱动的旋转方向为逆时针，则最后一个字母为N,JF152：表示交流发电机，其电压等级为12V,电流等级为50A59A，第二次设

3、计。 桑塔纳、奥迪100型轿车用JFZ1913Z型交流发电机，是电压等级为12V，电流等级为90A，第13次设计，调整臂在左边的整体式交流发电机。,交流发电机的类型,车用交流发电机 按总体结构形式可分为: 普通式-（发电机与电压调节器独立）如东风EQ1090（EQ140）型载货汽车用JF132型交流发电机、解放CA1091型载货汽车用JF1522A型交流发电机；（交流发电机,A是指系列号的第一个或第二个; 下一个同系列的发电机的型号是B或者C） 整体式-（电压调节器附在发电机内）如一汽（FAW）奥迪、上海桑塔纳等轿车用JFZ1813Z； 带真空泵式交流发电机即带真空制动助力泵的交流发电机，如J

4、FB1712型交流发电机； 无刷式交流发电机无电刷、滑环结构的交流发电机，如JFW14型交流发电机； 永磁式交流发电机转子磁极采用永磁材料的交流发电机；,按励磁绕组的搭铁方式可分为 内搭铁式即磁场绕组的一端与发电机壳相连接。东风EQ1090（EQ140）型载货汽车用JF132型交流发电机 外搭铁式-即磁场绕组的一端经调节器后搭铁。解放CA1091型车用的JF152D，JF1522A型交流发电机。 按整流器的二极管数量可分为 6管整流六只硅二极管，应用最为广泛。JF132、 JF152D、JF1522A 8管整流具有两个中性点二极管的交流发电机，共有八只二极管。天津夏利TJ7100微型轿车的JF

5、Z1542型交流发电机 9管整流具有三个磁场二极管的交流发电机，共有九只二极管。北京BJ1022型轻型载重车用的JFZ141交流发电机。 11管整流具有中性点二极管和磁场二极管的交流发电机，共有十一只二极管。桑塔纳轿车用JFZ1813Z型交流发电机。,汽车用交流发电机的分类,普通式,整体式,真空泵式,2-1、交流发电机的构造,交流发电机由转子、定子、整流器和前后端盖等组成。,一、转子,转子由爪极（每个爪极有个鸟嘴形磁极）、转子绕组、滑环和转轴等组成。,在转子绕组中通入一个直流电流时，产生一个磁场。,在发动机的带动下转子旋转，在定子绕组中产生一个旋转磁场。,交流发电机的转子 1集电环 2轴 3爪

6、极4磁轭 5励磁绕组,转子磁场的磁力线分布与磁场电路原理如图所示。,转子磁场的磁力线分布与磁场电路原理 ） 磁场的磁力线分布 ） 磁场电路原理 1、5电刷 2、4集电环 3励磁绕组 6点火开关 7蓄电池,定子是由定子铁心和三相定子绕组组成，固定在前后端盖之间。,三相定子绕组,定子铁心,二、定子,定子铁心由相互绝缘的内圆带槽的环状硅钢片叠成。定子槽内置有三相对称绕组，三相绕组大多数采用“Y”形（星形）连结，也有用“”形连结的。 ，定子绕组在转子产生的旋转磁场作用下，感应并输出三相正弦交流电动势。,定子及定子绕组的联结方式 a)星形(Y)联结 b)三角形()联结,由于车用发电机定子绕组均采用单层绕

7、法，即一个定子槽中只放一个有效边，所以三个线圈6个有效边只需6个槽。设转子磁极对数为P,则每相绕组共有P个线圈，2 P个有效边，三相绕组有3 P个线圈，3 2 P个有效边，定子槽数为线圈节距：每个线圈的两个有效边之间所间隔距离称为线圈节距y1，通常用定子槽数表示。而相邻 异性磁极中心线之间的距离称为极距yp,一般也用定子槽数表示，则,为了获得最大感应电动势，每个线圈的两条有效边应置于相邻的异性磁极下，以使感应电动势能相互叠加，当线圈的节距等于极距时，即可达到上述要求。,电角度 为磁极对数与机械角度的乘积，即对于6对磁极的交流发电机，其定子铁心每槽机械角度为则每槽为,因此，要使三相绕组的感应电动

8、势相差1200电角度，只要相邻绕组线圈的起端（或末端）相隔两个槽（或8个槽）即可，即三相绕组的各起端A、B、C分别放入1、3、5槽（或1、9、17槽），即能保证三相绕组相邻之间相差1200电角度。,下图为JF132型交流发电机定子绕组的展开图，发电机有六对磁极，定子总槽数为36个槽，即一对磁极对应六个槽。,JF132型交流发电机定子绕组的展开图,整流器是将交流电转换成直流电的一种装置，在车用发电机中，一般采用三相桥式整流电路作整流器。,三、整流器,交流发电机的整流器，是由六只硅整流二极管组成的三相桥式整流电路。如图所示，硅整流二极管分为正极管和负极管。,硅整流二极管的安装 1火线接线柱 2元件

9、板 3正极管 4负极管 5后端盖,正整流板与外壳绝缘，在正整流板上有一个输出接线柱B作为发电机的输出端。 负整流板直接搭铁。负整流板一定和壳体相连接。 整流板的形状 各异，有马蹄 形、长方形、 半圆形等见图,整流管的安装,普 通 型,中性点二极管型,整流器一般有以下四种形式：,磁场二极管型,中性点与磁场二极管型,磁场二极管可以提高电压调节的精度。,中性点二极管的整流器，可以提高发电机的输出功率。,桑塔纳汽车用的整流器电路,前端盖用来固定发电机，后端上装有电刷架和整流器。风扇风叶装在前端盖与皮带轮之间（双风扇发电机的两个风叶装在发电机内部的转子上），在发电机工作时，起强制通风散热作用。,前、后端

10、盖,风 叶,轴 承,四、端盖、风扇和轴承,如图a所示为奥迪轿车所用的发电机。对于一些高档轿车，其发电机的功率大、体积小，为了提高散热强度，一般装有两个风扇 ，且将风扇叶直接焊在转子上，如图b所示为丰田轿车所用的发电机。,交流发电机的通风 a）单风扇式 b）双风扇式 1、4带轮 2、5、7风扇 3、6转子,(2)电刷架 材料：酚醛玻璃纤维塑料(模压)。 (3)装配关系：两只电刷装在电刷架方孔内，有弹簧保持其与集电环接触良好。 (4)分类：外装式和内装式两种。,(1)电刷 1)作用：电刷与集电环接触，将直流电引入励磁绕组。 2)材料：铜粉和石墨粉(模压)。,五、电刷与电刷架,外搭铁型发电机：磁场绕

11、组的两只电刷都和壳体绝缘的发电机。 外搭铁型发电机的磁场绕组负极（负电刷）接调节器后再搭铁。,磁场绕组的搭铁型式,内搭铁型发电机：磁场绕组负电刷直接搭铁的发电机（和壳体直接相连）。,(2)风扇：1)作用：在发电机工作时强制进行抽风冷却。2)材料：一般用1.5mm钢板冲制或用铝合金压铸。,交流发电机的构造,五、带轮与风扇 (1)带轮：1)作用：通过皮带将发动机的动力传给发电机。2)材料、类型与定位方法：由铸铁或铝合金制成，分单槽和双槽两种，与风扇共用一个半圆键和转子轴连接，用弹簧垫片和螺母紧固。,2-2、交流发电机的工作原理,一、发电原理 二、整流原理 三、中性点电压 四、发电机的励磁,一、发电

12、原理 由电刷给转子通电（励磁）产生磁场； 由发动机带动发电机转子旋转，产生旋转磁场 ； 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。 当转子旋转时，旋转的磁场使固定的电枢绕组中通过的磁通量发生变化，而在定子电枢绕组中产生三相感应电动势。 由整流器整流为直流电输出。,1. 三相绕组中交流电动势瞬时值的表达式为：,2. 每相绕组中电动势的有效值为：,由此可见，当交流发电机结构一定时（结构常数Ce不变），相电动势E和发电机转速、磁通成正比。,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

13、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。,二、整流原理,整流电路将三相电动势转变成直流脉动电压；由于蓄电池具有电容的功能，故输出的直流电压波形较平坦。 3.二极管的导通原则在某瞬时，只有电压最高一相的正极管和电压最低一相的负极管导通。当三只二极管负极端相连时，正极端电位最高者导通；当三只二极管正极端相连时，负极端电位最低者导通。,1)正极管导通原则 因为三只正极管(VD1、VD3、VD5)的正极分别接在发电机三相绕组的始端(U、V、W)上，它们的负极又连接在一起，所以三只正极管的导通原则是：在某一瞬间，正极电位最高者导通，因为正极电位最高的二极管导通

14、后，就使另两只二极管的负极电位高于正极而不能导通。 2)负极管导通原则 因为三只负极管(VD2、VD4、VD6)的负极分别接在发电机三相绕组的始端，它们的正极又连接在一起，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，因为该二极管导通后，就使另两只二极管的正极电位低于负极而不能导通。,4. 整流过程,5.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：U=1.35UL=2.34U 式中：UL线电压；U相电压。,三、中性点电压,中性点是三相绕组的末端交点。其输出电压称为中性点电压，标记为UN。 中性点

15、电压的平均值等于交流发电机输出直流电压的一半，即,中性点电压常用来控制各种功能的继电器：磁场继电器、充电指示灯继电器等。,发电机转子绕组产生磁场，称为励磁，发电机的励磁有他励和自励两种方式。由蓄电池向磁场绕组供电的方式，称为他励；由发电机产生的电压向磁场绕组供电的方式，称为自励。汽车用发电机在刚开始发电时，转子绕组由蓄电池供电产生磁场，属于他励；待发电机旋转起来，输出电压高于蓄电池电压时，发电机向磁场绕组供电，励磁方式由他励变为自励。,四、励磁方法,交流发电机的工作特性，是指发电机工作时，端电压U、输出电流与转速之间的关系。,一、空载特性,空载特性是指发电机空载（即 0）时，发电机端电压U与转

16、速 之间的关系。,U与n成线性关系,他励,自励,2-3、交流发电机的工作特性,从曲线可以看出，随着转速的升高，端电压上升较快。由他励转入自励发电时，即能向蓄电池进行补充充电。证实了交流发电机低速充电性能好的优点。空载特性是判定交流发电机充电性能是否良好的重要依据。,当发电机转速一定时，输出电压随输出电流的变化规律。,在转速一定时，端电压随输出电流的增加而下降，当输出电流超过一定值后，电压和电流同时下降（拐点处）。,当发电机在高速旋转时，如果突然失去负载，端电压将瞬时增大，整流器及调节器中的电子元件造成损坏。,二、外特性,（1）发电机的转速越高，在相同电压下其输出电流越大或相同电流下其输出电压越高。（2）当保持在某一转速时，端电压均随输出电流的增大而相应下降得较快，原因是： 发电机的输出电流增大，随着电枢反应增强，导致定子绕组中的感应电动势下降，引起端电压的下降。 发电机的输出电流增加，使得发电机内压降增大，引起端电压下降。 当端电压下降较多时导致励磁电流减小，引起磁场减弱，从而导致发电机端电压进一步下降。此外，发电机输出电流随负载增加到一定值时，若再继续增加负载，输出电流不再增加，反而同端电压一起下降。,