第三章挖掘机发电机

1、2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 1 第三章 发电机 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 2 学习目标 1.掌握交流发电机和其调节器的作用。 2.掌握交流发电机的结构。 3.了解交流发电机和其调节器的分类。 4.了解交流发电机与其调节器的型号。 5.了解交流发电机的发电原理与整流原理。 6.了解各种调节器的工作原理。 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 3 3.1发电机和调节器的作用： q 发电机作为工程机械的主要电源，其主要作用： 在发动机怠速以上转速运转时，为用电设备供电 给蓄电池充电 q 安装调节器的必要性 在工作过程中，发动

2、机的转速是变化的，用电设备的 工作状态是变化的，决定了发电机的转速和负载是变化的。 为保证发动机运转过程中电气设备正常工作，故必须加调 节器。 q 交流发电机调节器的基本作用： 当发电机的负载和发动机的转速在正常范围内时，保 持发电机输出电压平均值维持在规定范围内。 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 4 3.2对发电机和调节器的基本要求 发动机怠速运转时，发电机输出电压应不低于蓄电池的端 电压并具有一定的带载能力 发动机中高速运转时，发电机应能满足大多数用电设备同 时用电的要求 发电机的负载和发动机的转速在正常范围内变化时，保持 发电机输出电压既不低于蓄电池电压，又不高于

3、用电设备 的允许电压。 发电机电枢电压低于蓄电池电压时，防止蓄电池通过发电 机电枢放电 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 5 3.3交流发电机的分类 q 工程机械发电机分为直流发电机和交流发电机。直流发电 机通过换向器整流，交流发电机用二极管整流。直流发电 机基本淘汰。 按总体结构分 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。 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。 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。 无刷交流发电机，不需要电刷的发电机。 永磁交流发电机，转子磁极为永磁铁制

4、成的发电机。 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 6 图21 交流发电机结构外型 a) JF1522A型交流发电机 b) JFZ1813型交流发电机 c）JFB1712型交流发电机 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 7 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。磁场绕组的负电刷直接搭铁的交流发电机 （和壳体直接相连）。 （2）外搭铁型交流发电机。磁场绕组的两只电刷都和壳体绝缘的交流发 电机，磁场绕组的负极接调节器，后再搭铁。 20

5、21-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 8 3.4普通交流发电机的结构 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 9 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24为JF132型6管普通交流发电机解体图 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 10 3.4.1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。

6、 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。 如图所示。 当转子转动时，就形成了旋转的磁场。 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 11 3.4.2定子 定子的功用是产生交流电。 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。

7、三相绕组 的连接有星形接法和三角形接法两 种，如图a、b所示，都能产生三相 交流电。 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 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 12 3.4.3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

8、电极为正极的称为正极管， 3只正极管装在同一块板上，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28所示。 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 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 13 挖掘机用硅整流二极管是专用的，有 如下特点： （1）允许的工作电流大，如 ZQ50型二极管的正向平均电流为 50A，浪涌电流为600A。 （2）承受反向电压的能力高， 可承受的反向重复峰值电压在 270V左右，反向不重复峰值电压 在300V左右。 （3）只有一根引线（引出电极） （

9、4）根据引出电极的不同分为 正二极管和负二极管。 整流器总成的形状各异，有 马蹄形、半圆形和圆形等。如图2 9所示。整流器和定子绕组的连 接如图210所示。 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 14 3.4.4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，如图所示。 电刷的作用是将电源通滑环引 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

10、好，否 则会因为磁场电流过小，导致发电 机发电不足。 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 15 3.4.5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，有的发电机装有两个风扇（前后各一 个）。 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 16 3.5交流发电机发电原理 单项交流发电机的发电原理 SN NS 电 动 势 铁 心 铁 心 电 动 势 N S 2021-7

11、-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 17 三相交流发电机的基本原理 结构特点结构特点： 通电线圈绕在旋转铁心上产生旋 转磁场 三相绕组产生三相交流电。 基本原理基本原理： 当绕有磁场绕组的磁铁旋 转时，通过各铁心的磁通发生 变化，三相绕组中产生电动势， 但因各相绕组的磁通变化存在 时间差，故产生的电动势也有 时间差。 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 18 3.6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214a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

12、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 组和6只整流二极管按右图 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c所示， 这就是发电机的整流原理。 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 19 3.6.1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稳的脉动 直流电压,如上图

13、（c)所示。 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 20 3.7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。 中性点电压的瞬时值是一 个三次谐波电压,如图所示，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。 2 BE N U U 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 21 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

14、中性点处（1只正 极管和1只负极管），如图所示。 把中性点电压和三相绕组并联输 出，实践证明这样可提高发电机 功率1015。 由于中性点电压的瞬时值是 一个三次谐波，其波峰在有些时 候可能大于三相绕组的最高值， 此时，中性点正极管VD7导通， 其他三个正极管截止，由VD7供 给外电路高电压；同理，波谷也 能小于三相绕组的最低值，此时， 中性点负极管VD8导通，参与对 外输出，这样就提高了发电机的 对外输出能力，提高了发电机的 输出功率。 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 22 3.8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，其他形式的交流发电机 都需要励磁，因

15、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 方式有自励和他励两种。 1他励 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他励发电。 2自励 随着转速的提高（一般在发动机达到怠速时），发电机定子绕组 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

16、电的方 式称为自励发电。 交流发电机励磁过程是先他励后自励。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。 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 23 3.9调节器 一般交流发电机的端电压为 负载电阻。 ，发电机定子绕组的阻抗 ；发电机的端电压， 发电机转速， ；每级磁通， 电机结构常数； ；感应电动势，式中： ） （ R r V U r/min;n Wb C nCE V;E rR R nCIr UE 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 24 由上式可见：发电机端电压与发电机结构常数、转速

17、、磁通、负 载电阻及定子绕组的阻抗有关。而结构常数一定，转速、定子绕组的 阻抗等是变化的，要保持发电机的端电压平均值恒定，必须相应地改 变磁极磁通。 所以可以通过调节激磁电流平均值的大小来改变磁极磁通的大小， 使发电机端电压平均值在不同的转速和负载情况下基本保持恒定。 调节器工作原理 两种情况的分析。所以，交流发电机电压调节器的调压原理是： 当发电机转速升高时，调节器通过减小发电机励磁电流If来减小磁通 ，使发电机的输出电压UB保持不变；当发电机的转速降低时，调节 器通过增大发电机的励磁电流If来增加磁通，使发电机的输出电压 UB保持不变 。 电磁振动式调节器是通过触点开闭改变激磁电路的电阻来

18、改变激 磁电流平均值的； 电子调节器是利用三极管的开关特性接通与切断激磁电流来改变 激磁电流平均值的。 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 25 3.9.1电磁振动式调节器 （1）结构说明： 两对触点K1和K2，调节器不工作时， 上面一对触点K1（即低速触点）处于常闭 状态，下面 一对触点K2（即高速触点） 处于常开状态。 R1为加速电阻，其作用是在触打开 时，加速铁心退磁，使触点K1迅速闭合， 以加快其振动频率，提高调节器的灵敏度 和调压质量。 R2为磁场电阻（调节电阻）其作用是 在触点张开时，减少励磁电流，以降低发 电机的输出电压。 R3为温度补偿电阻 由镍铬丝制成，

19、其电阻温度系数很小（仅为铜的1/800）， 当它串入磁化线圈电路中时，可使整个磁 化线圈电路中的电阻值随温度变化相应减 小，使调节电压不随温度的升高而升高。 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 26 （2）工作过程： 当电机低速运转，电压低于蓄电池电动势时，蓄电池向调节器 磁化线圈供电，同时进行他励发电。 磁化线圈电流的流向：蓄电池正级电表点火开关调节器“S” 接线柱加速电阻R1磁化线圈温度补偿电阻R3搭铁蓄电池负 极。 此时流过磁化线圈的电流所产生的电磁力不足以克服调压弹簧的此时流过磁化线圈的电流所产生的电磁力不足以克服调压弹簧的 拉力，所以低速触点拉力，所以低速触点K1

20、K1仍处于闭合状态，发电机此时在进行他励发电。仍处于闭合状态，发电机此时在进行他励发电。 励磁电流的流向：蓄电池正级电流表点火开关调节器“S”接 线柱&固定触点支架低速触点K1活动触炱臂磁轭调节器“B”、 发电机机“F”接线柱绝缘电刷和集电环励烁绕组搭铁甕刷 雂电环搭铁蓄电池负极。 发电机转速升高，端电压高于蓄电池电动势而低于调节器电 压时，磁化线圈电流和励磁电流均由发电机供给。 磁化线圈的电流流向：发电机正级（A）点火开关调节器“S”接 线柱加速电阻R1磁化线圈温度补偿电阻R3搭铁发电机负极。 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 27 此时，磁化线圈中的电流所产生的电磁力

21、仍不能克服调压弹簧的此时，磁化线圈中的电流所产生的电磁力仍不能克服调压弹簧的 拉力，低速触点拉力，低速触点K1K1仍处于闭合状态，仍处于闭合状态， 励磁电流和流向：发电机正级点火开关调节器“S”接线柱低 速触点K1活动触点臂磁轭调节器“F”、发电机机“F”接线 柱绝缘电刷和集电环励磁绕组搭铁电刷和集电环搭铁发 电机负极。 发电机转速升高，输出电压达到调节器调节时，磁化线圈电流 所产生的电磁力足以克服调压弹簧拉力，使低速触点K1打开，励磁电 流改变流向径，其电路为：发电机正极点火开关调节器“S”接 线柱加速电阻R1附加电阻磁R1附加电阻R2调节器“F、发电 机“F”接线柱绝缘电刷和集电环励磁绕组

22、搭铁电刷和集电环 搭铁发电机负极。 由于发电机励磁电路中串联了电阻R1和R2，所以励磁电流减小， 发电机电压降低。当发电机压降至略低于调节电压时，磁化线圈所产 生的电磁力便会小于调压弹簧拉力，于是低速触点K1重又闭合，将附 加电阻R2短路，励磁电流增大，磁场加强，发电机输出电压再次升高， 当升至略高于调节电压时，低速触点K1又被吸开。如此反复，使发电 机输出电压保持在第一级脉动范围内。其平均值就是第一级电压稳定 值。 2021-7-4山东交通学院工程机械研究所电器 教研室 28 当发电机输出电压超过第一级调节电压而未达到第二级调节电 压，磁化线圈电流所产生的电磁力远大于调压弹簧的拉力，将活动触 点臂处于中间状态，高速、低速触点均不闭合。调节电压进入“失控 区”，这时发电机靠通过电阻R1和R2的电流励磁，发电机电压随转速 升高而升高。 当发电机高速动转时，发电机的输出电压到第二级调节电压， 磁化线圈电流所产生的电磁力也将远大于调压弹簧的拉力，将活动触 点臂继续吸下，使高速触点E2闭合，磁场绕组被短路。此时，发电机 磁场绕组中无励磁电流流过，发电机靠剩磁发电，端电压迅速下降， 磁化线圈电流所生产的电磁力减小，高速触点K2重又打开（低速触点 K1也处于打开状态），附加电阻R2被串入励磁电路，磁场绕组中有电 流流过，发电机端电压升高，高速触点K1重新闭合。如此反