第二章电源系统(第2课)课件

1、汽车拖拉机学电器与电子设备汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件Email：电 话：139517157802022年4月24日星期日讲授内容：第二章讲授内容：第二章 电源系统（第电源系统（第2 2课）课）主主 讲讲 人人：鲁植雄：鲁植雄 教授教授汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件22022年年4月月24日星期日日星期日第第1 1课课 蓄电池蓄电池第第2 2课课 发电机及调节器发电机及调节器第二章 电源系统汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件32022年年4月月24日星期日日星期日一、交流发动机的类型与功能一、交流发动机的类

2、型与功能二、交流发电机的构造二、交流发电机的构造三、交流发电机的工作原理三、交流发电机的工作原理四、交流发电机的工作特性四、交流发电机的工作特性五、交流发电机电压调节器五、交流发电机电压调节器本节课的主要内容第2课 发电机及调节器第二章 电源系统汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件42022年年4月月24日星期日日星期日l 车用交流发电机：是一个三相同步交流发电机，通过硅二极管组成的三车用交流发电机：是一个三相同步交流发电机，通过硅二极管组成的三相桥式整流电路将定子绕组所产生的交流感应电流变为直流电流输出，相桥式整流电路将定子绕组所产生的交流感应电流变为直流电流输出，所

3、以也称之为硅整流发电机。所以也称之为硅整流发电机。l 按总体结构的不同分：普通式、整体式、无刷式和永磁式按总体结构的不同分：普通式、整体式、无刷式和永磁式l 按磁场绕组搭铁形式不同分：内搭铁式、外搭铁式两种。按磁场绕组搭铁形式不同分：内搭铁式、外搭铁式两种。一、交流发动机的类型与功能第2课 发电机及调节器第二章 电源系统发电机的发电机的3 3大功能大功能发电：发电：机械能机械能电能，电能，定子线圈（电枢定子线圈（电枢绕组）中产生交流电流。绕组）中产生交流电流。整流：整流：交流电交流电直流电。直流电。 调节电压：调节电压：在发电机转速或流到各用电设在发电机转速或流到各用电设备的电流发生变化时，也

4、能保持电压稳定。备的电流发生变化时，也能保持电压稳定。汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件52022年年4月月24日星期日日星期日一、交流发动机的类型与功能第2课 发电机及调节器第二章 电源系统发电机的功能发电机的功能汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件62022年年4月月24日星期日日星期日l 普通硅整流交流发电机由转子、定子、整流器、端盖、电刷组件等组成普通硅整流交流发电机由转子、定子、整流器、端盖、电刷组件等组成二、交流发电机的构造第2课 发电机及调节器第二章 电源系统汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件72022年

5、年4月月24日星期日日星期日（一）转子（一）转子1.1.功能：产生磁场，是发电机的磁场部分。功能：产生磁场，是发电机的磁场部分。2.2.组成：两块爪极、磁场绕组、轴、滑环组成：两块爪极、磁场绕组、轴、滑环l 两块爪极：各具有两块爪极：各具有6 6个鸟嘴形磁极，压装在转子个鸟嘴形磁极，压装在转子轴上，在爪极的空腔内装有轴上，在爪极的空腔内装有磁轭磁轭，其上绕有磁场，其上绕有磁场绕组（又称励磁绕组或转子线圈）。绕组（又称励磁绕组或转子线圈）。l 磁场绕组：两引出线分别焊在与轴绝缘的两个滑磁场绕组：两引出线分别焊在与轴绝缘的两个滑环上，滑环与装在后端盖上的两个电刷接触。环上，滑环与装在后端盖上的两个

6、电刷接触。l 当两电刷与直流电源接通时，磁场绕组中便有磁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，使得一块爪极被磁场电流通过，产生轴向磁通，使得一块爪极被磁化为化为N N极，另一块爪极为极，另一块爪极为S S极，从而形成了极，从而形成了6 6对相对相互交错的磁极互交错的磁极二、交流发电机的构造第2课 发电机及调节器第二章 电源系统形成六对相互交错的磁极汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件82022年年4月月24日星期日日星期日（二）定子（电枢）（二）定子（电枢）1.1.功用功用：产生感应电动势。：产生感应电动势。2.2.组成组成：铁心、三相绕组

7、。定子铁心由相：铁心、三相绕组。定子铁心由相互绝缘的内圆带槽的环状硅钢片叠成。互绝缘的内圆带槽的环状硅钢片叠成。定子槽内置有三相电枢绕组。定子槽内置有三相电枢绕组。3.3.电枢绕组的电枢绕组的绕法原则绕法原则：每相绕组的每相绕组的线圈个数线圈个数、每个线圈的、每个线圈的节距节距与与匝数匝数都必须完全相等。都必须完全相等。 三相绕组的首端三相绕组的首端A A、B B、C C在定子槽内的在定子槽内的排列必须相隔排列必须相隔120120电角度。电角度。二、交流发电机的构造第2课 发电机及调节器第二章 电源系统汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件92022年年4月月24日星期日

8、日星期日l 小资料：何谓电角度？小资料：何谓电角度？l 电角度：一对磁极在空间转过的角度，是据电流电角度：一对磁极在空间转过的角度，是据电流完成一个完整的周期变化来定义的。它的一个周完成一个完整的周期变化来定义的。它的一个周期期360360可以在空间可以在空间360360、180180、9090、6060完完成成, ,这与发电机、电动机的绕组布置成这与发电机、电动机的绕组布置成几对磁级几对磁级有有关，与磁极对数相乘为关，与磁极对数相乘为360360。l 从电磁观点来看，经过一对磁极就是一个周期。从电磁观点来看，经过一对磁极就是一个周期。也就是说在交流电变化一个周期时，磁极回到同也就是说在交流电

9、变化一个周期时，磁极回到同一个地方时所转过的角度！一个地方时所转过的角度！l 常用的三相无刷直流电动机，一般有常用的三相无刷直流电动机，一般有3 3个位置传感，个位置传感，输出波形有两种：一种是相位差输出波形有两种：一种是相位差6060电角度，另电角度，另一种是相位差一种是相位差120120电角度。电角度。二、交流发电机的构造第2课 发电机及调节器第二章 电源系统汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件102022年年4月月24日星期日日星期日l 三相电枢绕组的连接方法：星形接法（三相电枢绕组的连接方法：星形接法（Y Y形接法）、三角形接法（形接法）。形接法）、三角形接法（

10、形接法）。Y Y形接法：形接法：即将三相绕组的即将三相绕组的3 3个末端个末端x x、y y、z z连接在一起，将三相绕组的首端连接在一起，将三相绕组的首端A A、B B、C C作为交流发电机的交流输出端。作为交流发电机的交流输出端。形接法：形接法：是将每相绕组的首端和另一绕组的末端依次相连接，因而有是将每相绕组的首端和另一绕组的末端依次相连接，因而有3 3个接头，个接头，这这3 3个接点即为交流发电机的交流输出端。个接点即为交流发电机的交流输出端。l 车用交流发电机大多采用车用交流发电机大多采用Y Y形接法，只有少数大功率交流发电机采用形接法。形接法，只有少数大功率交流发电机采用形接法。二、

11、交流发电机的构造第2课 发电机及调节器第二章 电源系统汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件112022年年4月月24日星期日日星期日（三）整流器（三）整流器l 功用功用：定子绕组产生的交流电变换为直流电：定子绕组产生的交流电变换为直流电l 组成组成：6 6只整流硅二极管、散热板组成。只整流硅二极管、散热板组成。l 后端盖后端盖上的二极管（负极管子）：上的二极管（负极管子）：3 3根引线为根引线为二极管的负极。二极管的正极和发电机的外二极管的负极。二极管的正极和发电机的外壳接在一起成为发电机的负极（搭铁极）。壳接在一起成为发电机的负极（搭铁极）。l 元件板元件板上的二极管

12、（正极管子）：上的二极管（正极管子）：3 3根引线为根引线为二极管的正极。二极管的正极。3 3个正极管子的负极接在一起，个正极管子的负极接在一起，作为发电机的电枢（火线）接线柱，标记作为发电机的电枢（火线）接线柱，标记“电枢电枢”或或“” ” 。l 元件板与后端盖之间用尼龙或其他绝缘材料元件板与后端盖之间用尼龙或其他绝缘材料制成的垫片隔开，并固定在后端盖上。制成的垫片隔开，并固定在后端盖上。二、交流发电机的构造第2课 发电机及调节器第二章 电源系统汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件122022年年4月月24日星期日日星期日（四）端盖（四）端盖l 前、后端盖均由铝合金压

13、铸或砂模前、后端盖均由铝合金压铸或砂模铸造而成，这是因为铝合金为铸造而成，这是因为铝合金为非导非导磁性磁性材料，可减少漏磁并具有轻便、材料，可减少漏磁并具有轻便、散热性能良好的优点。散热性能良好的优点。l 在发电机转子轴上装有在发电机转子轴上装有风扇风扇，后端，后端盖上有进风口，前端盖上有出风口。盖上有进风口，前端盖上有出风口。l 当发电机轴旋转时，风扇也一起旋当发电机轴旋转时，风扇也一起旋转，使空气高速流经发电机内部对转，使空气高速流经发电机内部对发电机进行强制冷却。发电机进行强制冷却。二、交流发电机的构造第2课 发电机及调节器第二章 电源系统汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子

14、设备课件课件132022年年4月月24日星期日日星期日（五）电刷组件（五）电刷组件l 功能：功能：给转子绕组提供励磁电流。给转子绕组提供励磁电流。l 组成：组成：电刷、电刷弹簧、电刷架。电刷、电刷弹簧、电刷架。l 电刷装在电刷架的孔内，借电刷弹簧电刷装在电刷架的孔内，借电刷弹簧的压力与转子总成上的滑环保持接触。的压力与转子总成上的滑环保持接触。l 电刷架安装在发电机的后端盖上。电刷架安装在发电机的后端盖上。l 电刷架有两种形式，一种是外装式，电刷架有两种形式，一种是外装式，从发电机的外部拆下电刷弹簧盖板即从发电机的外部拆下电刷弹簧盖板即可拆下电刷；另一种是内装式，需拆可拆下电刷；另一种是内装式

15、，需拆开发电机后才能拆下电刷。开发电机后才能拆下电刷。二、交流发电机的构造第2课 发电机及调节器第二章 电源系统汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件142022年年4月月24日星期日日星期日重点：重点：三相交流电的如何产生？交流电如何变为直三相交流电的如何产生？交流电如何变为直流电？直流电如何稳定在流电？直流电如何稳定在12V12V？三、交流发电机的工作原理第2课 发电机及调节器第二章 电源系统（一）三相交变电动势的产生（一）三相交变电动势的产生电磁感应：电磁感应：是指因为磁通量变化产生感应电动势的是指因为磁通量变化产生感应电动势的现象。如果在导线和磁场之间存在相对运动

16、，导线现象。如果在导线和磁场之间存在相对运动，导线中就会产生电流，产生的电流数值受以下因素影响：中就会产生电流，产生的电流数值受以下因素影响：（1）导线和磁场运动的相对速度。）导线和磁场运动的相对速度。（2）磁场的强度。）磁场的强度。（3）穿过磁场的导线数量。）穿过磁场的导线数量。汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件152022年年4月月24日星期日日星期日u 当转子旋转时，产生一个旋转的磁场，使得相对静止的定子电枢绕组切割磁当转子旋转时，产生一个旋转的磁场，使得相对静止的定子电枢绕组切割磁力线，在定子绕组中产生交流电动势。力线，在定子绕组中产生交流电动势。u 电枢绕组

17、与磁场的相对位置不断变化，产生的交流电动势也是不断变化的。电枢绕组与磁场的相对位置不断变化，产生的交流电动势也是不断变化的。u 磁场旋转一圈，单匝导线上产生的正弦波为单相电流磁场旋转一圈，单匝导线上产生的正弦波为单相电流u 如果在转子周围每相隔如果在转子周围每相隔120120就布置一匝导线，磁场每旋转一圈，在三匝导线就布置一匝导线，磁场每旋转一圈，在三匝导线中就会产生三相电流。这样的发电机就称为三相交流发电机中就会产生三相电流。这样的发电机就称为三相交流发电机三、交流发电机的工作原理第2课 发电机及调节器第二章 电源系统图2-21 单匝导线产生交流电的过程汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备

18、电器与电子设备课件课件162022年年4月月24日星期日日星期日u 交流电动势的频率交流电动势的频率f （HZ）为：）为： 式中，式中，p磁极对数；磁极对数；n发电机转速。发电机转速。u 在交流发电机中，其磁场的分布近似正弦规律，所在交流发电机中，其磁场的分布近似正弦规律，所以交流电动势也近似正弦波形。三相电枢绕组在定以交流电动势也近似正弦波形。三相电枢绕组在定子槽中是对称绕制的，因此，三相交流电动势大小子槽中是对称绕制的，因此，三相交流电动势大小相等，相位差互为相等，相位差互为120电角度，其瞬时值为：电角度，其瞬时值为：式中，式中，E每相电动势的有效值；每相电动势的有效值；电角速度电角速度

19、 。u 每相电动势的有效值每相电动势的有效值 E为：为： E = 4.44 k f Nm （V）式中，式中，k绕组系数；绕组系数；f感应电动势的频率；感应电动势的频率； N每相绕组匝数；每相绕组匝数；m每极磁通每极磁通三、交流发电机的工作原理第2课 发电机及调节器第二章 电源系统60npf tEeAsin2)32sin(2tEeB)34sin(2tEeC图图2-22 交流发电机工作原理交流发电机工作原理图图2-23 三相交流电动势的输出波形三相交流电动势的输出波形汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件172022年年4月月24日星期日日星期日（二）整流原理（二）整流原理交

20、流电如何变为直流电？交流电如何变为直流电？u 定子绕组中感应出的交流电动势（即交流电），定子绕组中感应出的交流电动势（即交流电），是通过是通过6 6个硅二极管组成的三相桥式整流电路个硅二极管组成的三相桥式整流电路改变为直流电的。改变为直流电的。u 二极管具有单向导电性：二极管具有单向导电性：u 当给二极管加上正向电压（正极电位高于负极当给二极管加上正向电压（正极电位高于负极电位）时导通，即呈现低电阻状态；电位）时导通，即呈现低电阻状态；u 当给二极管加上反向电压（正极电位低于负极当给二极管加上反向电压（正极电位低于负极电位）时截止，即呈现高电阻状态。电位）时截止，即呈现高电阻状态。u 利用二极

21、管的这种单向导电特性，就可以把交利用二极管的这种单向导电特性，就可以把交流电变为直流电。流电变为直流电。三、交流发电机的工作原理第2课 发电机及调节器第二章 电源系统图图2-24 2-24 三相桥式整流电路三相桥式整流电路汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件182022年年4月月24日星期日日星期日三、交流发电机的工作原理第2课 发电机及调节器第二章 电源系统t0时，电流回路u 在三相桥式整流电路中：在三相桥式整流电路中：u 3只正极管子只正极管子VD1、VD3、VD5的负极连接的负极连接在一起，在某一瞬间，正极电位最高的在一起，在某一瞬间，正极电位最高的管子导通。管子

22、导通。u 3只负极管子只负极管子VD2、VD4、VD6的正极连接的正极连接在一起，在某一瞬间，负极电位最低的在一起，在某一瞬间，负极电位最低的管子导通。管子导通。u 根据上述原理，其整流过程如下：根据上述原理，其整流过程如下：u 在在t0时，时，eA0，eB为负值，为负值，eC为正值。为正值。汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件192022年年4月月24日星期日日星期日依次下去，周而复始，在负载上得到一个依次下去，周而复始，在负载上得到一个比较平稳的直流脉动电压比较平稳的直流脉动电压三、交流发电机的工作原理第2课 发电机及调节器第二章 电源系统图2-25 三相桥式整流电

23、压波形汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件202022年年4月月24日星期日日星期日u 发电机输出直流电压的发电机输出直流电压的平均值平均值为为 U1.35UL1.35 U=2.34 U（Y连接）连接） U1.35UL1.35 U（连接）（连接）式中式中，UL线电压的有效值；线电压的有效值；U相电压的有效相电压的有效值。值。u 如考虑硅二极管正向导通时电压降如考虑硅二极管正向导通时电压降Ud值，则应减值，则应减去去Ud值（值（Ud =0.20.6）。）。u 每只二极管的每只二极管的平均电流平均电流ID：u 中性点中性点（N）：三相定子绕组采用星形接法时，）：三相定子绕组

24、采用星形接法时，三相绕组三相绕组3个末端的公共接点称为三相绕组的个末端的公共接点称为三相绕组的u 中性点电压中性点电压：中性点对发电机的搭铁端的电压：中性点对发电机的搭铁端的电压三、交流发电机的工作原理第2课 发电机及调节器第二章 电源系统IID31UUN21图2-26 带有中性点接线柱的交流发电机汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件212022年年4月月24日星期日日星期日（三）（三）励磁方法励磁方法u 问题：问题：发电机为何需要励磁？发电机为何需要励磁？u 发电机不接外电源时，也能自激发电，但必须有剩磁并且发电机转速发电机不接外电源时，也能自激发电，但必须有剩磁并且

25、发电机转速要足够高才行。要足够高才行。u 为了克服发电机在低速时不能很快建立电压的缺点，在发电机转速较为了克服发电机在低速时不能很快建立电压的缺点，在发电机转速较低，发电机电压低于蓄电池电压时，由蓄电池通过电源开关供给磁场低，发电机电压低于蓄电池电压时，由蓄电池通过电源开关供给磁场电流，进行他激，使电压很快上升。当发电机转速升高，发电机电压电流，进行他激，使电压很快上升。当发电机转速升高，发电机电压超过蓄电池电压时，进行自激，并对外输出。超过蓄电池电压时，进行自激，并对外输出。结论：结论： 自激：发电机电压自激：发电机电压蓄电池电压蓄电池电压 他激：发电机电压他激：发电机电压nnn1 1）增加

26、而逐渐增大。）增加而逐渐增大。当当nnnU1时，调节器电磁线圈产生的磁力克服触点弹簧力使时，调节器电磁线圈产生的磁力克服触点弹簧力使触点触点K断开，断开，Rtj串入励磁回路串入励磁回路，励磁电流减小，磁极磁通，励磁电流减小，磁极磁通量减弱，使发电机的电动势及端电压下降量减弱，使发电机的电动势及端电压下降。u UU2时，调节器电磁线圈的磁力已减弱至不足以保持时，调节器电磁线圈的磁力已减弱至不足以保持K断断开，开，K在弹簧力的作用下又闭合；在弹簧力的作用下又闭合；K闭合后，闭合后，Rtj被短路被短路，励磁电流增大，磁极磁通量又增大，发电机电压又随之励磁电流增大，磁极磁通量又增大，发电机电压又随之上

27、升；当发电机电压上升至上升；当发电机电压上升至U1时，触点又被打开。时，触点又被打开。u 触点如此不断地振动，使发电机电压在触点如此不断地振动，使发电机电压在U1U2范围内波范围内波动，得到一个稳定的电压调节值动，得到一个稳定的电压调节值Uc。发电机的电压达到上限电压发电机的电压达到上限电压U U1 1时时发电机电压下降至下限电压发电机电压下降至下限电压U U2 2时时 汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件282022年年4月月24日星期日日星期日五、交流发电机电压调节器第2课 发电机及调节器第二章 电源系统2.电子式电压调节器电子式电压调节器 （1）晶体管电压调节器）

28、晶体管电压调节器u 特点：特点：开关频率高，不会产生火花，调节效果开关频率高，不会产生火花，调节效果好，重量轻、体积小、寿命长、可靠性。好，重量轻、体积小、寿命长、可靠性。u 当发电机当发电机端电压高于调整值：端电压高于调整值： DW导通导通，T1导导通，通，T2截止，励磁电流截止，励磁电流下降下降，端电压下降端电压下降u 当发电机端电压低于调整值：当发电机端电压低于调整值： DW截止截止，T1截截止，止，T2导通，励磁电流上长升，端电压上升导通，励磁电流上长升，端电压上升u R3既是既是T2的偏流电阻，也是的偏流电阻，也是T1导通是的负载电导通是的负载电阻阻图2-31 晶体管调节器的基本电路

29、起动时的励磁电流回路T1为小功率开关管（为小功率开关管（T2为大功率开关管，为大功率开关管，用以接通或断开励磁电流），用以接通或断开励磁电流），DW为稳压二极管为稳压二极管R1与与R2组成分压器组成分压器汽车拖拉机学汽车拖拉机学电器与电子设备电器与电子设备课件课件292022年年4月月24日星期日日星期日五、交流发电机电压调节器第2课 发电机及调节器第二章 电源系统（2）集成电路电压调节器）集成电路电压调节器u 当发电机电压当发电机电压低于低于规定值时，规定值时，稳压管稳压管Z1截止，截止，VT1也截止，也截止，VT2在在R4的偏置作用下导通，励的偏置作用下导通，励磁电路接通，发电机电压上升；磁电路接通，发电机电压上升；u 当发电机电压当发电机电压高于高于规定值时，规定值时，稳压管稳压管Z1被击穿导通，被击穿导通，VT1也导也导通，则通，则VT2被短路而截止，励磁被短路而截止，励磁电路被切断，发电机电压下降。电路被切断，发电机电压下降。u 如此反复使发电机电压保持恒如此反复使发电机电压保持恒定