《汽车电器与电子设备》课件广科大玉洁第二章发电机

第二章

交流发电机及调节器保障汽车正常工作的电源之一交流发电机图片由皮带驱动交流发电机图片第一节交流发电机的构造交流发电机一般由转子、定子、皮带轮、风扇、整流器、前后端盖和电刷组件等部分组成。

JF132型交流发电机组件图见图，p24交流发电机第一节交流发电机的构造一、转子功用：转子的功用是产生旋转磁场。组成：转子由爪极、磁轭、磁场绕组、集电环、转子轴组成。1、转子的组成（1）转子轴上压装着两块低碳钢制成的爪极，两块爪极各有四至八个鸟嘴形磁极（国产多为六个）,爪极空腔内装有磁场绕组(转子线圈)和导磁用的铁芯(磁轭)。第一节交流发电机的构造问题：爪极为什么做成鸟嘴状？第一节交流发电机的构造（2）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，并与装在后端盖内的两个电刷相接触。第一节交流发电机的构造3）、旋转磁场的产生：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。转子视频转子磁极制作成鸟嘴形，可使定子绕组感应产生的交流电动势近似于正弦曲线波形。第一节交流发电机的构造1.功用：定子是用来产生交流电的。2.组成：定子由定子铁芯和定子绕组组成。二、定子（电枢）第一节节交交流发发电机机的构构造（1）定定子铁铁芯由内圈圈带槽槽的硅硅钢片片叠成成，定定子绕绕组的的导线线就嵌嵌放在在铁芯芯的槽槽中。。（2））定子子绕组组1）三三相绕绕组采采用星星形接接法或或三角角形接接法，，都能能产生生三相相交流流电。。2）三三相绕绕组必必须按按一定定要求求绕制制,才才能使使之获获得频频率相相同、、幅值值相等等、相相位互互差120°的的三相相电动动势。。定子视视频第一节节交交流发发电机机的构构造3、定定子线线圈绕绕制原原则磁极对对数p=6对；定定子槽槽数z=36槽;定定子绕绕组相相数3相；每每个线线圈匝匝数N=13匝;绕绕组联联结方方法：：Y型联结结绕制视视频为了使使三相相绕组组产生生频率率相同同、幅幅值相相等、、相位位互差差120°电角度度的三三相对对称电电动势势，在在绕制制三相相绕组组时，，应合合理确确定绕绕组的的安放放位置置。第一节节交交流发发电机机的构构造三、整整流器器1、作作用：：将交交流电电变成成直流流电、、是交交流发发电机机的关关键部部件；；2、实实现方方式：：利用用二极极管的的单向向导通通性3、整流流器一一般由由6只硅整整流二二极管管和安安装整整流管管的散散热板板组成成。整流器器视频频整流器器总成成大多多数都都装于于交流流发电电机后后端盖盖的外外侧，，在整整流器器总成成外面面再加加装一一个用用薄铝铝板或或薄铁铁板冲冲压而而成的的防护护盖三、整整流器器（续续）汽用整整流二二极管管有正正极管管与负负极管管之分分。3只正极极管和和3只负极极管。。引出电电极为为二极极管正正极的的称为为正极极管，，其上上标有有红色色标记记；引引出电电极为为二极极管负负极的的称为为负极极管，，其上上标有有绿色色或黑黑色标标记第一节节交交流发发电机机的构构造第一节节交交流发发电机机的构构造四、端端盖1.作用用：固固定转转子、、定子子、整整流器器和电电刷组组件。。2.材料料：一一般用用铝合合金铸铸造，，一是是可有有效的的防止止漏磁磁，二二是铝铝合金金散热热性能能好。。3.电电刷组组件：：装在在后端端盖上上，有有电刷刷、电电刷架架和电电刷弹弹簧组组成。。4.电刷刷作用用是将将电源源通过过集电电环引引入磁磁场绕绕组。。端盖视视频风扇视视频滑环电电刷视视频五、交交流发发电机机型号号根据QC/T73-1993《《汽车电电器设设备产产品型型号编编制方方法》规定，，汽车车交流流发电电机的的型号号组成成如图图所示示。举例：：JF132型交流流发电电机含含义是是什么么？第二节节交交流发发电机机的工工作原原理第二节节交交流发发电机机的工工作原原理一、发发电原原理1.发发电原原理（1））发动动机带带动发发电机机内部部转子子旋转转，产产生旋旋转磁磁场。。（2））磁场场外发发电机机壳体体（铁铁芯））上固固定有有3组组线圈圈(3相定定子绕绕组)，3相绕绕组组彼此此相隔隔120°°。频率：：p：磁极极对数数n：发电电机转转速发电原原理视视频第二节节交交流发发电机机的工工作原原理电动势势瞬时时值：：每相电电动势势的有有效值值：结论交流电电动势势的幅幅值是是发电电机转转速的的函数数。因因此，，当转转速n变化时时，三三相电电动势势的波波形为为变频频率、、变幅幅值的的交流流波形形。第二节节交交流发发电机机的工工作原原理二、整整流过过程1.交流流发电机机定子的的三相绕绕组中，，感应产产生的是是交流电电，靠六六只二极极管组成成的三相相桥式整整流电路路变为直直流电的的。2.二极极管具有有单向导导电性,当给二二极管加加上正向向电压时时,二极极管导通通,当当给二极极管加上上反向电电压时,二极管管截止。。整流视频频名词：正正向电压压？第二节交交流发发电机的的工作原原理3.整流流结果三相桥式式整流电电路中二二极管的的依次循循环导通通,使得得负载RL两端得到到一个比比较平稳稳的脉动动直流电电压。发电机输输出的直直流电压压平均值值为：式中：UAB—线电压；；UΦ—相电压。。每只二级级管的最最大反向向电压是是线电压压的最大大值第二节交交流发发电机的的工作原原理.中性点点（Y型接法））（1）概概念：三三相绕组组的末端端接到一一起形成成中性点点，用N表示。（2）中中性点电电压UN是通过三三个搭铁铁的负极极管整流流后得到到的直流流电压（（即三相相半波整整流），，故UN＝U/2（3）中性点电电压用途途：一般般用来控控制各种种用途的的继电器器。如磁磁场继电电器、充充电指示示灯继电电器等。。（4）中中性点输输出：在在三相绕绕组中性性点处接接上两只只中性点点二极管管（功率率管），，通过两两只中性性点二极极管与桥桥式整流流器正负负极相连连，可提提高发电电机功率率输出10%-15%。第二节交交流发发电机的的工作原原理三、激磁磁方法1.激磁磁：将电电源引入入到磁场场绕组使使之产生生磁场的的过程称称为激磁磁。2.方式式：交流流发电机机激磁方方式有自自激和他他激两种种。（1）他他激：交流发发电机开开始发电电时，因因二极管管死区电电压的存存在，需需先由蓄蓄电池供供给激磁电流(他激阶段)。。（2）自自激：当发电电机电压压达到蓄蓄电池电电压时，，即由发发电机自自己供给给激磁电流，，即由他他激转为自激。（3）他他激的优点：：由蓄电电池激磁可以较较快进入入自激状态。第二节交交流发发电机的的工作原原理交流发电电机励磁磁电路第三节、、交流发发电机的的工作特特性交流发电电机的工工作特点点：转速速变化范范围大，，对于一一般汽油油发动机机来说，，其转速速变化比比约为1：8，，柴油机机约为1：5，，因此分析汽车车用交流流发电机机的特性性必须以以转速的的变化为为基础。。交流发电电机的特特性有：：A.输出特性性B.空载特性性C.外特性其中以输输出特性性最为重重要。第三节、、交流发发电机的的工作特特性第三节、、交流发发电机的的工作特特性一、输出出特性1.概念：在发电机机端电压压U不变（对12V系列的交交流发电电机规定定为14V，对24V系列的定定为28V）时，输出出电流与与转速之之间的关关系，即U=常数时，，I＝f（（n）的函数关关系。第三节、、交流发发电机的的工作特特性2.空载载转速n1（1）发发电机转转速小于于一定值值n1时，对外外输出电电流为零零。（2）当发电机机达到额额定电压压并能对对外输出出电流时时的最小小转速n1，称为空载载转速。。（3）空空载转速速常用来来作为测测试发电电机性能能的参数数之一。。第三节、、交流发发电机的的工作特特性3.最大大电流Imax发电机输输出电流流能力随随转速的的升高而而增大，，但曲线线越来越越平坦，，当转速速达到一一定值时时，无论论转速增增加多少少电流都都不再增增加，即即一定结结构的发发电机输输出最大大电流Imax有一定限限制。由由此可见见，交流流发电机机自身具具有限制制输出电电流防止止过载的的能力，，又称为为自我保保护能力力。第三节、、交流发发电机的的工作特特性发电机自自动限流流原因：1、定子绕绕组有一一定的感感抗，交流发电电机定子子绕组具具有一定定的阻抗抗Z，它由绕组组的电阻阻r及感抗XL两部分组组成由于XL与n成正比，，故发电电机定子子绕组的的阻抗Z随发电机机的转速速升高而而增加。。2、定子子电流增增加时，，由于电电枢反应应的增强强，也会会使感应应电动势势下降。。两者共同同作用的的结果，，当发电电机的转转速升高高且负载载电流达达到最大大值时，，输出电电流几乎乎不随负负载电阻阻的减小小或转速速的增加加而增大大。第三节、、交流发发电机的的工作特特性总结交流发电电机电压压（输出出）一定定时，发发电机电电流存在在最大值值（无论论转速多多高），，即发电电机功率率存在最最大值。。只要限制制发电机机输出电电压即可可限制发发电机输输出功率率。限制输出出电压后后，发电电机转速速增加，，不会出出现由于于电流过过高，烧烧坏发电电机的情情况。如如果发电电机电压压过高通通常损坏坏用电设设备。发电机出出厂时，，通过试试验，规规定了空空载转速速与额定定转速。。在使用用过程中中，可通通过检测测这两个个数据来来判断发发电机性性能的好好坏。第三节、、交流发发电机的的工作特特性二、空载载特性是研究发发电机在在空载运运行时，，其端电电压随转转速变化化的关系系，即I＝0时，U=f（（n）的曲线，，如图。。空载特性性可判断断发电机机低速充充电性能能好坏，，也可看看出发电电机输出出电压是是随发电电机转速速升高而而增加。。第三节、、交流发发电机的的工作特特性三、外特特性是研究当当发电机机转速一一定时，，其端电电压与输输出电流流的关系系，即n=常数时，，U=f（（I）的曲线。。从外特性性曲线可可以看出出发电机机电压受受负载影影响的程程度：如果发电电机在高高速运转转时，突突然失去去负载，，发电机机电压会会突然升升高，致致使发电电机及调调节器等等内部电电子元件件有被击击穿的危危险。也可以看看出：发发电机输输出电压压随转速速变化情情况。第四节电电压调调节器如何使保保持输出出电压规规定范围围内？为什么需要要调节器？？感应电动势势Eφ的大小与发电机转速速n和每极磁通φ乘积成正比比原理：自动动调节磁场场电流使磁磁极磁通改改变这一原原理来调节节发电机输输出电压。。发电机转速速一定时电电压调节电压调节器器的功用:自动控制发发电机电压压，使其保保持恒定，，防止发电电机电压过过高而烧坏坏用电设备备和导致蓄蓄电池过量量充电，同同时也防止止发电机电电压过低而而导致用电电设备工作作失常和蓄蓄电池充电电不足。磁场电流如如何调整？？两种主要的的调整方式式：1、通过触触点断开与与闭合，使使磁场电路路的总电阻阻值改变变来调节磁磁场电流。。对应的调节节器：电磁振动式式调节器2、利用大大功率三极极管的开关关特性，使使磁场电流流接通与切切断来调节节磁场电流流。对应的调节节器：电子式调节节器电磁振动式式电子式第四节电电压调节器器二、电磁振振动式调节节器调节电压方方法：通过过触点开闭闭，使磁场场电路的电电阻值改变变从而调节节磁场电流流大小改变变发电机输输出电压。。特点：触点点振动频率率慢，存在在机械惯性性和电磁惯惯性，电压压调节精度度低，触点点易产生火火花，对无无线电干扰扰大，可靠靠性差，寿寿命短。第四节电电压调节器器实例工作原理R3：补偿电阻阻，由镍铬铬丝制成，，电阻值随随温度变化化小。R1：加速电阻阻，K1接通时，磁磁化线圈3的电流由两两部分组成成，由于I0很小，R1上的电压降降忽略不计计；K1打开后，R1上的电流增增大，电压压降上升，，磁化线圈圈上的电压压下降，I0迅速减小，，加速铁心心退磁，加加快K1闭合，提高高触点振动动频率。R2：调节电阻阻电磁振动式式调节器调节电压Ur与弹簧簧拉力以及及衔铁与铁铁芯间的气气隙大小有有关,可以通过调调节气隙或或弹簧拉力力来得到所所需的调节节电压.就车调整调调节电压通通常都是通通过调节弹弹簧拉力来来获得需要要的调节电电压值。第四节电电压调节器器三、电子电电压调节器器调节电压方方法：利用用功率管的的开关特性性，将晶体三极管管作为一只开开关串联在发电机磁磁场电路中中，根据发发电机输出出电压的高高低，控制制晶体三极极管的导通通和截止来来达到调节节发电机磁磁场电流使使发电机输输出电压稳稳定在某一一规定的范范围之内启动发动机机后，随着着转速的上上升，发电电机端电压压迅速上升升，当电压压稍高于调调整值时，，R1上的检测电电压UAC达到稳压管管的反向击击穿电压，，VS导通，随即即VT1导通，VT2截止，激磁磁电流降至至零，电压压急剧下降降，当下降降到低于调调整值时，，VS又恢复截止止状态，VT1截止，VT2导通。如此此反复，使使发电机端端电压维持持在规定的的调整值上上。集成电路调调节器集成电路调调节器与发发电机配装装在一起的的整体式交交流发电机机既可直接检检测发电机机输出电压压，也可通通过连接导导线检测蓄蓄电池端电电压的变化化来调节发发电机的输输出电压调节器的使使用一、调节器器正确使用用（1）调节节器与交流流发电机的的电压等级级必须一致致，否则充充电系统不不能正常工工作。（2）调节节器与交流流发电机的的搭铁型式式必须一致致。（3）交流流发电机的的功率不得得超过调节节器所能匹匹配的功率率。（4）线路路连接必须须正确。（5）调节节器必须受受点火（或或电源），，开关控制制。（6）汽车车停驶时，，应将点火火（或电源源）开关断断开。第五节交交流发电机机充电系的的过电压保保护装置第五节交交流发电机机充电系的的过电压保保护装置一、过电电压的产生生1、非瞬变性性过电压产生原因：：由于发电电机调节器器失灵，或或其它故障障引起发电电机激磁电电流未经调调节器，使使发电机电电压升高到到不正常值值。2、瞬变性过过电压（1）抛负载过过电压：交交流发电电机在向蓄蓄电池充电电过程中与与蓄电池连连接的导线线突然脱开开，或者没没有蓄电池池的情况下下，突然断断开其它负负载第五节交交流发电机机充电系的的过电压保保护装置2）磁场衰减减瞬变由于点火开开关转到断断开位置与与蓄电池突突然断开，，产生一个个按指数衰衰减的负脉脉冲电压。。3）点火系瞬瞬变点火系触点点闭合或断断开时，在在初级线圈圈中产生数数百伏的自自感电动势势，并形成成振荡。正正常情况下下可以由蓄蓄电池吸收收，但在蓄蓄电池脱开开时，这一一浪涌电压压将作用在在调节器上上，造成损损坏。4）切换电感感性负载瞬瞬变会产生一个个自感电动动势，引起起瞬变过电电压。第五节交交流发电机机充电系的的过电压保保护装置二、过电电压的保护护1稳压管保护护电路增加一个稳稳压管，当当出现瞬时时高压时，，导通，通通过搭铁消消耗能量，，之后恢复复到不导通通状态。优缺点：P41~42改进：可以以采用功率率小的稳压压管。第六节交交流发电机机充电系的的故障判断断第六节交交流发电机机充电系的的故障判断断故障现象：：不充电、、充电电流流过大或过过小、充电电电流不稳稳定。充电系的故故障部位及及原因（p43）第六节交交流发电机机充电系的的故障判断断第六节交流流发电机充电电系的故障判判断第七节交流流发电机的检检查与测试一、整机检测测1、用万用表表测量各接线线柱之间的电电阻值第六节交流流发电机充电电系的故障判判断磁场充电电流小的的检查步骤第六节交流流发电机充电电系的故障判判断不充电的检查查步骤第七节交流流发电机的检检查与测试2、在试验台台上对发电机机进行发电试试验第七节交流流发电机的检检查与测试第七节交流流发电机的检检查与测试3、用示波器器观察输出电电压波形第七节交流流发电机的检检查与测试二、解体后的的检查1、硅二极管管的检查第七节交流流发电机的检检查与测试2、磁场绕组组的检查第七节交流流发电机的检检查与测试3、定子绕组组的检查第七节交流流发电机的检检查与测试三、晶体管调调节器的检查查第八节无刷刷交流发电机机无刷交流发电电机分为爪极式、感应应子式和永磁磁式三种由于没有电刷刷和集电环，，所以不会因因为电刷和集集电环的磨损损和接触不良良造成激磁不不稳定或发电电机不发电等等故障；同时时工作时无火火花，也减小小了无线电干干扰。1．爪极式无刷刷交流发电机机的结构及工工作原理爪极式无刷交交流发电机磁磁场绕组是静静止的，它通通过一个磁轭轭托架固定在在后端盖上,所以不再需要要电刷。两个爪极中只只有一个爪极极直接固定在在电机转子轴轴上，另一爪爪极则用非导导磁联接环固固定在前一爪爪极上。当转转子旋转时，，一个爪极就就带动另一爪爪极一起在定定子内转动,当磁场绕组中中有直流电通通过时，爪极极被磁化,,就形成了旋转转磁场。优点：（1）结构简单、、维护方便、、工作可靠（2）不存在电刷刷与集电