情境一 汽车电源系统 子情境二 硅整流交流发电机

1、情境一情境一 汽车电源系统汽车电源系统子情境二子情境二 硅整流硅整流交流发电机交流发电机汽车工程系汽车工程系 武文侠武文侠子情境二硅整流交流发电机 交流发电机的结构交流发电机的结构 硅整流交流发电机的型号与类型硅整流交流发电机的型号与类型 交流发电机工作原理交流发电机工作原理 硅整流交流发动机的工作特性硅整流交流发动机的工作特性一、硅整流交流发电机的结构 转子转子 定子定子 电刷与电刷架电刷与电刷架 整流器整流器 前、后端盖前、后端盖 电子调节器电子调节器 风扇与皮带轮风扇与皮带轮汽车用交流发电机是由一个三相同步交流发电机及用汽车用交流发电机是由一个三相同步交流发电机及用硅二极管组成的整流器所

2、组成，是汽车的主要电源，其功硅二极管组成的整流器所组成，是汽车的主要电源，其功用是在发动机怠速以上运转时，向除起动机以外的所有用用是在发动机怠速以上运转时，向除起动机以外的所有用电设备供电，同时还向蓄电池充电。电设备供电，同时还向蓄电池充电。 三相同步交流发电机由转子、定子、电刷与电刷架、三相同步交流发电机由转子、定子、电刷与电刷架、风扇、皮带轮、前后端盖等组成，如图所示。风扇、皮带轮、前后端盖等组成，如图所示。转子是交流发电机的磁场部分，主要由两块爪极、磁转子是交流发电机的磁场部分，主要由两块爪极、磁场绕组、轴和滑环等组成。两块爪极各具有场绕组、轴和滑环等组成。两块爪极各具有6个鸟嘴形磁个鸟

3、嘴形磁极，压装在转子轴上，在爪极的空腔内装有磁轭，其上绕极，压装在转子轴上，在爪极的空腔内装有磁轭，其上绕有磁场绕组（又称励磁绕组或转子线圈）。磁场绕组的两有磁场绕组（又称励磁绕组或转子线圈）。磁场绕组的两引出线分别焊在与轴绝缘的两个滑环上，滑环与装在后端引出线分别焊在与轴绝缘的两个滑环上，滑环与装在后端盖上的两个电刷接触。当两电刷与直流电源接通时，磁场盖上的两个电刷接触。当两电刷与直流电源接通时，磁场绕组中便有磁场电流通过，产生轴向磁通，使得一块爪极绕组中便有磁场电流通过，产生轴向磁通，使得一块爪极被磁化为被磁化为N极，另一块爪极为极，另一块爪极为S极，从而形成了六对相互极，从而形成了六对相

4、互交错的磁极，实物如图所示。交错的磁极，实物如图所示。1转子定子由定子铁心和定子绕组组成。定子铁心由相定子由定子铁心和定子绕组组成。定子铁心由相互绝缘的内圆带嵌线槽的圆环状硅钢片叠成。嵌线槽互绝缘的内圆带嵌线槽的圆环状硅钢片叠成。嵌线槽内嵌入三相对称的定子绕组。绕组的接法有星形（即内嵌入三相对称的定子绕组。绕组的接法有星形（即Y形）、三角形两种方式。一般采用星形连接，即每相形）、三角形两种方式。一般采用星形连接，即每相绕组的首端分别与整流器的硅二极管相接，每相绕组绕组的首端分别与整流器的硅二极管相接，每相绕组的尾端接在一起，形成中性点的尾端接在一起，形成中性点N，实物如图所示，实物如图所示。电

5、刷及电刷架如图所示，电刷总成由两只电刷、电电刷及电刷架如图所示，电刷总成由两只电刷、电刷弹簧和电刷架组成。刷弹簧和电刷架组成。 两只电刷装在电刷架的孔内，借电刷弹簧的压力与两只电刷装在电刷架的孔内，借电刷弹簧的压力与滑环保持接触，用于给发电机转子绕组提供磁场电流。滑环保持接触，用于给发电机转子绕组提供磁场电流。电刷架由酚醛玻璃纤维塑料模压而成或用玻璃纤维增强电刷架由酚醛玻璃纤维塑料模压而成或用玻璃纤维增强尼龙制成，安装在发电机的后端盖上。尼龙制成，安装在发电机的后端盖上。交流发电机整流器如图所示，它的作用是将发电交流发电机整流器如图所示，它的作用是将发电机定子绕组产生的三相交流电变换为直流电，

6、一般由机定子绕组产生的三相交流电变换为直流电，一般由6只硅整流二极管及其散热板所组成。整流二极管的工只硅整流二极管及其散热板所组成。整流二极管的工作电流大、反向电压高。交流发电机整流二极管有正作电流大、反向电压高。交流发电机整流二极管有正极管和负极管之分，引出线为二极管正极的称为正极极管和负极管之分，引出线为二极管正极的称为正极管，引出线为二极管负极的称为负极管。管，引出线为二极管负极的称为负极管。如图所示，前端盖、后端盖是由非导磁材料铝合如图所示，前端盖、后端盖是由非导磁材料铝合金制成的，漏磁少，并具有轻便、散热性能好等优点。金制成的，漏磁少，并具有轻便、散热性能好等优点。在后端盖上装有电刷

7、架和电刷。在后端盖上装有电刷架和电刷。 内搭铁式的交流发电机，其励磁绕组的两端通内搭铁式的交流发电机，其励磁绕组的两端通过电刷分别引至发电机后端盖上的接线柱，分别称过电刷分别引至发电机后端盖上的接线柱，分别称为为“F”（或（或“磁场磁场”）和）和“E”（或（或“搭铁搭铁”）接）接线柱，即励磁绕组的一端在发电机的外壳上直接搭线柱，即励磁绕组的一端在发电机的外壳上直接搭铁。外搭铁式的交流发电机，其励磁绕组的两端引铁。外搭铁式的交流发电机，其励磁绕组的两端引至后端盖上的接线柱，分别称为至后端盖上的接线柱，分别称为“F1”和和“F2”接接线柱，且两个接线柱均与发电机的后端盖绝缘，励线柱，且两个接线柱均

8、与发电机的后端盖绝缘，励磁绕组需经调节器搭铁。磁绕组需经调节器搭铁。按结构形式分按结构形式分: :晶体管式、集成电路调节器；按晶体管式、集成电路调节器；按安装方式分：外装式、内装式；按搭铁形式分：内安装方式分：外装式、内装式；按搭铁形式分：内搭铁式、外搭铁式；按功能的多少：单功能型、多搭铁式、外搭铁式；按功能的多少：单功能型、多功能型。功能型。 电子式电压调节器电子式电压调节器利用三极管的开关特性，利用三极管的开关特性，在发电机转速变化时，在发电机转速变化时，通过改变励磁绕组电路通过改变励磁绕组电路的接通和断开的时间比的接通和断开的时间比来调节励磁电路的平均来调节励磁电路的平均电流。电流。风扇

9、及皮带轮实物如图所示。交流发电机的前端装风扇及皮带轮实物如图所示。交流发电机的前端装有皮带轮，由发动机通过风扇传动带驱动发电机旋转。有皮带轮，由发动机通过风扇传动带驱动发电机旋转。在皮带轮的后面装有叶片式风扇，前后端盖上分别有出在皮带轮的后面装有叶片式风扇，前后端盖上分别有出风口和进风口。当发动机带动发电机高速旋转时，可使风口和进风口。当发动机带动发电机高速旋转时，可使空气流经发电机内部，对发电机进行冷却。空气流经发电机内部，对发电机进行冷却。二、硅整流交流发电机的型号及类型二、硅整流交流发电机的型号及类型汽车交流发电机的型号组成如下汽车交流发电机的型号组成如下：交流发电机的产品代号有交流发电

10、机的产品代号有JF、JFZ、JFB和和JFW四四种，分别表示交流发电机、整体式交流发电机、带泵交种，分别表示交流发电机、整体式交流发电机、带泵交流发电机和无刷交流发电机（字母流发电机和无刷交流发电机（字母J、F、Z、B和和W分别分别为交、发、整、泵和无字的汉语拼音第一个大写字母）。为交、发、整、泵和无字的汉语拼音第一个大写字母）。电压、电流等级代号都用一位阿拉伯数字表电压、电流等级代号都用一位阿拉伯数字表示，其含义分别见表示，其含义分别见表1-2、表、表1-3。（2 2）电压等级代号和电流等级代号）电压等级代号和电流等级代号（3 3）设计序号）设计序号按产品设计先后顺序，由按产品设计先后顺序，

11、由12位阿拉伯数字组成。位阿拉伯数字组成。 交流发电机以调整臂位置作为变型代号。从驱动端交流发电机以调整臂位置作为变型代号。从驱动端看，在中间不加标记；在右边时用看，在中间不加标记；在右边时用Y表示；在左边时用表示；在左边时用Z表示。表示。 例如：例如：JF152表示交流发电机，其电压等级为表示交流发电机，其电压等级为12V，电流等级为电流等级为5059A，第二次设计。，第二次设计。 桑塔纳、奥迪桑塔纳、奥迪100型轿车用型轿车用JFZ1913Z型交流发电机型交流发电机是电压等级为是电压等级为12V、电流等级为、电流等级为90A、第、第13次设计、调次设计、调整臂在左边的整体式交流发电机。整臂

12、在左边的整体式交流发电机。三、发电机的工作原理三、发电机的工作原理 发电机原理发电机原理 整流原理整流原理 当外加的直流电压作用在励磁绕组两端点的接线当外加的直流电压作用在励磁绕组两端点的接线柱之间时，励磁绕组中便有电流通过，产生轴向磁场，柱之间时，励磁绕组中便有电流通过，产生轴向磁场，两块爪形磁极磁化，形成了两块爪形磁极磁化，形成了6对相间排列的磁极。磁极对相间排列的磁极。磁极的磁力线经过转子与定子之间的气隙、定子铁心形成的磁力线经过转子与定子之间的气隙、定子铁心形成闭合磁路。闭合磁路。当转子旋转时，磁力线和定子绕组之间产生相对运当转子旋转时，磁力线和定子绕组之间产生相对运动，在三相绕组中产

13、生交流电动势。如上图所示，由于动，在三相绕组中产生交流电动势。如上图所示，由于三相绕组是对称绕制的，所以产生的三相电动势亦是对三相绕组是对称绕制的，所以产生的三相电动势亦是对称的。称的。 每相绕组的电动势有效值的大小和转子的转速及磁每相绕组的电动势有效值的大小和转子的转速及磁极的磁通成正比。即：极的磁通成正比。即：式中：式中：E电动势的有效值；电动势的有效值； C1 电机常数；电机常数； n 转子的转速；转子的转速； 磁极磁通。磁极磁通。交流电动势的计算交流电动势的计算交流发电机定子绕组中感应产生的交流电，是靠交流发电机定子绕组中感应产生的交流电，是靠6只二只二极管组成的三相桥式全波整流电路变

14、为直流电的。极管组成的三相桥式全波整流电路变为直流电的。 利用二极管的单向导电特性，便可把交流电变为直流电。利用二极管的单向导电特性，便可把交流电变为直流电。由于由于3只正极管（只正极管（VD1、VD3、VD5）的正极分别接在发）的正极分别接在发电机三相绕组的始端（电机三相绕组的始端（A、B、C）上，它们的负极又联接）上，它们的负极又联接在一起，所以在一起，所以3只正极管的导通原则是，在某一瞬间正极电只正极管的导通原则是，在某一瞬间正极电位最高者导通。位最高者导通。 由于由于3只负极管（只负极管（VD2、VD4、VD6）的负极分别接在发）的负极分别接在发电机三相绕组的始端，它们的正极又联接在一

15、起，所以电机三相绕组的始端，它们的正极又联接在一起，所以3只只负极管的导通原则是在某一瞬间负极电位最低者导通，三负极管的导通原则是在某一瞬间负极电位最低者导通，三相整流电路如图相整流电路如图a所示。所示。交流发电机开始发电时，由于二极管死区电压的存在，交流发电机开始发电时，由于二极管死区电压的存在，需先由蓄电池供给励磁电流。当发电机电压达到蓄电池电需先由蓄电池供给励磁电流。当发电机电压达到蓄电池电压时，即由发电机自己供给励磁电流，也就是由压时，即由发电机自己供给励磁电流，也就是由他励他励转变转变为为自励自励。 由于交流发电机转子的爪极剩磁较弱，所以发电机在由于交流发电机转子的爪极剩磁较弱，所以

16、发电机在低速运转时，加在硅二极管上的正向电压也很小，此时二低速运转时，加在硅二极管上的正向电压也很小，此时二极管的正向电阻较大，较弱的剩磁产生的很小的电动势很极管的正向电阻较大，较弱的剩磁产生的很小的电动势很难克服二极管的正向电阻，使发电机电压不能迅速建立起难克服二极管的正向电阻，使发电机电压不能迅速建立起来。这样，发电机低速充电的要求就不能满足。来。这样，发电机低速充电的要求就不能满足。 因此，汽车上发电机必须与蓄电池并联，开始由蓄电因此，汽车上发电机必须与蓄电池并联，开始由蓄电池向励磁绕组供电，使发电机电压很快建立起来并转变为池向励磁绕组供电，使发电机电压很快建立起来并转变为自励状态，蓄电

17、池被充电的机会就多一些，有利于蓄电池自励状态，蓄电池被充电的机会就多一些，有利于蓄电池的使用维护。的使用维护。（3 3）汽车用三相桥式整流电路的类型）汽车用三相桥式整流电路的类型 a. 六管交流发电机整流原理六管交流发电机整流原理 六个大功率二极管六个大功率二极管VD VD 1、VD2、 VD3、 VD4、 VD5、 VD6连接如上图所示。连接如上图所示。 VD 1、VD3、 VD5是正极管，它们的正极分别与是正极管，它们的正极分别与发动机三相绕组的首端连接，三个负极通过散热板连发动机三相绕组的首端连接，三个负极通过散热板连在一起。在一起。 VD2、 VD4、 VD6是负极管，它们的负极分别与

18、是负极管，它们的负极分别与发动机三相绕组的首端连接，三个正极通过散热板或发动机三相绕组的首端连接，三个正极通过散热板或发电机后端盖连在一起。发电机后端盖连在一起。 同一时刻三相电压最高的那相正极管导通，而三同一时刻三相电压最高的那相正极管导通，而三相电压最低的那相负极管导通。相电压最低的那相负极管导通。 按照以上的导通原则，六管整流装置给汽车用电按照以上的导通原则，六管整流装置给汽车用电器输送了一个脉动比较平稳的直流电压。器输送了一个脉动比较平稳的直流电压。正极管、负极管与散热板正极管、负极管与散热板b. 八管交流发电机整流原理八管交流发电机整流原理 八管整流是在六管整流八管整流是在六管整流基

19、础上，从星形连接的三相基础上，从星形连接的三相整流电路的中性点引出两个整流电路的中性点引出两个二极管二极管（只有星形连接的三（只有星形连接的三相整流电路才可能有八管整相整流电路才可能有八管整流）流）。 在汽车发电机整流电路在汽车发电机整流电路中中性点的电压是整流输出中中性点的电压是整流输出电压的一半。电压的一半。 增加中性点二极管后，增加中性点二极管后，发电机的输出功率可提高发电机的输出功率可提高1015%。八管交流发电机整流电路八管交流发电机整流电路c. 九管交流发电机整流原理九管交流发电机整流原理 九管发电机整流电路也是建立在六管整流电路九管发电机整流电路也是建立在六管整流电路基础上。基础

20、上。 无论发电机整流电路是星形接法，还是三角形无论发电机整流电路是星形接法，还是三角形接法，都可以在六管整流基础上扩展为九管整流电接法，都可以在六管整流基础上扩展为九管整流电路，路， 它是在六个大功率二极管的基础上增加三只小它是在六个大功率二极管的基础上增加三只小功率二极管。连接方法是三只小功率二极管与三只功率二极管。连接方法是三只小功率二极管与三只大功率正极管并联，它们被称为大功率正极管并联，它们被称为VD7、VD8、VD9。其负极接励磁绕组和充电指示灯，所以经常被称为其负极接励磁绕组和充电指示灯，所以经常被称为励磁二极管或励磁二极管或磁场二极管。磁场二极管。 具体电路请看教材具体电路请看教

21、材25页、页、26页。页。九管交流发电机整流电路九管交流发电机整流电路d. 十一管交流发电机整流原理十一管交流发电机整流原理 在星形连接的汽车发电机整流电路中，可以在星形连接的汽车发电机整流电路中，可以有六管、八管的整流电路，也可以有九管的整流有六管、八管的整流电路，也可以有九管的整流电路。十一管整流电路就是综合了八管和九管的电路。十一管整流电路就是综合了八管和九管的电路特点，既提高了汽车发电机输出功率，又增电路特点，既提高了汽车发电机输出功率，又增加了发电机励磁绕组和充电指示灯电路。加了发电机励磁绕组和充电指示灯电路。 在这个电路中具有在这个电路中具有六只整流二极管、两只中六只整流二极管、两

22、只中性点二极管、三只磁场二极管性点二极管、三只磁场二极管。 它们的连接方法如教材上它们的连接方法如教材上26页图页图130所示。所示。注意：它只能出现在发电机是星形连接的电路中注意：它只能出现在发电机是星形连接的电路中十一管交流发电机整流电路十一管交流发电机整流电路+B搭铁搭铁四、硅整流交流发电机四、硅整流交流发电机的工作特性的工作特性 本节主要讲硅整流交流本节主要讲硅整流交流发电机的输出特性发电机的输出特性 发电机电压保持一定，并在达到最大输出发电机电压保持一定，并在达到最大输出电流前，其输出电流随着转速的升高而增加电流前，其输出电流随着转速的升高而增加 1、空载转速、空载转速n1 ： 在发电机空载时输出电压达到额定值（汽油机在发电机空载时输出电压达到额定值（汽油机14V、柴油机、柴油机