发电机原理上教学提纲.doc

Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。发电机原理上- 充电装置充电装置是由发电机以及调节器组成的，它向电瓶充电并且向电气装置供电。即，在起动机起动以及发动机停止时电瓶就成为必须的电源，而发电机要在发动机运转时向电气装置供电同时也要给电瓶充电，保证电瓶随时都处在可使用状态。发电机<充电装置>点火装置电瓶发电机通过皮带被发动机带动运转，产生的交流电被二极管整流为直流电。但是，在高速旋转时产生的电压会过高，向电瓶中充电过多，并会导致大灯熄灭等电气故障。为了防止上述故障的发生，需要通过调节器来将发电机的发电电压控制在适当的范围内。2.种类【1】发电机1发电机（标准型）请参见下图中发电机，这就是本公司体积小、重量轻的标准型。IC调节器被安装在内部，这也是现在的主流机型。<标准型发电机>2发电机（传统型）一般通常结构的发电机。要和触点式调节器组合之后才能使用。<传统型发电机>3带真空泵的发电机将生成负压（刹车的助力装置驱动源）的真空泵和发电机合为一体的型号。发电机真空泵<带真空泵的发电机><带真空泵的发电机>4SC发电机本发电机采用了类似于波形蛙式绕组的“导线分段”式定子线圈，并通过采用此线圈成为体积小·输出大·功率高的发电机。IC调节器转子定子<SC的发电机构造>【2】调节器1触点式调节器本调节器是由稳压器和充电指示灯继电器组成的。电压调节的方式是，在磁场线圈串联上电阻，通过电阻两端触点的连接、断开来控制转子电流。充电指示灯继电器稳压器<触点式调节器>2IC调节器 由于半导体技术的发展，现在已经由触点式调节器转变为IC调节器。IC调节器上没有触点，和触点式调节器相比的优点为能够更多地捕捉转子电流，并且由于其体积小，重量轻更能够与发电机浑然一体。<IC调节器>发电的基础1. 发电的原理如下图，在线圈周围要是有磁铁在活动的话，线圈中就会产生电压。磁铁接近时，电流走向与磁铁远离时的走向是相反的。磁铁越强或者磁铁运动的速度越快，其所产生的电压就越大。同时线圈的绕数越多其所产生的电压就会越大。<发电的原理>在发电机中，磁铁就叫作转子，线圈就叫作定子。转子不是接近或者远离定子，而是在定子线圈中旋转。转子旋转的话，其N极和S极就会交替接近或者远离定子线圈，从而就会产生交流电。<发电机的原理>转子电压表定子线圈1个周期旋转角度<产生交流>2. 三相交流在前文中为了说明简单，就以单项交流为例，但是发电机产生的是三相交流电，相对于单项交流来说其具有很多优越的特性。三相交流发电机以120°的间隔配置三组线圈。定子线圈转子因为将每一组线圈单独拿来看的话，它们都是完全相同的单项交流。所以三相交流发电机的发电波形如图，就是三组和A线圈一样的波形，互相间隔120°，叠加在一起的形状。三相交流的话，三组线圈的波形为正弦波，在任何时刻，三组线圈的电压大小和电压方向的合计为0，这是三相交流的重要特征。因此，为了简化各组线圈的结线，就提出了两种结线方式Y结线（星形结线）和结线（三角结线）。1 定子结线（1） Y结线（2） Y结线的方式为各相线圈的一端（都是始绕端或者都是终绕端）在一处汇集连接，另外一端的三个端点向外部负载供给电力。汇集点就叫做中性点（N点：中性的意思）。结线结线方式为各相的始绕端和终绕端相互连接，各个线圈串联连接，三处连接点向外部负载供给电力。3. 发电量的大小（调整电压）通过以下公式能够计算出来定子线圈中产生的电力大小。发电量EK··N其中K：比例系数：磁束N：旋转速度其中磁束和转子线圈电流I是呈比例关系的。因此，公式可以变为：发电量EK·I·N因为在实际的车辆上，转数N会大幅度变化，所以为了将发电的大小控制在一定的范围内就需要用调节器来控制转子线圈电流的大小。4. 整流汽车用发电机的一个首要的目的就是给电瓶充电，但是交流无法直接充电。因此，将交流输出变成直流输出，这个整流作用就显得十分必要了。发电机是通过二极管来实现整流的。在二极管上施加正方向电压，即便是很微弱，二极管也会保证电流流动得很充分；但是要是施加反方向电流的话，二极管就几乎不会使电流流过（实用上来讲就是0）。二极管有这样的特性。利用这个特性，就能够把定子线圈中产生的交流变成（整流）直流。流动不流动<二极管的特性>二极管整流分为两种，就是只提取交流中正部分的半波整流，和将正负两波整流成直流的全波直流。下图就是单项交流的整流电路和整流波形。实际的发电机是三相交流，所以使用6个二极管对三相进行全波整流。三相全波整流指的是，如下图（a），A·B之间产生高电压，通过二极管1流向负载，并从二极管5回来。下一个过程如图（b），A·C之间产生高电压，从二极管1流出，从二极管6回来。 按照（c）、（d）、（e）、（f）的顺序进行下去，各相，各线之间流动的电流大小和方向虽然有变化，但是负载中的电流总是按照一定的方向流动。图中涂黑的二极管是使用中，除此之外的都是没有电流流过的二极管。也就是说1个二极管的负载率是1/3。参考 整流之后的输出波形Y结线整流之后的输出电压波形如下图。整流之后流出电流的端子就是叫B端子。（电瓶一端的意思），电流回来的端子就叫作E端子。（接地一侧的端子）在Y结线中N-E之间的电压（中性点电压）是B-E之间（输出电压）的1/2。这个特性应该是能从（b）图中看出来的。 （c）图是E端子电位为0时的图，VB,VN都成为脉冲，其各自中性点电压均为输出电压的1/2。E端子电位为0时的B端子、N端子的电位中性点电压为0时的各相电压波形和B端子。、E端子的电位Vn平均值Vb平均值E端子电位中性点（N）的电位B端子电位P端子的输出电压为了检验发电机是否发电，就利用图（a）中的P端子输出电压。此电压是图（b）中的脉冲。可以利用本电压来检测流量等。各相电压和B·P端子电压1周期 发电机（标准型）1 构造<结构图>防护罩碳刷端盖输出端子插头IC调节器刷簧电刷集电环整流器转子轴承皮带轮传动端盖定子定子定子是由定子铁芯和定子线圈组成的，并被压入固定在传动端盖上。定子铁芯是由薄铁板重叠而成的，其内侧有很多槽，槽中嵌有定子线圈。转子爪极的磁感线与定子线圈有效地交叉从而产生电磁通路。2 定子中绕有三组定子线圈，随着转子的旋转产生交流电。定子线圈的绕线分为Y结线和结线。<定子>Y结线槽定子线圈定子铁芯<定子>转子转子就是活动的磁场，由爪极（磁极）和转子线圈、集电环、轴等构成。转子的中心绕有线圈，其两侧就是磁极。转子线圈中有电流时，一侧的爪全部就会成为N极，而另一侧就全部都是S极。为了向旋转中的转子提供激磁电流，在转子的一端上就有2个集电环，通过电刷供给电流。转子线圈风扇爪极风扇<转子>爪极（磁极）集电环转子线圈在转子的两侧有冷却用的风扇，风扇与转子一体化。其负责将风从前部向内部输送用来冷却。<冷却>风的流向3 整流器 整流器上排列着8个齐钠雪崩二极管（没有中性点二极管的是6个），它们能够将定子线圈中产生的交流电整流成为直流电。（见中性点二极管方式）+侧以及-侧的极板接续如下图。电流不流通电流（-）侧齐钠二极管（+）侧齐钠二极管（+）侧齐钠二极管（-）侧齐钠二极管参考 齐钠雪崩二极管的作动齐钠雪崩二极管具备和其他一般二极管一样的整流特性，但是向其反方向施加电压时，在电压到达一定值（齐钠电压）之后，电流就会急剧流过；即便向齐钠二极管施加的电压超过齐钠电压，二极管两端的电压也不会上升。齐钠二极管特性反方向电压齐钠电压电流电流电压正方向电压2. 作动1 激磁发电机的磁场是通过转子线圈以及爪极来产生的电磁。因此，为了能够发电，就需要保持转子线圈中一直有电流，就需要激磁。其方法有两种，就是完全使用其他的直流电来激磁的他激式和利用自己发电的自激式。一般当点火开关闭合之后，采取他激方法（如图b）由电瓶向转子线圈施加电压，随着转速上升、电压也在上升，二极管开始整流时就会改为从内部持续供给电压。其结果就是，利用产生的电压来进行自激（如图a），就是从他激转变为自激。<激磁方式>点火开关转子线圈他激转子线圈自激2 输出特性发电机的输出特性为不随着转速而增加，而是达到一定数值之后不会再提高。输出电流能被自动控制。3 下图就是输出特性的例子。<输出特性>发电机转速输出电流输出电压13.5V固定中性点二极管方式中性点二极管是在整流用的齐钠二极管上追加2个二极管，并通过这点使发电机的输出提高1015。（1） 这个中性点二极管与齐钠二极管为一体（见整流器）中性点二极管<中性点二极管>输出特性发电机转速上升时，输出会从上升途中开始渐渐地上升。 也就是说，发电机的转速超过一定的转速之后输出电流就会增大，中性点二极管的供给能力也会增大。（输出提高）<输出特性例>发电机转速输出电流有中性点二极管无中性点二极管参考 中性点电压中性点的电压约为输出电压VB的1/2。这个电压是交流电压。因此，随着发电机转速的提高，电压也会增高，超过20003000rpm时，其峰值会超过输出电压。 中性点的电位在超过正、负输出端子电压时，电流就会流到正负输出端子之间的中性点二极管上，此电流也会计算到输出电流上。电压高转速时，中性点电压就会超过输出电压接地电位中性点平均电压中性点电压VN输出电压VB低旋转时<中性点电压波形>旋转角度SC发电机1. 构造SC发电机的基本构造和前文中描述的标准型发电机一致，但是SC发电机通过使用分段导线方式(SC方式)，实现了体积小、输出高、功率大。2. 并且，通过双重定子结线以及多组三角定子结线的方式，降低了电磁噪音。<SC发电机结构图>传动端盖电刷皮带轮轴承定子防护罩整流器转子IC调节器风扇定子线圈的结线方式1 星形结线（双重结线）2 配置了2组三相绕线线圈（A和B），使定子线圈中产生的电磁变动能够互相抵消。这样就能够一致定子线圈中产生的电磁变动，从而降低发电机中的电磁噪音。配置2组三相绕线线圈三角结线（多组三角定子结线，日文原称千鸟结线） 多组三角定子结线是将引线相位错开，并串联引线；通过这种构造抑制定子线圈中的电磁变动，降低发电机中的电磁噪音。参考 星形结线和三角形结线·无论是星形结线还是三角形结线都产生相位相差120°的单相交流，并绕三组线圈。·比较两种结线方式，如下图，星形结线的话，线间电压是相电压的3倍，线电流和相电流一致。三角形结线的话，线间电压和相电压一致，线电流是相电流的3倍。·因此使用星形结线的话，线间电压是相电压的3倍。因此要是想通过较少的绕数尽快提高线间电压的话，通常的发电机就会使用星形结线。3. 反过来要是想要更大的线间电流，使用三角形结线的话相电流就会为3。三角形结线星形结线主要的不同点和标准型发电机的不同点如下：1 定子线圈（1） 为了降低定子线圈的电阻，使用又粗又短的导线。这样和标准型发电机相比电阻就降低了一半，并且发热也减少了。（2） 导线增粗，增加了导线在铁芯槽中的截面占有率。2 在定子线圈长度上，导线之间用U字导体片来连接（分段导线），这样制造的线圈总长最短。<分段导线（SC）方式><标准型发电机的绕线方式>分段导线<分段导线（SC）方式>IC调节器 SC发电机采用的是G型IC调节器，在G型IC调节器中，一个电路板上集成了大量电路，并实现了小型化。<G型IC调节器>参考SC发电机的结构图*有的发电机上的碳刷轴承无法取下。*不同的发电机，其电刷的结构也不同。IC调节器和整流器共紧固螺钉整流器（3）紧固螺栓（4）B端子衬套B端子衬套电刷螺母（2）电刷防护罩螺母调节器螺钉皮带轮螺母轴承室挡盖螺钉碳刷轴承-