发电机工作原理

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1、汽车发电机工作原理 交流发电机的结构 各种发电机的优缺点对比交流发电机的结构一、6管交流发电机的结构交流发电机一般由转子、定子、整流器、端盖四部分组成。JF132型交流发电机组件图见图2-5aJF132 型交流发电机结构图见图 2-5bK|2-5UJF132EiJS 电机结枸囲1-后煤畫：f-整电ES J-电审-电串弹驚$-电肖黑卜時曲烧姐 J-定予绘组a-i-TUrt #)1&-H* H-SftJF132 型交流发电机结构图见图 2-5c一）转子转子的功用是产生旋转磁场。转子由爪极、磁轭、磁场绕组、集电环、转子轴组成，见图2-6寰盘虢电柄的转于1-塞瞪珏转子轼3-爪换斗-坯孫5-阳堵绕如转子

2、轴上压装着两块爪极，两块爪极各有六个鸟嘴形磁极,爪极空腔内装有磁场绕组（转子线圈）和磁轭。集电环由两个彼此绝缘的铜 环组成，集电环压装在转子轴上并与轴绝缘，两个集电环分别与磁场绕组的两端相连。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。交流发电机的磁路为：磁轭-N极一转子与定子之间的气隙-定子T定子与转子间的气隙-S极-磁轭。见图2-7。3JH -ilf|图厶了兗流发电机的磁路1 一磁翹2礙场绕组氛4磁桩5定手铁心$定子.绕组了一轴8 涌磯通二）定

3、子定子的功用是产生交流电。定子由定子铁心和定子绕组成。见图2-8A定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。定子绕组有三相，三相绕组采用星形接法或三角形（大 功率）接法，都能产生三相交流电。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。 1每个线圈的两个有效边之间的距离应和一个磁极占据的空间距离相等。2每相绕组相邻线圈始边之间的距离应和一对磁极占据的距离相等或成倍数。3.三相绕组的始边应相互间隔2n+120o电角度（一对磁极占有的空间为3600电角度） 例：国产JF13系列交流发电机三相绕组绕制见图2-8B结构参数如下：磁极对

4、数 p6 对 定子槽数 z36 槽 定子绕组相数m3相 每个线圈匝数 N13 匝 绕组联结方法Y型联结在国产JF13系列交流发电机中，一对磁极占6个槽的空间位置（每槽60o电角度），一个磁极占3个槽的空间位置，所以每个线 圈两条有效边的位置间隔是3个槽，每相绕组相邻线圈始边之间的距离6个槽，三相绕组的始边的相互间隔可以是2个槽， 8个槽， 14 个槽等。三）整流器 交流发电机整流器的作用是将定子绕组的三相交流电变为直流电，6管交流发电机的整流器是由6只硅整流二极管组成三相全波桥 式整流电路， 6只整流管分别压装（或焊装）在两块板上。1汽车用硅整流二极管特点（1）工作电流大，正向平均电流50A,

5、浪涌电流600A；（2）反向电压高，反向重复峰值电压270V,反向不重复峰值电压300V；（3）只有一根引线见图 2-9。并且有的二极管引线是正极，有的二极管引线是负极，引出线为正极的管子叫正极管，引出线为负 极的管子叫负极管，所以说整流二极管有正二极管和负二极管之分。将正极管安装在一块铝制散热板上，称为正整流板；将负极管安装另一块铝制散热板上，称为负整流板，也可用发电机后盖代替负整流板。见图 2-10。no9b)S?-ic二收當寄覲示电囹印r?桂盍切电齢is门压朕is1-疋整盘檢-自整蓝扳在正整流板上有一个输出接线柱B （发电机的输出端）。负整流板上直接搭铁。负整流板上一定和壳体相联接。整流

6、板的形状各异, 有马蹄形、长方形、半圆形等见图2-11SMi JF15抄人刖交池屋电机费帝踞思成 专整道摄胡整邃岳能成T-安装扎-迪站坐。-业梅接柱安装乳四）端盖 端盖一般分两部分（前端盖和后端盖），起固定转子、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，有电刷、电刷架和电刷弹簧组成。电刷的作用是将电源通过集电环引入磁场绕组。见图2-12231ooO图2-12电刷组件-电刷架2-样磁场接线柱 3-电刷与弹簧4- “磁场”接线柱磁场绕组（两只电刷）和发电机的联接不同，使发电机分为内搭铁型和外搭铁型两种 1内搭铁型发电机：

7、磁场绕组负电刷直接搭铁的发电机（和壳体直接相连）。见图2-13a外搭铁型发电机的磁场绕组负极（负电刷）接调节器，通过后再搭铁。二、8 管交流发电机8管交流发电机（如夏利车用）和6 管交流发电机的基本机构是相同的，所不同的是整流器有8只硅整流二极管，其中6 只组成三 相全波桥式整流电路，还有2 只是中性点二极管，1 只正极管接在中性点和正极之间，1只负极管接在中性点和负极之间。对中性 点电压进行全波整流。（见图2-14）11匸 .1- E爰电机丄E 2-14八管交流发电机电路團试验表明：加装中性点二极管的交流发电机在结构不变的情况下可以提高发电机的功率10%15%。中性点二极管提高发电机功率的原

8、理：交流发电机中性点电压为三次谐波，随着发电机转速的提高，中性点三次谐波电压也升高。见图2-1520145搭铁电压申性点电压的（2-15不同转速时中性点电压需甜电圧E中性点的平旳电压当中性点电压瞬时值高于三相绕组的最高值时，中性点正极官导通对外输出电流；电流回路为：中性点中性点正极官负载某 一负极管一定子绕组-中性点。见动画2。当中性点电压瞬时值低于三相绕组的最低值时，中性点负极官导通对外输出电流；电流回路：中性点定子绕组某一正极官负 载中性点负极官中性点。由于中性点参与了对外输出，所以能提高输出功率。三、9官交流发电机（日车应用较多） 9官交流发电机的基本结构和6官交流发电机相同，所不同的是

9、整流器。 9官交流发电机的整流器是由6 只大功率整流二极官和3 只小功率励磁二极官组成的交流发电机。其中 6 只大功率整流二极官组成三相全波桥式整流电路，对外负载供电， 3 只小功率官二极官与三只大功率负极官也组成三相全波桥式整流电路专门为发电机磁场供电。所以称3只小功率管为励磁二极管。9管交流发电机电路见图2-16 一 _ IB+JE tI . $W_ _ 一 _ _|團2-M九管沟格铁显交瓏发电机充电指示灯的作用在下一节有专门介绍 四、11管交流发电机（例如桑塔纳车用发电机）如图2-17週节務Oh圉t n十一曾蚪密性P疫诜蛍电机VP11 管交流发电机的整流器由8只大功率整流二极管（其中2只

10、中性点二极管）和3只磁场二极管组成。其它结构和6管交流发电 机相同。五、无刷交流发电机由于没有电刷和集电环，所以不会因为电刷和集电环的磨损和接触不良造成激磁不稳定或发电机不发电等故障；同时工作时无火花， 也减小了无线电干扰。无刷交流发电机分为爪极式、激磁机式和永磁式三种。一）爪极式无刷交流发电机见图2-18图3-18 爪极式无刷交流发电机的结构原理及磯路-转子轴；磁撬托架；3 -端盖.4-爪 扱；5-定子铁心；竹-非导磁联接环；7- 场绕 组：只-转了购辄1爪极式无刷交流发电机的结构及工作原理 爪极式无刷交流发电机磁场绕组是静止的，它通过一个磁轭托架固定在后端盖上,所以，不再需要电刷。 两个爪

11、极中只有一个爪极直接固定在电机转子轴上，另一爪极则用非导磁联接环固定在前一爪极上。当转子旋转时，一个爪极就带动另一爪极一起在定子内转动,当磁场绕组中有直流电通过时，爪极被磁化,就形成了旋转磁场。磁路如图2-18 所示2. 优点（1）结构简单、维护方便、工作可靠（2）不存在电刷与集电环接触不良导致的发电不稳或不发电故障。3. 缺点（1）爪极间连接工艺困难（2）由于磁路中间隙加大，发电机相同输出功率下需加大励磁电流。（二）激磁机式无刷交流发电机见图2-1918图2-59黴曬机式无剧交械炭咆机l-殖线柱：空-抑制电卿：1-胡体席调齐毬；4-h r； $磁披；逍騎绕外仁丁-足子卷心；只-毎产绕俎；9

12、鞅胡肌盘；忖-肋封；I】亠地訥；抽迅；门-油环*泊-JMft戌转尹；眄-蛙壌境殂；】&-:ffi；-进风门图 2-19 为德国波许公司生产的带有激磁机的无刷交流发电机。它实际上是在一台爪极式三相交流发电机的基础上增加了一部专为 其激磁的小型硅整流交流发电机，称为激磁机（图中4、5、6），激磁机的磁场绕组固定，而三相绕组是转动的。当发电机转动时， 在激磁机转子4 的三相绕组中感应出三相交流电，在发电机内部经二极管整流后变为直流电，直接供给爪极式三相交流发电机的磁 场绕组 15 激磁发电。这种无刷发电机的优点是磁路中无附加气隙，因而漏磁少，输出功率大，但结构复杂。三）永磁式无刷交流发电机该种发电机

13、与普通发电机不同的是转子部分以永久磁铁作为转子磁极而产生旋转磁场，不仅去掉了电刷和滑环，而且不需要磁 场绕组和爪极。结构简单可靠、使用寿命长。转子常用的永磁材料有铁氧体、铬镍钴、稀土钴、钕铁硼等。由于转子为永磁结构，所以产生的旋转磁场强度是不变的、不可调的，因此，不能采用普通交流发电机通过调节器控制磁场电流的 办法来调节发电机的输出电压。为解决调压问题可采用电压调节器与三相半控桥式整流相配合的办法，使发电机输出电压不随转速 大幅度变化而变化。图 2-20 是永磁发电机电压控制原理图。3 只共阳极硅二极管 VD1、VD2、VD3 与 3 只共阴极晶闸管 VT1 、VT2、VT3 组成三相半 控桥

14、式整流电路。另外由硅整流二极管VD1VD6组成三相全波整流电路，为晶闸管控制极提供触发电压，与电压调节器的一个 触点相接，另一个触点则与晶闸管的控制极相连，电压调节器的线圈并接在三相半控桥的输出端，电压控制原理如下：电甘關节轟2VD(图2-2 0永磁发电机电压控:制原理予V0平叫低速时触点K闭合，晶闸管控制极获得正向触发电压而导通，当转速达到一定值时，整流桥可向蓄电池和负载提供全波整流电压。 当整流输出电压随转速升高而升高到超过额定电压时，触点K断开（因线圈吸力增大），晶闸管因失去正向触发电压而截止，因 而整流输出电压下降。当整流电压降到一定值时，电压调节器线圈中电流减小吸力减小而使K闭合，3

15、只晶闸管重新被触发导通， 又使整流输出电压回升。如此反复，便可使输出电压控制在规定范围内。（触点式调节器目前已经由电子式或电脑控制的调节器所 代替） 永磁式交流发电机优点如下：1. 体积小、轻、结构简单、维护方便，使用寿命长。女如750W的钛铁硼永磁发电机与350W普通交流发电机重量相当。转子上除 轴承外无其他磨损件并开有通风孔，冷却散热好，因而寿命可提高两倍以上。2. 由于传动比大，即发动机转速低而发电机转速高，所以发动机低速时发电机充电性能好。3. 比功率大，可节约金属材料。4. 无激磁损耗，效率可提高 10以上。5. 在电压控制器中，由于只有控制极约10mA的电流通过触点，故可降低触点磨损，电压调节结构很简单。6. 由于永磁体的磁导率接近空气的磁导率，使电枢反应磁阻增大，因而感应电势的非正弦畸变减小，输出功率增大。六、带泵交流发电