第二章-发电机

第二章

交流发电机与电压调节器汽车与交通学院严英1学习目标

了解交流发电机的功用、分类；掌握发电机的结构、工作原理及特性；了解调节器的工作原理；2第二章交流发电机及调节器2.0概述2.1交流发电机的构造2.2交流发电机工作原理2.3交流发电机的特性2.4新型交流发电机2.5电压调节器使用与维护32.0概述汽车电源蓄电池发电机主要电源，将发动机的部分机械能转化为电能整流子换向的直流发电机硅整流交流发电机4第二章交流发电机及调节器2.0概述2.1交流发电机的构造2.2交流发电机工作原理2.3交流发电机的特性2.4新型交流发电机2.5电压调节器52.1交流发电机的构造汽车交流发电机三向同步交流发电机硅二极管整流器62.1交流发电机的构造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782.1交流发电机的构造1、转子2、定子3、端盖4、风扇和皮带轮92.1.1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。102.1.1转子转子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。112.1.1转子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。122.1.2定子定子的功用是产生交流电。定子由定子铁心和定子绕组组成。132.1.2定子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。三相绕组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。142.1.2定子三相绕组产生大小相等、相位相差120°的对称电动势，需要遵循以下原则：1）每相绕组的线圈个数和每个线圈的节距与匝数都必须完全相等2）三相绕组起端在定子槽内的排列必须相隔120°152.1.3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。162.1.3端盖172.1.3端盖内搭铁型发电机：磁场绕组负电刷直接搭铁的发电机（和壳体直接相连）。外搭铁型发电机：磁场绕组的两只电刷都和壳体绝缘的发电机。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。182.1.3端盖192.1.4风扇和皮带轮1）风扇：对发电机内部进行通风冷却2）皮带轮动力传递202.2整流器作用：将三向交流电变为直流向外输出组成：1、元件板2、硅整流二极管212.2.1元件板又称散热板，铝合金制成，月牙形，压装三个硅整流二极管222.2.2硅整流二极管整流器由六只硅二极管组成232.2.2硅整流二极管242.2.2硅整流二极管注意：后端盖上的三只硅二极管，引线为二极管负极，外壳为正极，称为负极管或反烧管，管壳低打黑色标记元件板上的三只硅二极管，引线为二极管正极，外壳为负极，称为正极管或正烧管，管壳底打红色标记252.3交流发电机的型号根据中华人民共和国汽车行业标准QC/T73-93《汽车电器设备产品型号编制方法》的规定，汽车交流发电机型号组成如右图：261.产品代号产品代号用中文字母表示，例：JF——普通交流发电机JFZ——整体式（调节器内置）交流发电机JFB——带泵的交流发电机JFW——无刷交流发电机2.3交流发电机的型号272.电压等级代号电压等级代号用一位阿拉伯数字表示，1表示12V系统2表示24V系统6表示6V系统2.3交流发电机的型号283.电流等级代号2.3交流发电机的型号294.其他代号设计序号：

产品设计先后顺序用1～2位数字表示变形序号：

以调整臂位置作为变形代号无ＹＺ2.3交流发电机的型号30第二章交流发电机及调节器2.0概述2.1交流发电机的构造2.2交流发电机工作原理2.3交流发电机的特性2.4新型交流发电机2.5电压调节器31第二节交流发电机工作原理发电原理整流原理32交流发电机发电原理图33一、交流发电原理1.在发电机内部有一个由发动机带动转子（旋转磁场）2.磁场外有一个定子绕组,绕组有3组线圈(3相绕组)，3相绕组彼此相隔120度34定子3相绕组感生电动势的大小为：其中：Em-每相电动势的最大值

ω-电角速度

f-交流电动势的频率（为转速的函数）

Eφ-每相电动势的有效值35定子每相电动势的有效值K-绕组系数(和发电机定子绕组的绕线方法有关)N-每项匝数（匝）φ-每极磁通（Wb）Ce-电机结构常数f=pn/60,p磁极对数36交流电动势波形交流电动势的幅值是发电机转速的函数。因此，当转速n变化时，三相电动势的波形为变频率、变幅值的交流波形。37二、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，靠六只二极管整流变为直流电。二极管具有单项导电性,当给二极管加上正向电压时,二极管导通,当给二极管加上反向电压时,二极管截止,二极管的导通原则如下:38二极管的导通原则当三只二极管负极端相连时，正极端电位最高者导通；当三只二极管正极端相连时，负极端电位最低者导通。39整流时二极管导通条件对于三个正极管子（D1、D3、D5正极和定子绕组始端相联），在某瞬时，电压最高一相的正极管导通。对于三个负极管子（D2、D4、D6负极和定子绕组始端相联），在某瞬时，电压最低一相的负极管导通。但同时导通的管子总是两个，正、负管子各一个。402.整流过程分析顺时回路，轮流导通41整流过程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。发电机输出的直流电压平均值为：

U=1.35UL=2.34UΦUL—线电压有效值

UΦ—相电压有效值423．中性点电压有的发电机具有中性点接线柱，是从三相绕组的中性点引出来的，标记为“N”。输出电压为UN，称为中性点电压中性点电压的平均值为发电机输出电压（平均值）的一半43中性点作用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。８管发电机：如夏利、桑塔纳发电机，在中性点处接上两只整流二极管，和三相绕组的六只整流二极管一道输出，可提高发电机功率。44交流发电机电动势顺时回路，轮流导通45第二章交流发电机及调节器2.0概述2.1交流发电机的构造2.2交流发电机工作原理2.3交流发电机的特性2.4新型交流发电机2.5电压调节器46第三节、交流发电机工作特性交流发电机的励磁

交流发电机的工作特性输出特性空载特性外特性47

3.1励磁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。将电流引入到磁场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。48在发动机起动期间，需要蓄电池供给发电机磁场电流生磁，使发电机发电。这种供给磁场电流的方式称为他励发电。

3.1励磁49发电机对外供电时，可以把自身发的电供给磁场绕组生磁发电，这种供给磁场电流的方式称为自励。

3.1励磁50交流发电机的励磁

交流发电机的工作特性输出特性空载特性外特性第三节、交流发电机工作特性513.2交流发电机的工作特性交流发电机的工作特点：转速变化范围大，分析汽车用交流发电机的特性必须以转速的变化为基础。交流发电机的特性有输出特性、空载特性和外特性，其中输出特性最重要。523.2输出特性指发电机向负载供电时，保持输出电压恒定，

（对12V系列的交流发电机规定为14V，对24V系列规定为28V）即U=常数时，发电机的输出电流与转速之间的关系，I＝f（n）的函数关系。533.2交流发电机输出特性实验54（1）空载转速n1当发电机达到额定电压并能对外输出电流时的最小转速为空载转速。

3.2交流发电机输出特性实验55(2)额定转速n2额定电流IA可通过检测空载转速与额定转速这两个数据来判断发电机性能的好坏。3.2交流发电机输出特性实验56发电机达到额定电流IA时的转速定义为额定转速，图中用n2表示，最大输出电流约为额定电流的1.5倍。空载转速与额定转速是测试交流发电机性能的重要依据。3.2交流发电机输出特性实验57（3）最大电流Imax发电机输出电流能力随转速的升高而增大，但曲越来越平坦，当转速达到一定值时，无论转速增加多少电流都不再增加。

----交流发电机自我保护（限流）能力。3.2交流发电机输出特性实验58交流发电机自我限流原因一：交流发电机定子绕组具有一定的阻抗Z，它由绕组的电阻r及感抗XL两部分组成。3.2交流发电机输出特性实验59由于XL

与n成正比，故发电机定子绕组的阻抗Z随发电机的车速升高而增加。高速时，由于R与XL相比可忽略不计，故阻抗Z约等于XL，定子阻抗Z与转速n成正比，其值较大，产生较大的内压降。3.2交流发电机输出特性实验60原因二：定子电流增加时，由于电枢反应的增强，也会使感应电动势下降。两者共同作用的结果，当发电机的转速升高且负载电流达到最大值时，输出电流几乎不随负载电阻的减小或转速的增加而增大。3.2交流发电机输出特性实验61发电机电压（输出）一定时，发电机电流存在最大值。即发电机功率存在最大值。限制发电机输出功率，只要限制发电机输出电压即可。限制输出电压后，发电机转速增加，不会出现由于电流过高，烧坏发电机的情况。如果发电机电压过高通常损坏用电设备。3.2交流发电机输出特性实验623.2输出特性交流发电机的励磁

交流发电机的工作特性输出特性

空载特性外特性63空载特性空载特性是研究发电机在空载运行时，其端电压随转速变化的关系，即I2＝0时，U=f（n）的曲线，实验如图所示。64空载特性65第三节、交流发电机工作特性交流发电机的励磁

交流发电机的工作特性

输出特性空载特性

外特性66外特性外特性是研究当发电机转速一定时，其端电压与输出电流的关系，即n-=常数时，U=f（I）的曲线，如图所示。67外特性从外特性曲线可以看出发电机电压受负载影响的程度：如果发电机在高速运转时，突然失去负载，发电机电压会突然升高，致使发电机及调节器等内部电子元件有被击穿的危险。68小结69第二章交流发电机及调节器概述交流发电机的工作原理交流发电机的结构交流发电机的工作特性

新型交流发电机交流发电机的电压调节器70新型交流发电机八管交流发电机九管交流发电机十一管交流发电机无刷交流发电机（爪极式、激磁式、永磁式）714.18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724.18管交流发电机6只---三相全波桥式整流电路2只---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，对中性点电压进行全波整流。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%之间。734.29管交流发电机6只--大功率整流二极管，对外负载供电3只--小功率励磁（磁场）二极管：形成单独的励磁电路，并可判断蓄电池的充放电状态744.311管交流发电机6只大功率整流二极管2只中性点二极管3只磁场二极管其它结构和6管交流发电机相同（如桑塔纳车用发电机）7511管优点：可提高功率、使充电指示灯电路简化。4.311管交流发电机76有刷与无刷发电机构造重要依据（磁场电流的引出）优点：无电刷和集电环，不会因为磨损和接触不良造成激磁不稳定或发电机不发电等故障；工作时无火花；减小了无线电干扰。分类爪极式（磁场绕组不转、爪极转）感应子式（将磁场绕组与定子绕组都固定的定子上）永磁式4.4无刷直流交流电机77第二章交流发电机及调节器概述交流发电机的工作原理交流发电机的结构交流发电机的工作特性新型交流发电机

交流发电机的电压调节器78第五节交流发电机的电压调节器电压调节器功用电压调节器的分类电压调节器的调压原理各种调节器结构与工作原理79

1）发电机的电压随着转速的变化而变化;

2）在一定条件下发电机的输出功率是定值，当车辆电器负载较小时，发电机电压升高；车辆电器负载较大时，发电机电压降低。（外特性）

3）车用电器设备及蓄电池充电均要求发电机必须在某一恒定电压下工作，如12V系统的工作电压一般为14±0.25V，24V系统的工作电压为28±0.3V。5.1功用调节、控制发电机输出电压80第一阶段（基本已被淘汰）

第二阶段（20世纪60年代始）现广泛用于东风、解放等中低档车第三阶段20世纪70年代始）现广泛应用于桑塔纳、奥迪等轿车第四阶段（目前新型）上海别克、广州本田等轿车发电机上使用机械电磁振动式（触点式）晶体管调节器集成电路调节器（半导体、绝缘）电脑控制调节器触点、铁心、支架、弹簧等机械部分三极管直接安装在外壳上、电子元件焊接在印刷电路板上将半导体元件、电路元件组装在微小基片上，安装于发电机内部电负载检测仪、发电机电脑、集成电路结构复杂、体积大、质量重、可靠性差、寿命短、精度低控制范围一般在1V左右、火花触点烧蚀精度高控制在0.5V；结构简单体积小、成本低；抗反向电压能力差、抗振性差、易失控，只适于车用电器较少且要求不高的状况小型化、接线少、调节精度高，不大于0.3V、成本较低、寿命长调节精度高、适时地接通和断开磁场电路，即能可靠地保证电器系统正常工作，使蓄电池充电充足，又能减轻发动机负荷，提高燃料经济性5.2汽车发电机调节器的分类(按技术发展）81

电子调节器按所匹配的交流发电机搭铁型式可分为：内搭铁型调节器外搭铁型调节器5.2汽车发电机调节器的分类

（按匹配的发电机）825.2调节器选配内搭铁型：与内搭铁型交流发电机所匹配的电子调节器称为内搭铁型调节器；外搭铁型：与外搭铁型交流发电机所匹配的电子调节器称为外搭铁型调节器。晶体管调节器，使用汽车说明书中指定的调节器。如型号替代，除标称电压等规定参数与原调节器相同外，代用调节器必须与原调节器的搭铁形式相同，否则励磁电路不通而不能工作。对于集成电路调节器，必须是专用的。835.3交流发电机的电压调节器电压调节器功用电压调节器的分类电压调节器的调压原理各种调节器结构与工作原理845.3电压调节器的调压原理由交流发电机的工作原理，交流发电机的三相绕组产生的相电动势的有效值：Eφ=CeФn（V）Ce--发电机的结构常数，n--转子转速，Ф--转子的磁极磁通855.3电压调节的调压原理发电机所产生的感应电动势与转子转速和磁极磁通成正比。当转速升高到一定值时（空载转速以上），输出端电压达到额定值。欲使发电机的输出电压UB不再随转速的升高而上升，只能通过减小磁通Ф来实现。减小励磁电流If。Eφ=Ce*Ф*n86第五节交流发电机的电压调节器电压调节器功用电压调节器的分类电压调节器的调压原理各种调节器结构与工作原理

875.4各种调节器结构与工作原理

1、触点式电压调节器

2、晶体管电压调节器3、集成电路调节器4、电脑控制调节器885.4各种调节器结构与工作原理1、触点式电压调节器触点式电压调节器通过触点开闭，接通和断开磁场电路，来改变磁场电流If大小；晶体管调节器、集成电路调节器等利用大功率三极管的导通和截止，接通和断开磁场电路，来改变磁场电流If大小。89触点式电压调节器90缺点：触点间隙小，很难检查调整保养；且断开时有电火花易出现故障，存在无线电干扰。调压精度较低1V。5.4各种调节器结构与工作原理1、触点式电压调节器915.2晶体管调节器晶体管调节器有多种型式，其电路各不相同，但一般采用整体封装型式，不可拆卸，不能维修，只能整体更换。举例介绍电子调节器工作原理。925.2晶体管放大、开关作用放大：加在基极电流的微小变化,就会引起集电极电流的较大变化。

开关：当Ib＝0时，Ic≈0，晶体管处于截止状态。93（1）JFT126、JFT246型晶体管调节器电子开关部分、开关控制部分、信号检出部分5.2晶体管放大、开关作用94D1—过压保护D2—温度补偿D3—使T2可靠截止D4—续流二极管，与磁场绕组构成回路C1—降低三极管开关频率C2、R5—正反馈，提高T3开关速度，提高灵敏度R1、R2—构成分压器R3、R6、R7—偏置电压R4—R4、D3、R6串联，分压95（2）JFT201型晶体管调节器5.2晶体管放大、开关作用965.3集成电路调节器集成电路调节器（IC调节器），将若干元件集成在同一基片上，成独立的电子芯片。装于发电机内部，构成整体式交流发电机。发电机外部有2个或3个接线柱。工作原理与晶体管调节器完全一样，通过稳压管感应发电机的输出电压信号，利用三极管的开关特性控制发电机的励磁电流，使发电机的输出电压保持恒定。集成电路调节器通常与整体式发电机相配。975.3典型的集成电路调节器985.4发动机电脑控制的调节器广州本田轿车的集成电路调节器为8管外搭铁型交流发电机，调节器为内装式外搭铁型，由发动机电脑控制。通过检测电路中总电流负载大小，适时地接通和断开磁场绕组电路，以此控制发电机的输出电压。99B－发电机输出接住，S、FR－接电脑，L－接充电指示灯，LG－接点火开关100小结101第二章交流发电机及调节器2.0概述2.1交流发电机的构造2.2交流发电机工作原理2.3交流发电机的特性2.4新型交流发电机2.5电压调节器使用与维护102第六节使用和维护交流发电机与调节器的使用注意事项交流发电机与调节器的维护1036.1使用注意事项交流发电机与调节器的结构简单，维护方便，在使用和维护中应注意以下几点：1．蓄电池的极性必须是负极搭铁，不能接反。否则，会烧坏发电机或调节器的电子元件；1