第2讲 交流发电机和调节器精选文档.ppt

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1、第2讲交流发电机和调节器本讲稿第一页，共三十九页2.1 概述概述发电机的作用：发电机的作用：汽车上的汽车上的主要电源，向除起动机以外主要电源，向除起动机以外的所有的用电设备供电，同时还向蓄电池充电。的所有的用电设备供电，同时还向蓄电池充电。对发电机的技术要求对发电机的技术要求（1）电压自动调节）电压自动调节 （2）限制输出电流的过载保护）限制输出电流的过载保护 （3）自动而及时地接通和切断与蓄电池间的电路）自动而及时地接通和切断与蓄电池间的电路 发电机的分类发电机的分类 直流发电机直流发电机：靠换向器产生直流电。：靠换向器产生直流电。交流发电机交流发电机：用二极管整流。：用二极管整流。本讲稿第

2、二页，共三十九页2.2 交流发电机的构造交流发电机的构造2.2.1 构造构造 1.1.转子转子 3.3.整流器整流器 4.4.前后端盖及电刷组件前后端盖及电刷组件2.2.定子定子 本讲稿第三页，共三十九页2.2.定子定子 作用：产生交流电；作用：产生交流电；构造：由定子铁芯和定子绕组组成构造：由定子铁芯和定子绕组组成图交流发电机定子总成及连接方式a）定子绕组星形连接b)定子绕组三角形连接本讲稿第四页，共三十九页1.1.转子转子作用：产生磁场作用：产生磁场 构造：爪极构造：爪极内腔磁内腔磁轭绕轭绕激磁激磁绕组绕组绕组绕组引出引出线线焊焊于滑于滑环环滑滑环环与后端盖内碳刷接触与后端盖内碳刷接触引入

3、激引入激磁磁电电流。流。本讲稿第五页，共三十九页3 3整流器整流器 作用：将三相绕组产生的交流电变换为直流电；作用：将三相绕组产生的交流电变换为直流电；组成：整流二极管和整流板。组成：整流二极管和整流板。本讲稿第六页，共三十九页 4 4端盖及电刷组件端盖及电刷组件 端盖起支撑转子、定子、整流器和电刷组件的作用。电刷组件由电刷、电刷架和电刷弹簧组成。电刷的作用：将电源通过滑环引入励磁绕组。图 电刷组件本讲稿第七页，共三十九页2.2.2交流发电机的分类交流发电机的分类1.按整体结构分按整体结构分（1）普通交流发电机）普通交流发电机（2 2）整体式交流发电机）整体式交流发电机:内装电子调节器。内装电

4、子调节器。（3 3）带泵交流发电机）带泵交流发电机:带真空制动助力泵的交流发电机带真空制动助力泵的交流发电机 （4 4）无刷交流发电机：无电刷和滑环。）无刷交流发电机：无电刷和滑环。（5 5）永磁交流发电机：转子磁极采用永磁材料的交流发电机。）永磁交流发电机：转子磁极采用永磁材料的交流发电机。本讲稿第八页，共三十九页2.按整流器结构不同分：按整流器结构不同分：（1）6管交流发电机：管交流发电机：（2）8管交流发电机：还可提高发电机输出功率；管交流发电机：还可提高发电机输出功率；（3）9管交流发电机：还可控制充电指示灯；管交流发电机：还可控制充电指示灯；（4）11管交流发电机：有管交流发电机：有

5、8、9管之功能。管之功能。本讲稿第九页，共三十九页本讲稿第十页，共三十九页3.按磁场绕组搭铁形式不同分为：按磁场绕组搭铁形式不同分为：（1）内搭铁型交流发电机：磁场绕组的一端与发电机端盖相）内搭铁型交流发电机：磁场绕组的一端与发电机端盖相连；连；（2）外搭铁交流发电机：磁场绕组的一端和发电机正极连接，另一）外搭铁交流发电机：磁场绕组的一端和发电机正极连接，另一端通过调节器后搭铁的交流发电机端通过调节器后搭铁的交流发电机本讲稿第十一页，共三十九页2.3 2.3 交流发电机的工作原理交流发电机的工作原理1.1.交流发电机发电原理交流发电机发电原理硅硅整整流流发发电电机机的的发发电电过过程程是是：先

6、先由由他他激激建建立立电电动动势势，再再转转入自激正常入自激正常发电发电。图：硅整流发电机的一般励磁电路 E=4.44kfNm =0.074kNpnm其中：k绕组系数；f交流电的变化频率，fpn/60，p磁极对数；n发电机转速；N每相绕组的匝数；m每个磁极磁通。令C0.074kNp，为电机常数，则ECnm（1）本讲稿第十二页，共三十九页2.2.整流过程整流过程利用二极管的单向导电特性，把交流电转变为直流电。3.3.整流后发电机的输出电压整流后发电机的输出电压负 载RL两端的电压平均值：U=2.34U，U相电压的有效值；每个二极管上的平均电流：ID=I/3，I负载电流；图：二极管导通原则本讲稿第

7、十三页，共三十九页4中性点电压中性点电压在定子绕组为星形连接时，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，标记为“N”，“N”点电压称为中性点电压。中性点电压的平均值为：本讲稿第十四页，共三十九页2.4 发电机的特性发电机的特性1.输出特性输出特性图4：交流发电机的输出特性曲线对输出特性图的解释：（1）当转速大于n0时，发电机才有能力向外供电。（n0可作为选择发电机与发动机之间传动比的依据。）（2）当发电机转速大于n0时，输出电流I将随n的升高和R的减小而增大。（3）交流发电机具有自身限制输出电流的能力。：U=C，I=f(n)。空载转速空载转速n0发电机空载时，电压

8、达到额定值的转速；满载转速满载转速nR发电机达到额定功率时的转速。本讲稿第十五页，共三十九页2.2.空载特性空载特性图：发电机的空载特性图：发电机的空载特性空载特性一：空载特性一：I0，uf(n)。结论：交流发电机经整流后输出的直流电压随发电机转速的增加而增加。结论：当结论：当n变化时，可以通过调节变化时，可以通过调节Ig来保持发电机输出额定来保持发电机输出额定电压不变。电压不变。空载特性二：空载特性二：nC，I0时，时，Uf(Ig)的函数关系。的函数关系。本讲稿第十六页，共三十九页3.外特性外特性：nC，Uf(I)。图：发电机的外特性n1n2n3本讲稿第十七页，共三十九页2.5 调节器调节器

9、2.5.1概述概述1.1.汽车用调节器的分类汽车用调节器的分类（1）直流发电机调节器电压调节器：将输出电压控制在规定范围；电流限制器：将输出电流控制在规定范围；截流继电器：自动接通与切断发电机与蓄电池之间的电路。（2）交流发电机调节器电压调节器：将输出电压控制在规定范围.本讲稿第十八页，共三十九页2.电压调节器的基本原理电压调节器的基本原理 每相绕组电动势的有效值ECnm，n发电机转速；m磁极磁通。电压调节器原理：通过调节激磁电流电压调节器原理：通过调节激磁电流Ig来控制发来控制发电机电压电机电压。本讲稿第十九页，共三十九页3.交流发电机调节器的分类交流发电机调节器的分类（1）电磁振动式调节器

10、：通过触点开闭来调节Ig。a.单级式：只有一对触点。b.双级式：有两对触点。（2）电子电压调节器：利用晶体管的开关特性来调节Ig。本讲稿第二十页，共三十九页电子电压调节器分类：电子电压调节器分类：按结构形式分按结构形式分晶体管式：由分立元件组成。集成电路调节器；由集成电路（IC）组成。按装配方式分按装配方式分外装式：与交流发电机分开安装。内装式：安装在交流发电机上。按功能分按功能分普通型：多功能型：按搭铁形式分按搭铁形式分内搭铁型：与内搭铁型交流发电机配套使用。外搭铁型：与外搭铁型交流发电机配套使用。本讲稿第二十一页，共三十九页2.5.2振动式调节器振动式调节器1.简单式调节器简单式调节器(单

11、触点式)1)结构原理图结构原理图由电磁铁机构、触点组件、调节电阻组成。Fh弹簧拉力；lhFh到支点的距离；Fd电磁力；ldFd到支点的距离本讲稿第二十二页，共三十九页本讲稿第二十三页，共三十九页2)工作过程工作过程（1）低速时，）低速时，U发发 U蓄，蓄，磁场绕组和磁场绕组和磁化线圈由蓄电池供电，触点磁化线圈由蓄电池供电，触点K闭合。闭合。（2）转速升高，当）转速升高，当 U蓄蓄U发发U2，磁场磁场绕组和磁化线圈由发电机供电，绕组和磁化线圈由发电机供电，电电磁力磁力矩矩U2，电磁，电磁力矩力矩弹簧弹力矩，触点弹簧弹力矩，触点K打开，激磁电打开，激磁电流流Ig通过调节电阻通过调节电阻Rf，Ig减

12、小，减小，U发发U2，电电磁力矩磁力矩弹弹簧的簧的弹弹力矩，力矩，K闭闭合，合，调节电调节电阻阻Rf被短路，被短路，Ig增大，增大，U发发增大，如此反复增大，如此反复。图7：电压调节器原理图1-蓄电池;2-发电机;3-磁场绕组;4-磁化线圈f本讲稿第二十四页，共三十九页A：Fh.lhFd.ld（弹力矩Fd.ld（弹力矩电磁力矩）U0=(U1+U2)/2；在额定电压U0时，Fh.lhFd.ld。4)影响调压值的因素影响调压值的因素 在额定电压U0时，Fh.lhFd.ld，调节器输出电压值的表达式为：U3)3)调压过程调压过程图8：调节器工作时发电机输出电压脉动曲线AB气隙；Rx磁化线圈电阻。在温

13、度不变的情况下，调节器所控制的电压与气隙、弹簧拉在温度不变的情况下，调节器所控制的电压与气隙、弹簧拉力的平方根成正比。力的平方根成正比。本讲稿第二十五页，共三十九页5)带有调节器的发电机的工作特性带有调节器的发电机的工作特性（U=f(n),Ig=g(n)）图：带有调节器的发电机的工作特性图n1工作下限转速；nmax工作上限转速；n1nmax称为调节器的调节范围。本讲稿第二十六页，共三十九页2)构造构造与与单单级级电电磁磁振振动动式式电电压压调调节节器器的区别在于：的区别在于：（1）多多设设计计了了一一对对触触点点K2，且且K2直接搭铁；直接搭铁；（2）调调节节电电阻阻Rf比比单单极极式式要要小

14、小得多。得多。3)工作原理工作原理调调节节器器不不工工作作时时，低低速速触触点点K1闭闭合，高速触点合，高速触点K2处于断开状态。处于断开状态。（1）发电机低速运转时，一级）发电机低速运转时，一级触点触点K1工作；工作；图：双级电磁振动式电压调节器原理电路f2.双级电磁振动式调节器双级电磁振动式调节器1)原理电路图原理电路图本讲稿第二十七页，共三十九页图：双级电磁振动式电压调节器原理电路f（2）转速升高）转速升高 当转速升高到当转速升高到Rf不能起调压作用的极限不能起调压作用的极限转速时，衔铁居于中间位置，转速时，衔铁居于中间位置，K1、K2断开，断开，此时，此时，Rf串在磁场电路中，串在磁场

15、电路中，Ig最小；若转速最小；若转速继续升高，则发电机电压和磁场电流会增继续升高，则发电机电压和磁场电流会增大，大，K1失去调节作用。当发电机电压升高，磁失去调节作用。当发电机电压升高，磁化线圈电磁力矩增大，衔铁进一步下移使化线圈电磁力矩增大，衔铁进一步下移使K2闭闭合时，磁场绕组被短路，合时，磁场绕组被短路，Ig迅速减小到零，发迅速减小到零，发电机电压随之迅速下降，电压下降又使磁化线电机电压随之迅速下降，电压下降又使磁化线圈的电磁力矩减小，在弹簧力矩作用下，圈的电磁力矩减小，在弹簧力矩作用下，K2重又断开，衔铁又居于中间位置，重又断开，衔铁又居于中间位置，Ig经经Rf后，后，又流入磁场绕组，

16、发电机电压重又升高。又流入磁场绕组，发电机电压重又升高。如此反复，通过二级触点如此反复，通过二级触点K2振动，使磁场振动，使磁场绕组周期性被短接，便将发电机电压控制绕组周期性被短接，便将发电机电压控制在某一平均值不变。在某一平均值不变。本讲稿第二十八页，共三十九页图：双级式调节器电压特性曲线n1n2为第一级触点K1工作范围；n2nmax为第二级触点K2工作范围；n2n2为失控区4)优点优点：触点火花小，调节范围大本讲稿第二十九页，共三十九页工作原理：工作原理：利用晶体管的开关特性来控制激磁电流利用晶体管的开关特性来控制激磁电流IgIg，以控制发电机，以控制发电机电压电压。PQ1)组成组成：（1

17、）R1、R2组成分压器；（2）比较电路：由稳压二极管Z和UAB组成；（3）功率继电器：T1、T2、T3组成，T3是大功率三极管（NPN），T1、T2是小功率三极管（PNP）；（4）改善调压性能的辅助装置：D1、D2、D3、D4以及C2R5组成的反馈电路。2)工作过程工作过程3.电子电压调节器电子电压调节器本讲稿第三十页，共三十九页（1）发电机低速工作时，U发低，UAB通过T1发射极和D2加到稳压管Z上，由于UABUZ，Z导通，T1产生基极电流，T1导通，P点电位高，与T2发射极电位几乎相等，T2的基极电流消失，T2截止，T3基极电流消失；Ig迅速减小，U发迅速下降，当U发降低到使UABUZ时，

18、Z截止，又引起T1截止，T2、T3导通，如此反复。PQ本讲稿第三十一页，共三十九页4.充电系使用注意事项充电系使用注意事项1）蓄电池的极性必须是负极搭铁，不能接反；）蓄电池的极性必须是负极搭铁，不能接反；2）发电机与蓄电池之间的连接要牢靠；）发电机与蓄电池之间的连接要牢靠；3）发电机运转时，不能用试火的方法检查发电机是否发电，否）发电机运转时，不能用试火的方法检查发电机是否发电，否则会烧坏整流二极管；则会烧坏整流二极管；4）一旦发现交流发电机或调节器有故障，应及时排除故障；）一旦发现交流发电机或调节器有故障，应及时排除故障；5）为交流发电机配用调节器时，交流发电机的电压等级、搭）为交流发电机配

19、用调节器时，交流发电机的电压等级、搭铁类型必须与调节器电压等级和搭铁类型相同，调节器的功铁类型必须与调节器电压等级和搭铁类型相同，调节器的功率不得小于发电机的功率；率不得小于发电机的功率；6）线路连接必须正确；）线路连接必须正确；7）调节器必须受点火开关控制；）调节器必须受点火开关控制；8）当发现发电机或调节器有故障需要从车上拆下来检修时，首先）当发现发电机或调节器有故障需要从车上拆下来检修时，首先关断点火开关及一切用电设备，拆下蓄电池负极电缆线，再拆卸发关断点火开关及一切用电设备，拆下蓄电池负极电缆线，再拆卸发电机上的导线接头。电机上的导线接头。本讲稿第三十二页，共三十九页例：汽车交流发电机

20、的搭铁形式分为哪两种类型？例：汽车交流发电机的搭铁形式分为哪两种类型？内搭铁发电机：磁场线圈在内部搭铁；内搭铁发电机：磁场线圈在内部搭铁；外搭铁发电机：磁场线圈在一端和发电机正极连接，另一端通过调节器外搭铁发电机：磁场线圈在一端和发电机正极连接，另一端通过调节器搭铁。搭铁。本讲稿第三十三页，共三十九页（1）将万用表的功能转换开关拨到直流电压（20VDC）档，表的“”极接发电机“B”端子，表的“”极接发电机“E”端子或外壳，记下此时测得的电压（等于蓄电池电压）。（2）起动发动机并将转速升高到怠速以上或中速，此时万用表指示的电压若高于蓄电池电压，说明发电机能发电；若万用表指示的电压低于发动机未起动

21、时蓄电池的电压，说明发电机不能发电，应对充电系统及其线路进行全面检查。如线路连接良好，说明发电机或调节器有故障。（3）对于整体式交流发电机，则应将其从车上拆下分别检修发电机和调节器；对于普通发电机，可通过接通磁场电路继续检查诊断故障。外搭铁型发电机用导线将调节器“F”、“E”端子连通（内搭铁型发电机则连通“B”、“F”端子），然后起动发动机并以怠速或稍高于怠速运转，此时如果电压能够达到14V，说明发电机能发电，故障发生在调节器；如电压仍等于发动机未起动时的电压，说明发电机故障，应予拆修。例题：在汽车上怎样检查发电机能否发电？例题：在汽车上怎样检查发电机能否发电？本讲稿第三十四页，共三十九页图1

22、：汽车电源与全车用电设备的连接例题：能否根据车上电流表充电电流的大小来判断调节器调节电压例题：能否根据车上电流表充电电流的大小来判断调节器调节电压的大小？的大小？本讲稿第三十五页，共三十九页断开点火开关，检测发电机“B”端子电压是否为12V左右起动发动机怠速或比怠速转速稍高运转，检测发电机“B”端子电压电压高于12V电压低于12V充电系统能充电充电系统不充电1）蓄电池故障；2）发电机“B”端子至蓄电池正极柱间线路断路；3）导线端子与蓄电池极柱接触不良；4）搭铁线搭铁不实；是否例：怎样诊断与排除夏利轿车充电系统不充电故障？例：怎样诊断与排除夏利轿车充电系统不充电故障？1）充电系统不充电的诊断）充

23、电系统不充电的诊断用万用表检测判断，判断程序如下图：本讲稿第三十六页，共三十九页2）充电系统不充电的现象）充电系统不充电的现象 发动机难以起动，夜间行驶灯光暗淡等现象。3）充电系统不充电的原因）充电系统不充电的原因（1）发电机磁场绕组断路或搭铁而导致磁场电流不通；（2）定子绕组断路；（3）电刷在电刷架中卡住而不能与集流环（滑环）接触；（4）交流发电机的驱动带过松；（5）整流器故障；（6）调节器故障本讲稿第三十七页，共三十九页4 4）充电系统不充电的排除）充电系统不充电的排除充电指示灯常亮检查发电机驱动带挠度（应为57mm），否则应予调整拆下发电机“B”端子导线，接通点火开关，检查导线端子上有无

24、电压接上“B”端子导线，起动发动机怠速运转，检测“B”端子上的电压UBUB12VUB=14.5V0.3V发电机内部电路或调节器内部电路故障调节器内部充电指示灯控制电路故障，需要更换调节器总成拆下整体式发电机分解检修无 发电机“B”端子至点火开关之间的线路断路有本讲稿第三十八页，共三十九页思考题思考题交流发电机主要由哪些部件组成？各部分的功用是什么？交流发电机的调节器为什么只有一只电压调节器，而无限流器和截流继电器？交流发电机高速运转时突然失去负载有什么危险？试述双极式电压调节器的工作原理（根据工作原理图进行说明）。电子电压调节器有哪两种不同的搭铁方式？简述各自的实质，如何区别？是否可以根据车上电流表的充电电流值随意调节调节器，为什么？在汽车上怎样检查发电机能否发电？怎样诊断与排除夏利轿车充电系统不充电故障？本讲稿第三十九页，共三十九页