汽车电工电子基础电子教案27交流发电机的原理与应用

课题三电磁基础知识教案编号27模块四交流发电机的原理与应用课时数2教学目标【知识目标】掌握交流发电机的工作原理和应用【技能目标】能进行汽车发电机的拆装与检测【情感目标】具有对科学的求知欲，乐于探究求真，不畏困难的耐劳精神，善于观察，勤于分析的科学精神，具有创新、乐于实践精神教学重点交流发电机的工作原理和应用难点交流发电机的工作原理课前准备教师准备交流发电机学生预习交流发电机的工作原理和应用教学方法①讲授法②比较分析、发现法③视频演示法作业布置教学反思教学内容或教学过程教学设计意图一、课程思政三分钟二、新课导入充电指示灯安装在组合仪表内，用于检测充电系统是否工作正常。正常状态时，该指示灯在发动机未运行时常亮，启动后马上熄灭。当发动机运行时而充电系统不发电时，该指示灯就会亮起，防止充电系统故障造成蓄电池严重亏电。如行驶途中发生该故障，说明充电系统可能存在故障，需要尽快维修。本任务通过相关知识的学习，让学生掌握交流发电机的知识，知道拆装，认识发电机的结构特点，以及学会交流发电机的故障与维修方法。三、新课讲授1、交流发电机由哪些部分组成？普通交流发电机一般由转子、定子、整流器、前后端盖、风扇和带轮等组成,如图4-41所示。图4-41交流发电机解体图1、转子转子的功用是通电后产生磁场。它主要由爪极、磁场绕组、集电环(滑环)和转子轴等组成,如图4-42所示。图4-42发电机转子的结构图4-43发电机定子的结构2、定子定子的功用是产生三相交流电,其结构如图4-43所示,由定子铁心和三相定子绕组两部分组成。定子铁心由相互绝缘的内圆带槽的环状硅钢片叠加而成。定子槽内置有三相对称绕组,三相绕组大多数采用Y形(也称为星形)联结,也有用△形联结的。重要提示：为了保证三个绕组产生大小相等，相位差为120°的对称电动势，三个绕组的绕制遵循以下原则：①每相绕组的线圈个数和每个线圈的匝数要完全相等。②每个线圈的节距必须相同。③三相绕组的起端在定子槽内的排列必须相隔120°。3、整流器整流器的功用是将三相绕组产生的交流电转变为直流电。如图4-44所示,整流器由正、负整流板组成,每个整流板上安装3~4个硅二极管。图4-44交流发电机整流器总成外壳为正极、中心引线为负极的二极管,叫负极管；外壳为负极、中心引线为正极的二极管,称为正极管。安装3只正极管的整流板称为正整流板。安装3只负极管的整流板称为负整流板。三相绕组与整流器连接的全波整流电路如图4-45所示。图4-45六管全波整流电路图4-46电刷与电压调节器组件4、端盖及电刷组件端盖一般分成两部分,即前端盖和后端盖,起支撑转子、定子、整流器和电刷组件的作用。端盖一般用铝合金铸造,一是可有效地防止漏磁,二是铝合金散热性能好。后端盖上装有电刷组件。电刷组件由电刷、电刷架和电刷弹簧组成,如图4-46所示。电刷的作用是将电源通过集电环引入励磁绕组。两个电刷分别装在电刷架的孔内,借助弹簧压力与集电环保持接触。电刷一般与调节器装为一体。电刷和集电环的接触应良好,否则会因为磁场电流过小,导致发电机发电不足。5、带轮与风扇交流发电机的前端装有带轮,内部装有风扇,由发动机的传动带通过带轮驱动发电机的转子轴和风扇一起旋转。发电机工作时,定子绕组和励磁绕组中都会有热量产生,若温度过高会烧坏导线的绝缘部分,导致发电机不能正常工作,为了提高散热能力,有的发电机还装有两个风扇(前、后各一个)。2、交流发电机是如何工作的？1、电磁感应现象电磁感应是指导体在变化的磁场中会产生感应电动势,如图4-47所示,当蓄电池通过电刷与集电环给转子的线圈通电时,转子线圈就会产生磁场,只要将转子转动,就会形成旋转的磁场,在磁场内的导体就会产生感应电动势。图4-47电磁感应现象图4-48交流发电机发电原理示意图2、发电原理发电机定子的三相绕组按一定规律分布在发电机的定子槽中,内部有一个转子,转子上安装着爪极和励磁绕组。如图4-48所示,当外电路通过电刷使励磁绕组通电时,便产生磁场,使爪极被磁化为N极和S极。当转子旋转时,磁通交替地在定子绕组中变化,根据电磁感应原理可知,定子的三相绕组中便产生三相交变的感应电动势,这就是交流发电机的发电原理。3、整流原理交流发电机定子的三相绕组中,感应产生的是三相交流电,是通过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4-49a所示。当发动机起动后,发电机定子三相绕组产生三相交流电动势(图4-49b),输送到整流器的二极管,由于二极管具有单向导通性,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,使发电机整流器的输出端B、E上输出一个脉动直流电压,如图4-49c所示。a)整流电路图b)三相绕组电压波形图c)整流后发电机输出图4-49交流发电机整流原理三相桥式整流电路中二极管依次循环导通,当3只正二极管负极端连接在一起时,正极端电位最高者导通;当3只负二极管正极端连接在一起时,负极端电位最低者导通,如图4-50所示。使得负载得到一个比较平稳的脉动直流电压。图4-50二极管的导通顺序3、交流发电机是怎样励磁的？汽车上使用的交流发电机都需要励磁,因为它们的磁场都是电磁场,必须给励磁绕组通电才会有磁场产生而发电,否则发电机将不能发电。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(发动机未达到怠速转速),自身不能发电,需要蓄电池供给发电机励磁绕组电流,使励磁绕组产生磁场来发电。这种由蓄电池供给磁场电流发电的方式称为他励发电,如图4-51所示。图4-51他励发电（2）自励随着转速的提高(一般在发动机达到怠速时)，发电机定子绕组的电动势逐渐升高并能使整流器二极管导通,当发电机的输出电压大于蓄电池电压时,发电机就能对外供电了。当发电机能对外供电时,就可以把自身发的电供给励磁绕组,这种自身供给磁场电流发电的方式称为自励发电,如图4-52所示。图4-52自励发电交流发电机励磁过程是先他励后自励。当发动机达到正常怠速转速时，发电机的输出电压一般高出蓄电池电压1~2V，以便对蓄电池充电，此时，由发电机自励发电。四、练习与检测1、普通交流发电机一般由哪些部分组成？2、普通交流发电机各部分有何作用？五、小结1、交流发电机是汽车的电源，其作用是在发动机正常运转时（怠速除外）时，向所有用电设备（起动机除外）供电，并向蓄电池充电。汽车用硅整流交流发电机由三相同步发电机和硅二极管整流器两大部分组成。其工作过程是：交流发电机定子绕组中感应出交变电动势,再经硅二极管整流器整流,输出直流电。普通交流发电机一般由转子、定子、整流器、前后端盖、风扇和带轮等组成。2、交流发电机励磁方式有自励和他励两种。3、电压调节器一般安装在发电机的内部，它的功用是使交流发电机的输出电压保持恒定。4、充电指示灯