汽车电工与电子技术 课件 项目4 汽车发电机与电动机

项目四汽车发电机与电动机一、交流发电机的基本结构及类型1、交流发电机的结构何为交流发电机？交流发电机是用二极管整流，输出为直流的发电机。功用：当发动机在怠速以上转速运转时，除向起动机以外的用电系统供电，同时还向蓄电池充电。组成：主要由转子总成、定子总成、整流装置、电刷、前/后端盖、风扇、皮带轮等组成。交流发电机的结构分以下几部分:转子定子端盖整流器电刷组件带轮风扇（1）转子总成①功能：产生旋转变化的磁场。②组成：铁芯、励磁绕组、转子轴、爪极、滑环。③爪极的形状（鸟嘴形）：使磁场按正弦规律分布。④滑环：滑环与轴之间保持绝缘。转子——产生旋转变化的磁场（2）定子总成①功能：产生三相交流电。②组成：铁芯、三相对称绕组（大多采用星形接法）。为使三相绕组产生大小相等、相伴相差1200的电动势，三相绕组的绕法需遵循以下原则：每相绕组的线圈个数、每个线圈的节距和匝数,必须完全相等；三相绕组的起端A、B、C在定子槽内的排列必须间隙1200角度。定子三相绕组有两种接法

1）星形接法2）三角形接法（3）整流装置①功能：将定子绕组产生的三相交流电变换为直流电。②组成：六只硅二极管（或8只、11只）、两个元件板。③特点：a、三只正二极管（红色）安装在元件板上，其元件板构成发电机的输出极（正极），即发电机的火线接线柱，标以“B”、“＋”或“A”。b、三只负二极管（黑色）安装在元件板上，其元件板构成发电机的负极，即发电机的搭铁接线柱，标以“－”或“E”。将正极管安装在一块铝制散热板上，称为正整流板；将负极管安装另一块铝制散热板上，称为负整流板，也可用发电机后盖代替负整流板，两块板绝缘地安置在一起，它与后端盖用尼龙或其他绝缘材料制成的垫片隔开且固定在后端盖上。（4）前/后端盖、电刷组件、风扇及皮带轮前、后端盖上均有轴承座孔，用于安装转子轴承以支撑转子。两端盖分别有挂脚，利用挂脚和调整臂将发电机安装固定在发动机上，改变调整臂的固定位置可以调整传动皮带的松紧程度。前后端盖用铝合金材料制成，铝合金是非导磁材料，它既可以防止漏磁，又具有良好的导热性能，有利于散热。电刷材料为石墨，电刷与电刷架的结构有内装式和外装式：风扇及皮带轮：依靠风扇散热，皮带轮驱动

外装式内装式2、交流发电机的分类（1）按磁场绕组搭铁方式分类

①内搭铁型交流发电机：磁场绕组的一端（负极）直接搭（和壳体相联）②外搭铁型交流发电机：磁场绕组的一端（负极）接入调节器，通过调节器后再搭铁。（2）按结构分类①普通交流发电机

(外装电压调节器的发电机)②整体式交流发电机

(发电机和调节器制成一个整体的发电机)③带泵交流发电机

(和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起的发电机)④无刷交流发电机

(不需要电刷的发电机)⑤永磁交流发电机(转子磁极采用永磁材料制成的发电机)①②③④（3）按整流器结构分类①6管交流发电机

②8管交流发电机③9管交流发电机④11管交流发电机

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下：3、交流发电机的型号例：奥迪100轿车JFZ1913Z型代表？第一部分为产品代号。JF-普通交流发电机、JFZ-整体式交流发电机、JFB-带泵交流发电机、JFW-无刷交流发电机。第二部分为分类代号，即电压等级代号，用一位阿拉伯数字表示，1—12V；2—24V；6—6V。

第三部分为电流等级代号，用一位阿拉伯数字表示，见表3—1。第四部分为设计序号，按产品设计先后顺序，用阿拉伯数字表示。第五部分为变型代号，交流发电机以调整臂的位置作为变形代号。从驱动端看，Y-右边，Z-左边，无字母表示在中间位置。桑塔纳、奥迪100型轿车用JFZ1913Z型交流发电机是电压等级为12V，输出电流等级为≧90A，第13次设计，调整臂在左边的整体交流发电机。二、交流发电机的工作原理及特性1、交流发电机的工作原理发电原理★交流发电机产生交流电的基本原理是电磁感应原理：◆发动机带动发电机转子旋转；电刷给转子通电（有刷通过电刷,无刷直接通电）产生旋转变化的磁场。◆定子绕组与磁力线有相对的切割运动，定子绕组发生电磁感应产生交流电。◆因为定子三相绕组对称绕制，从而产生频率相同、幅值相等、相位相差120度的对称三相电动势。三相交流电表达式式中Em－每相电动势的最大值

Eф－每相电动势的有效值

w－电角速度（w＝2πf）2、交流发电机的工作原理整流原理★整流装置——利用硅二极管的单向导电性，将交流电转换成直流电的装置。正二极管导通原则：某一瞬间正极电位最高者优先导通负二极管导通原则：某一瞬间负极电位最低者优先导通整流过程分析◆8管交流发电机的工作原理所加两管在发电机高速时，可提高发电机的输出功率15％左右。发电机中性点接线柱“N”，其中性点电压

UN≈1/2U

（U为发电机输出电压）◆9管交流发电机的工作原理加装的三个二极管专门用来在自励时供给励磁绕组电流，这三个二极管还可以控制充电指示灯（省去充电指示灯继电器）。

a、作用：既指示发电机及调节器的工作情况，又可以在停车后提醒驾驶员及时关闭点火开关，避免浪费蓄电池电能。

b、状态：励磁绕组他励，充电指示灯亮；励磁绕组自励，充电指示灯灭。◆11管交流发电机的工作原理3、交流发电机的工作原理励磁方式★励磁方式：

（1）先他励：迅速建立磁场，便于低速充电。（2）后自励

机械式内搭铁外搭铁整体式本次结束1

直流电机的构造

直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。直流电机的优点：(1)调速性能好,调速范围广,易于平滑调节。(2)起动、制动转矩大,易于快速起动、停车。(3)易于控制。应用:1)轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井提升机以及起重设备等调速范围大的大型设备。2)用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。NS···S极掌极心励磁绕组机座转子直流电动机的磁极和磁路

直流电机由定子(磁极)、转子(电枢)和机座等部分构成。2.转子(电枢)

由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。1.磁极永磁式:

由永久磁铁做成。励磁式:

磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，

形成电磁铁。励磁:

磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称

为励磁。电枢铁芯：由硅钢片叠装而成。电枢绕组：单个绕组元件组成。用来在电机中产生磁场。2

直流电机的基本工作原理IU–+SbNacd

直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向如图所示。由于换向片和电源固定连接，无论线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里,N极有效边的电流方向向外。电动机电枢绕组通电后中受力(左手定则)按顺时针方向旋转。U–+U–+电刷换向片U–+IFFTn换向器作用：将外部直流电转换成内部的交流电，以保持转矩方向不变。EEU–+TnSbNdFFacII换向片电刷

线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势。由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向相反KE:

与电机结构有关的常数n:

电动机转速

：磁通1.电枢感应电动势

E=EK

nU–+EETnSbNdFFacII换向片电刷

由图可知，电枢感应电动势E与电枢电流或外加电压方向总是相反，所以称反电势。

式中：U—外加电压Ra

—绕组电阻2.电枢回路电压平衡式–RaIaE+–+UMKT:与电机结构有关的常数

:

线圈所处位置的磁通Ia：电枢绕组中的电流3.电磁转矩单位:

(韦伯)，Ia

(安)，T(牛顿•米)

直流电动机电枢绕组中的电流(电枢电流Ia)与磁通

相互作用，产生电磁力和电磁转矩，直流电机的电磁转矩公式为4.转矩平衡关系

电动机的电磁转矩T为驱动转矩,它使电枢转动。在电机运行时，电磁转矩必须和机械负载转矩及空载损耗转矩相平衡，即T=KT

Ia

当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。转矩平衡过程T2:机械负载转矩T0:空载转矩

例：设外加电枢电压

U一定，T=T2

(平衡)，此时，若T2突然增加，则调整过程为达到新的平衡点(Ia

、

P入

)

。T2

n

Ia

T

E

1.他励电动机

励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。3直流电机的分类

直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机2.并励电动机

励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。UUfIaM+_+_If他励IaUM+_If+_IE并励4.复励电动机

励磁线圈与转子电枢的连接有串有并，接在同一电源上。3.串励电动机

励磁线圈与转子电枢串连接到同一电源上。串励UIa+_IfM复励U+_IMIa4直流电动机的机械特性特点:

励磁绕组与电枢并联由图可求得由上分析可知：

当电源电压U和励磁回路的电阻Rf一定时,励磁电流If和磁通

不变，即

=常数。则IaUM+_If+_IE令：T=KT

Ia=KT

Ia

即：并励电动机的磁通

=常数，转矩与电枢电流成正比。

由以下公式求得IaUM+_If+_IE式中：n=f(T)

特性曲线n0nNTN

并励电动机在负载变化时，转速n的变化不大—硬机械特性（自然特性）。改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线动画n0T

n

例:有一并励电动机，其额定数据如下：P２=22kW,

UN=110V,nN=1000r/min,

=