汽车供电系统之交流发电机

2.3交流发电机2.3.1交流发电机的功用2.3.2交流发电机的构造2.3.3交流发电机任务原理2.3.4常见交流发电机的分类及型号2.3.1发电机的功用发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动机正常运转，向一切用电设备〔起动机除外〕供电，同时给蓄电池充电。转子定子端盖整流器电刷组件带轮风扇普通交流发电机普通由转子、定子、整流器、前后端盖、风扇、带轮等组成。以下图为JFB2型6管普通交流发电机解体图JFB2型交流发电机解体图2.3.2交流发电机的构造2.3.2交流发电机的构造(1)转子转子是磁极部分，功用是产生磁场。转子由爪极、励磁绕组、铁心和滑环等组成，如下图。两块爪极鸟嘴外形，压装转子轴上，爪极空腔内装有铁心和磁场绕组。滑环由两个彼此绝缘的铜环组成，磁场绕组的两端焊接在两个滑环上，滑环分别与发电机后端盖上的两个电刷相接触。当转子转动时，就构成了旋转的磁场。交流发电机的转子总成交流发电机转子分解图1－滑环2－转子轴3－爪极4－铁心5－磁场绕组(2)定子定子是电枢部分，功用是产生交流电。定子由定子铁心和对称的三相定子绕组组成，如下图。定子铁心由内圈带槽、相互绝缘的硅钢片叠成。三相绕组按一定规那么对称嵌放在槽内。三相绕组的衔接方法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。2.3.2交流发电机的构造交流发电机定子总成及衔接方式a〕星形衔接b)三角形衔接a〕b〕2.3.2交流发电机的构造(3)整流器功用是将定子绕组的三相交流电变换为直流电。整流器由6个整流二极管和散热板组成。6只整流二极管分别压装或焊接在相互绝缘的两块板上组成的，其中一块为正极板，另一块为负极板。整流二极管分为正极管和负极管两种。引出电极为正极的称为正极管，3只正极管安装在正极板上；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。交流发电机整流二极管安装表示图a〕焊接式b〕电路图c)压装式1－正整流板2－负整流板2.3.2交流发电机的构造汽车用硅整流二极管有如下特点：(1)允许的任务电流大，(2)接受反向电压的才干高，可接受的反向反复峰值电压在270V左右，反向不反复峰值电压在300V左右(3)只需一根引线〔引出电极〕(4)根据引出电极的不同分为正二极管和负二极管。整流器和定子绕组的衔接如下图。JF1522A型交流发电机整流器总成a)整流板b)整流器总成1-负整流板2-正整流板3-散热片4-螺栓孔5-正极管6-负极管7-安装孔8-绝缘垫9电枢接柱安装孔a)b)交流发电机整流器和定子的衔接电路图a〕星形衔接b〕三角形衔接2.3.2交流发电机的构造(4)端盖及电刷组件端盖分两部分〔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。端盖普通用铝合金铸造，一是可有效的防止漏磁，二是铝合金散热性能好。后端盖上装有电刷件。电刷组件由电刷、电刷架和电刷弹簧组成。电刷架有两种方式。电刷组件a)外装式b)内装式电刷的作用是将电源经过滑环引入磁场绕组。两个电刷分别装在电刷架的孔内，借助弹簧压力与滑环坚持接触。本卷须知：电刷和滑环的接触应良好，否那么会由于磁场电流过小，导致发电机发电缺乏。2.3.2交流发电机的构造交流发电机有内搭铁型和外搭铁型两种，如下图。a)内搭铁型发电机有一只电刷和壳体直接搭铁的发电机b)外搭铁型发电机两只电刷和端盖绝缘相连的发电机磁场绕组的一端经滑环和电刷，经过与发电机端盖绝缘的磁场接线柱相连，另一端经过引线与发电机外壳相连；磁场绕组的两端经滑环和电刷，经过引线均与绝缘接线柱相连。2.3.2交流发电机的构造(5)带轮及风扇交流发电机的前端装有带轮和风扇，由发动机经过传动带驱动发电机的转子轴和风扇一同旋转。发电机任务时，定子绕组和磁场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任务，所以为发电机散热是必需的。为了提高散热才干，有的发电机装有两个风扇〔前后各一个〕。如丰田轿车的发电机。(1)转子的转动使发电机发电；(2)风扇的转动为发电机散热。2.3.3交流发电机任务原理2.3.3.1发电原理2.3.3.2整流原理2.3.3.3交流发电机的励磁2.3.3.1发电机发电原理发电机发电原理表示图由发动机带动发电机转子旋转由电刷给转子通电产生磁场(有刷交流发电机，无刷直接通电)由定子产生交变感应电动势由整流器整流为直流电输出2.3.3.1发电机发电原理交流电动势的波形也近似正弦规律，〔因转子磁极呈鸟嘴形，其磁场的分布近似正弦规律〕三相电动势对称(因发电机定子的三相绕组是对称绕制的〕感应电动势输出波形三相交流发电机的感应电动势瞬时值表达式：

式中,－每相电动势的最大值－每相电动势的有效值－电角速度2.3.3.1发电机发电原理定子每相电动势的有效值的表示

式中,-绕组系数(和发电机定子绕组的绕线方式有关)-每相绕组的匝数〔单位：匝〕-频率〔单位：Hz〕-每极磁通〔单位：Wb〕-电机构造常数〔〕-称为相电动势。

由此可见，当交流发电机构造一定时〔构造常数不变〕，相电动势和发电机转速、磁通成正比。2.3.3.1发电机发电原理1)整流原理:(1)二极管的导通原那么当3只正二极管负极端衔接在一同时，正极端电位最高者导通；当3只负二极管正极端衔接在一同时，负极端电位最低者导通。整流二极管导通分析2.3.3.2发电机整流原理2.3.3.2发电机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，要经过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a所示。二极管具有单导游通性,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。将定子的三相绕组和6只整流二极管按图a的电路衔接，发电机的输出端B、E上就输出一个脉动直流电压，如下图c，这就是发电机的整流原理。发电机整流原理

a)整流电路b)三相交流电压c)整流电压波形0～t1瞬时2.3.3.2发电机整流原理t1～t2瞬时2.3.3.2发电机整流原理t2～t3瞬时2.3.3.2发电机整流原理(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。2)中性点电压在定子绕组为星形衔接时，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，标志为“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,平均值为发电机输出电压〔平均值〕的一半，即：

2.3.3.2发电机整流原理2.3.3.3发电机的励磁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〔发动机未到达怠速转速〕，本身不能发电，需求蓄电池供应发电机励磁绕组电流，使励磁绕组产生磁场来发电。这种由蓄电池供应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,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，就可以把本身发的电供应励磁绕组，这种本身供应磁场电流发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。2.3.3.3发电机的励磁2.3.4发电机的分类及型号2.3.4.1交流发电机的分类2.3.4.2交流发电机的型号2.3.4.3交流发电机的任务特性

2.3.4.1交流发电机的分类1.按总体构造分〔1〕普通交流发电机。这种发电机即无特殊安装，也无特殊功能特点，运用时需求配装电压调理器。〔2〕整体式交流发电机，发电机和调理器制成一个整体的发电机。〔3〕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同的发电机。〔4〕无刷交流发电机，不需求电刷的发电机。〔5〕永磁交流发电机，转子磁极为永磁铁制成的发电机。交流发电机构造外型a)JF1522A型交流发电机b)JFZ1813型交流发电机c)JFB1712型交流发电机2.3.4.1交流发电机的分类2.按整流器构造分〔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〔2〕外搭铁型交流发电机2.3.4.1交流发电机的分类2.3.4.2交流发电机的型号根据中华人民共和国汽车行业规范QC/T73-1993<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由五部分组成：1、产品代号JF——表示普通交流发电机；JFZ——表示整体式〔调理器内置〕交流发电机；JFB——表示带泵的交流发电机；JFW——表示无刷交流发电机。2、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3、电流等级代号电流等级代号也用一位阿拉伯数字表示。见表2－1电流等级代号12345678额定电流/A<19<29<39<49<59<69<79<894、设计序号5、变型代号设计序号用1～2位阿拉伯数字表示，表示产品设计的先后顺序。交流发电机以调整臂位置作为变形代号Z—左调整臂；Y—右调整臂2.3.4.2交流发电机的型号桑塔哪、奥迪100型轿车用JFZ1913Z型交流发电机表示电压等级为12V，电流等级为大于或等于90、第13次设计，调整臂在左边的整体式交流发电机。2.3.4.2交流发电机的型号桑塔纳奥迪100JFZ1913Z发电机2.3.4.3交流发电机的任务特性任务特点：传动比大，任务转速变化范围大。交流发电机的特性包括：输出特性、空载特性和外特性。输出特性：是指坚持发电机的端电压不变，其输出电流与转速之间的关系，即U=常数时，I＝f〔n〕的函数关系。空载转速n1是指I=0,U=Ue时的发电机转速；满载转速n2是指U=Ue，I=Ie时的发电机转速。当发动机转速到达一定值时，输出电流就不再随转速的添加而上升。具有自动限制电流的自我维护才干。由特性曲线可以看出：2.3.4.3交流发电机的任务特性空载特性是研讨发电机空载时，发电机的端电压U与转速n之间的关系。即I=0时，U=f(n)曲线，如图所示。从曲线可以看出，n↑→U↑，由他励转入自励发电时，即能向蓄电池补充充电。2.3.4.3交流发电机的任务特性外特性是指发电机转速一定时，其端电压与输出电流之间的关系，即n=常数时，U=f〔I〕的曲线，如下图。从外特性曲线可以看出发电机电压受负载影响的程度：假设发电机在高速运转时，忽然失去负载，发电机电压会忽然升高，致使发电机及调理器等内部电子元件有被击穿的危险。2.4电压调理器2.4.1电压调理器的功用2.4.2电压调理器的分类2.4.3电压调理器的调压原理2.4.4电子调理器的任务原理2.4.1电压调理器的功用为了满足用电设备恒定电压的要求，交流发电机必需配用电压调理器才干任务。电压调理器是将发电机输出电压控制在规定范围内的安装，其功用是在发电机转速变化时，自动控制发电机电压坚持恒定。从电动势与发动机的转速和磁极的磁通的关系。汽车用交流发电机任务时其转速很不稳定且变化范围很大，假设对发电机不加以调理，其端电压将随转速的变化而变化，这与汽车用设备要求电压恒定不相顺应。2.4.2电压调理器的分类交流发电机电压调理器1、按任务原理可分为：〔1〕触点式电压调理器〔2〕晶体管调理器〔3〕集成电路调理器

电子调理器〔1〕触点式〔电磁振动式〕电压调理器2.4.2电压调理器的分类触点式调理器经过电磁线圈控制触点开闭的方式来磁场绕组的励磁电流，实现对发电机电压的调理。〔2〕晶体管调理器2.4.2电压调理器的分类〔3〕集成电路调理器2.4.2电压调理器的分类2、按所匹配的交流发电机搭铁类型可分两种(1)内搭铁型调理器适用于内搭铁型交流发电机的电子调理器称为内搭铁型电子调理器；(2)外搭铁型调理器适宜用于外搭铁型交流发电机的电子调理器称为外搭铁型电子调理器。对于晶体管调理器，在运用过程中，最好运用汽车阐明书中指定的调理器，假设采用其他型号替代，除标称电压、功率等规定参数与原调理器一样外，代用调理器必需与原调理器的搭铁方式一样，否那么，发电机能够由于励磁电路不通而不能正常任务。2.4.2电压调理器的分类交流发电机的三相绕组产生的相电动势有效值为交流发电机电压调理器的调压原理是：当发电机转速升高时，调理器经过减小发电机励磁电流If来减小磁通Ф，使发电机的输出电压UB坚持不变；当发电机的转速降低时，调理器经过增大发电机的励磁电流If来添加磁通Ф，使发电机的输出电压UB坚持不变。2.4.3电压调理器的调压原理调理器根本原理2.4.4调理器的任务原理2.4.4调理器的原理2.4.4触电调理器的原理2.4.4触电调理器的原理2.4.4触电调理器的原理2.4.4电子调理器的任务原理三只电阻R1、R2、R3；两只三极管VT1、VT2；一只稳压二极管VS；一只二极管VD组成1.外搭铁型电子调理器的根本电路2.4.4电子调理器的调压原理1.外搭铁型电子调理器的根本电路电阻R1和R2组成一个分压器，R1上得分压为：2.4.4电子调理器的调压原理稳压管VS是感受元件，串联在VT1的基极电路中，并经过VT1的发射结并联于分压电阻R1的两端，以感受发电机的输出电压；1.外搭铁型电子调理器的根本电路2.4.4电子调理器的调压原理VT2是大功率三极管(NPN型)，和发电机的磁场绕组串联，起开关作用，用来接通与切断发电机的励磁电路；VT1是小功率三极管(NPN型)，用来放大控制信号；1.外搭铁型电子调理器的根本电路2.4.4电子调理器的调压原理VD是续流二极管；磁场绕组由接通转为断开形状时(F端为+，B端为－)，经二极管VD构成放电回路，防止三极管VT2被击穿损坏1.外搭铁型电子调理器的根本电路2.4.4电子调理器的调压原理(1)点火开关SW接通，发电机电压UB＜蓄电池端电压时,VT1截止，VT2导通，蓄电池直接供电到磁场绕组。他励发电，发电机电压随转速升高而升高2.外搭铁型电子调理器的任务原理2.4.4电压调理器的调压原理(2)发电机电压虽然升高,但假设蓄电池端电压＜发电机输出电压UB<调理上限时,VT1继续截止，VT2继续导通。发电机自励且开场对外供电。2.外搭铁型电子调理器的任务原理2.4.4电子调理器的调压原理(3)当发电机电压升高到等于调理上限U2时，调理器开场任务。电阻R1、R2分压，UR1=UVS+Ube1，VS导通，VT1导通，VT2截止，磁场电路被切断，发电机输出电压迅速下降。2.外搭铁型电子调理器的任务原理2.4.4电子调理器的调压原理当发电机电压下降到等于调理下限U1时电阻R1、R2分压减小，当UR1＜UW+Ube1，VS截止，VT1截止，VT2重新导通，磁场电路重新被接通，发电机电压上升。2.外搭铁型电子调理器的任务原理2.4.4电子调理器的调压原理发电机电压升到调理上限时，VT2就截止，磁场电路被切断，输出电压下降；降到等于调理下限U1时，磁场电路被接通，发电机电压上升，周而复始，发电机输出电压被控制在一定范围内。3.外搭铁型电子调理器的任务原理4、内搭铁型电子调理器的根本电路内搭铁型电子调理器根本电路的特点是晶体管VT1、VT2采用PNP型，发电机的励磁绕组衔接在VT2的集电极和搭铁端之间，与外搭铁型电路显著不同，电路任务原理和构造与外搭铁型电子调理器类似。2.4.4电子调理器的任务原理电子调理器的任务特性曲线2.4.4电子调理器的任务原理发电机的输出电压UB、磁场电流If〔平均值〕随转速n的变化关系称为电子调理器的任务特性。5、电子调理器的任务特性调理器经过三级管VT2的通断控制磁场电流，随着转速的提高，大功率三级管VT2的导通时间减小，截止时间添加，这样可使得磁场电流平均值减小，磁通减小，坚持输出电压UB不变。从电子调理器的任务特性曲线可以看出，n1为调理器开场任务转速，称为任务下限，随着发电机转速的升高，磁场电流减小。当发电机转速很高时，