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1、第三章 硅整流发电机,第一节 硅整流发电机的结构与型号 第二节 硅整流发电机的原理及特性 第三节 硅整流发电机的检修与性能测试 第四节 电压调节器及电源线路连接,一、硅整流发电机的结构 硅整流发电机主要由转子、定子、整流器、前后端盖、风扇及皮带轮、电刷及电刷架等6个部分组成。 1.转子 转子的作用是产生旋转磁场，其结构如图3-1所示。转子轴上压装有导磁铁心(也称磁扼)，铁心上绕有励磁绕组，两块爪极压装在转子轴上并与铁心压紧，绕组的两端线引出后，分别焊接在两个彼此绝缘的滑环上。电刷与发电机滑环紧密接触。当电刷与电源接通时，励磁绕组有电流通过，产生磁场。两块爪极一块被磁化为N极，另一块被磁化为S极
2、。,第一节 硅整流发电机的结构与型号,下一页,于是在转子的表面形成了N, S极相互交错的六对磁极，磁极的分布，见图3-2。 2.定子 硅整流发电机的定子又叫电枢，它的作用是产生三相对称交流电。定子由铁心和绕组两部分组成。铁心由圆环状相互绝缘的硅钢片叠成，其内圆有沟槽，定子绕组就嵌装在沟槽内。JF1522A型发电机的结构，如图3-3所示。 三相绕组的形状、尺寸完全相同，对称地安装在定子铁心的槽内，三相绕组一般为星形连接形式。 3.整流器,第一节 硅整流发电机的结构与型号,下一页,上一页,第一节 硅整流发电机的结构与型号,整流器的作用是将电枢绕组产生的三相交流电转换成直流电。 硅整流发电机的整流器
3、一般是由六只二极管组成的三相桥式整流电路。整流二极管的外形如图3-4所示。二极管的外壳和中心引线分别是它的两个电极。按中心引线极性的不同，二极管有两种形式:一种是中心引线为二极管的正极，称正极管;另一种是中心引线为二极管的负极，称负极管。便于区分，正极管管壳的顶部涂有红色标记，负极管则涂有黑色标记。负极管压装在后端盖上，正极管压装在元件板上。元件板与后端盖绝缘并通过与后端盖绝缘的螺栓引出，作为发电机的火线接线柱，标记为“电枢”或“+”。 元件板由铝合金材料制成，以利散热，它固定在后端盖内。,下一页,上一页,第一节 硅整流发电机的结构与型号,有些发电机将同一极性的整流元件直接制作在一块散热板上，
4、制成如图3-5所示的整体式整流器。这种形式的整流器只要有一只二极管损坏，整个整流器即报废，但整体式整流器更换维修方便，因而应用也较广泛。 4.前、后端盖 前、后端盖上均有轴承座孔，用于安装转子轴承以支撑转子。两端盖分别有挂脚，利用挂脚和调整臂将发电机安装固定在发动机上，改变调整臂的固定位置可以调整传动皮带的松紧程度。 前后端盖用铝合金材料制成，铝合金是非导磁材料，它既可以防止漏磁，又具有良好的导热性能，有利于散热。,下一页,上一页,5.电刷及电刷架 电刷架安装在后端盖上。两电刷分别装在电刷架的两个方形孔内。电刷用石墨粉压制而成，带有一条多股铜质引线。电刷外端装有弹簧，依靠弹簧使电刷与滑环紧密接
5、触。电刷架结构有两种形式，一种是拆装电刷在外部进行，另一种是拆装电刷必须在发电机内部进行。 两电刷的引线分别接后端盖上的两个接线柱，按接线柱形式的不同，发电机被分成内搭铁和外搭铁两种形式。其中，内搭铁式发电机的一个接线柱与后端盖绝缘，称为“磁场”接线柱，标记“磁场”或“F“，另一接线柱与后端盖直接接触(搭铁)，称为“搭铁”,下一页,上一页,第一节 硅整流发电机的结构与型号,接线柱，标记“搭铁”或“-”。外搭铁式发电机的两接线柱都与后端盖绝缘，分别标记“F1“、“F2“。工作时，励磁绕组的一端须经调节器在发电机外部搭铁。两种发电机励磁绕组的接法见图3-6。 6.风扇及皮带轮 风扇一般用低碳钢板冲
6、压而成，在发电机工作时，对发电机强制通风冷却。皮带轮一般用铸铁或铝合金铸造而成，有双槽和单槽之分。 二、硅整流发电机的型号 根据JB 1546-1983的规定，汽车发电机型号由以下五部分组成:,下一页,上一页,第一节 硅整流发电机的结构与型号,.产品代号由两个或三个汉语拼音大写字母构成(见表3-1)。 .分类代号发电机以标称电压分类(见表3-2) 。 .分组代号功率等级代号，用一位阿拉伯数字表示(见表3-3)。 .设计序号表示产品设计的先后顺序，用阿拉伯数字表示。 .变形代号硅整流发电机的变形代号依发电机调整臂位置确定，从驱动端看，调整臂在 中间不加标记;在右侧用“Y表示;在左侧用“Z“表示。
7、,下一页,上一页,第一节 硅整流发电机的结构与型号,返 回,上一页,第一节 硅整流发电机的结构与型号,如桑塔纳、奥迪100轿车用发电机型号为JFZ1913Z。表示该发电机为整体式交流发电机，标称电压为12V，功率大于1000 W，第13次设计，调整臂在左侧。,一、发电原理 硅整流发电机的三相定子绕组是对称的。即每相绕组的个数及每个线圈的匝数都相等， 绕组的绕法也相同，且按相同的规律分布在定子铁心的槽中，它们之间互差120电角度，绕组的接法见图3-7(a)。发电原理如下: 当励磁绕组有电流通过时，转子的两块爪极被磁化，形成了N, S极相互交错的三对磁场。发电机工作时，磁场同时旋转。于是，定子三相
8、绕组与磁场发生相对运动，定子绕组切割磁场磁力线，产生感生电动势。三相定子绕组所产生的感生电动势是频率相同、最大值相同、相位相差120。的三相对称正弦交流电动势。,第二节 硅整流发电机的原理及特性,下一页,三相交流电动势分别用eA、eB、eC表示，其瞬时值方程为: 式中:Em每相电动势的最大值; E每相电动势的有效值; w角频率( , f为交流电的频率，与发电机的转速成正比)。 硅整流发电机每相绕组产生的交流电动势的有效值与发电机的转速和磁通的乘积成正比，可表示为:,第二节 硅整流发电机的原理及特性,下一页,上一页,式中:C1电机常数(与发电机的结构有关); n发电机转速; 磁场磁通。 发电机的
9、三相绕组与整流器连接在一起时，三相绕组向整流器输出三相交流电，发电机输出的交流电压uA , uB, uC也是对称的，电压波形见图3-7 (b)。 二、整流原理 1.二极管的导通原则 整流器的作用就是利用二极管的单向导电性，通过三相桥式整流电路，将电枢绕组产生的三相交流电转换成直流电。,下一页,上一页,第二节 硅整流发电机的原理及特性,硅二极管具有单方向导电特性，只要二极管正极的电位交于负极电位，管子呈低电阻，处于“导通”状态，反之管子呈交电阻，处于“截止”状态。电枢绕组输出的三相交流电，在某一瞬间，有一相电压最高，同时还有一相电压最低，接在电压最高的相线上的正极管获得正向电压导通。同时，接在电
10、压最低的相线上的负极管也获得正向电压导通(此时相线上的电位低于接地电位，或者说，接地电位高于该相线电位，因而该二极管导通)。其余四个二极管皆因承受反向电压而截止。由于这两个二极管的导通，整流器的“+”端电位最高，“-”端电位最低，将发电机两相线之间的电压(线电压)加在负载R上。,下一页,上一页,第二节 硅整流发电机的原理及特性,2.整流器工作过程 不同形式的发电机，整流器二极管的数量也不同，下面分别介绍整流器工作过程与作用。 (1)普通(六管)整流器普通整流器见图3-7 (b)。整流过程为:在t1t2时间内，A相电压最高，B相电压最低，因而二极管V, VQ导通。电流由A点V负载RV4B点。 在
11、t2t3时间内，A相电压仍最高，但此时C相电压最低，故V1, V6导通，电流由AV1负载RV6B;在t3t4时间内，V3, V6导通;在t4t5时间内，V3、V2导通。 依此类推，六只二极管两两轮流导通，于是，将电枢绕组产生的,下一页,上一页,第二节 硅整流发电机的原理及特性,三相交流电转换为直流电，向负载R供电。输出电压波形如图3-7 (c)所示。 发电机经整流后的直流电压与每相电动势的有效值成正比，可表示为: 式中:C为电机常数。 有些硅整流发电机把中性点用导线引出，接在中性点接线柱(一般用“N标记)上。这一电压常用来控制充电指示灯或某些继电器。中性点输出的整流原理如下(见图3-7 )。
12、在0t2时间内，由于V4导通，中性点负载的电流由三相绕组中性点中性点负载RN搭铁发电机“-”VQ发电机B相首,第二节 硅整流发电机的原理及特性,下一页,上一页,端构成回路，将uB反向加在RN上。 在t2t4时间内，导通的V6，将uC反向加在RN上;在t4t6时间内，导通的V2，将 uA反向加在RN上，即导通负极管将与其相接的那相电压反向加在中性点负载上，其输出波形见图3-7 (d)。显然中性点电压UN的平均值是发电机输出电压的一半。 (2)九管整流器九管整流电路见图3-8，它是在六管整流器的基础上增加了三只较小功率的正极管，形成了两个三相桥式整流电路，且独立整流，由三只小功率正极管与三只负极管
13、构成的整流器用来输出发电机的励磁电流，因此三只小功率正极管被称为励磁二极管。,下一页,上一页,第二节 硅整流发电机的原理及特性,采用九管整流器的目的是用来控制充电指示灯，原理是: .发电机不发电或其电压低于蓄电池时，发电机励磁电流由蓄电池通过点火开关SW,充电指示灯L，经电压调节器，到发电机励磁绕组，充电指示灯被点亮，表明发电机不对蓄电池供电。 .当发电机电压达到或超过蓄电池端电压时，B+与D+电位相同，发电机开始对蓄电池充电，这时，发电机励磁电路变为:发电机D+电压调节器发电机励磁绕组搭铁一发电机负极构成回路。 .充电指示灯熄灭，表明发电机对蓄电池充电。 (3)带中性点整流管的整流器某些发电
14、机在其中性点和发电机正、负极间分别接一个较小功率的整流二极管，见图3-9。,下一页,上一页,第二节 硅整流发电机的原理及特性,其作用是对中性点处的高次谐波进行整流，将其输出电流叠加在输出端，以提高发电机的输出功率。实践证明，发电机接入中性点二极管后，当发电机转速达到5000r/min时，功率可提高10%15%。 三、硅整流发电机的特性输出特性 1.输出特性 输出特性是指在发电机端电压保持额定值不变的情况下，输出电流与转速之间的关系。硅整流发电机的输出特性曲线如图3-10(a)所示。 n1是发电机不带负载的情况下，刚刚达到额定电压时的转速，叫空载转速。 n2是发电机在额定电压下，输出电流也达到额
15、定值时的转速，,第二节 硅整流发电机的原理及特性,下一页,上一页,叫满载转速。 由输出特性曲线可以看出: .当发电机转速大于空转转速n1时，才能在额定电压下向负载供电。 .当发电机转速等于满载转速n2时，发电机愉出额定功率。 .当发电机愉出电流达到一定值后，愉出电流不再随负载的增加和发电机转速的增高而增大，而是保持基本恒定(该电流值叫发电机的最大愉出电流)。由此可以看出，硅整流发电机自身具有限制最大电流愉出的能力。 2.空载特性,第二节 硅整流发电机的原理及特性,下一页,上一页,空载特性是指发电机空载时，输出电压与转速之间的关系。硅整流发电机的空载特性曲线如图3-10 (b)所示。 由空载特性
16、曲线可以看出，发电机空载时，随转速增加，端电压急剧增加。所以，发电机在高速运转时，若突然失去负载，端电压会大幅度增高，容易损坏电子元件或烧坏用电设备，因此发电机的输出线路必须连接牢固。 3.外特性 外特性是指发电机转速一定时，端电压与输出电流之间的关系。图3-10 (c)是硅整流发电机在n1、n2、n3三种情况下的外特性曲线。由该曲线可以看出:,下一页,上一页,第二节 硅整流发电机的原理及特性,第二节 硅整流发电机的原理及特性,.发电机转速不同，端电压也不同，转速越高，端电压也越高。 .当发电机输出电流达到一定值时，再继续减小电阻，输出电流反而减小。由此也可以看出硅整流发电机自身具有限制最大电流输出的能力。,返 回,上一页,第三节 硅整流发电机的检修与性能测试,一、硅整流发电机的拆卸、检修与装配 1.硅整流发电机的拆卸 以JF 1522A型发电机为例，拆卸顺序如下: .拆下电刷架紧固螺钉，取出电刷组件。 .拆下接线柱螺母，拆下防护罩固定螺钉，取下防护罩。 .拆下前后端盖紧固螺检，将前、后端盖分开(在分开
