交流发电机及电压调节器.ppt
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1、Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系武汉软件工程职业学院汽运系学习目标学习目标 q了解交流发电机的功用。q了解调节器的工作原理。q掌握调节器的检测方法。q掌握交流发电机的结构、工作原理。q掌握交流发电机的试验、检测及维修方法。q了解汽车充电系的组成。q掌握电路检测及维修方法。Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系武汉软件工程职业学院汽运系Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系武汉软件工程职业学院汽运系3.1 3.1 交流
2、发电机的结构交流发电机的结构发电机的功用3.1.2普通交流发电机的结构1转子2定子3整流器4端盖及电刷组件5带轮及风扇Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系武汉软件工程职业学院汽运系3.1.1 3.1.1 发电机的功用发电机的功用 发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动机正常运转时，向所有用电设备（启动机除外）供机正常运转时，向所有用电设备（启动机除外）供电，同时给蓄电池充电。电，同时给蓄电池充电。汽汽车车用用发发电电机机可可分分为为直直流流发发电电机机和和交交流流发发电电机机，由由于于交交流流发发
3、电电机机的的性性能能在在许许多多方方面面优优于于直直流流发发电机，直流发电机已被淘汰。电机，直流发电机已被淘汰。交交流流发发电电机机必必须须配配装装电电压压调调节节器器，电电压压调调节节器器对对发发电电机机的的输输出出电电压压进进行行控控制制，使使其其保保持持基基本本恒恒定，以满足汽车用电器的需求。定，以满足汽车用电器的需求。Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系武汉软件工程职业学院汽运系3.1.2 3.1.2 普通交流发电机的结构普通交流发电机的结构图3.1 JF132型交流发电机解体图1后端盖 2电刷架 3电刷 4电刷弹簧压盖5硅二
4、极管6元件板 7转子 8定子 9前端盖 10风扇 11带轮 普通交流发电机一般由转子、定子、整流器、前后端盖、风普通交流发电机一般由转子、定子、整流器、前后端盖、风扇、带轮等组成。图扇、带轮等组成。图3.13.1为为JF132JF132型型6 6管普通交流发电机解体图管普通交流发电机解体图 Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系武汉软件工程职业学院汽运系3.1.2 3.1.2 普通交流发电机的结构普通交流发电机的结构 1转子转子 转子的功用是产生磁场。转子的功用是产生磁场。转子由爪极、磁轭、励磁绕组、滑环、转子由爪极、磁轭、励磁绕组、滑
5、环、转子轴等组成，如图转子轴等组成，如图3.33.3、3.43.4所示。所示。转子轴上压装着两块爪极，爪极被加转子轴上压装着两块爪极，爪极被加工成鸟嘴形状，爪极空腔内装有励磁绕组工成鸟嘴形状，爪极空腔内装有励磁绕组和磁轭。和磁轭。滑环由两个彼此绝缘的铜环组成，压滑环由两个彼此绝缘的铜环组成，压装在转子轴上并与轴绝缘，两个滑环分别装在转子轴上并与轴绝缘，两个滑环分别与励磁绕组的两端相连。与励磁绕组的两端相连。当给两滑环通入直流电时，励磁绕组当给两滑环通入直流电时，励磁绕组中就有电流通过，并产生轴向磁通，使爪中就有电流通过，并产生轴向磁通，使爪极一块被磁化为极一块被磁化为N N极，另一块被磁化为极
6、，另一块被磁化为S S极，极，从而形成六对（或八对）相互交错的磁极。从而形成六对（或八对）相互交错的磁极。如图如图3.33.3所示。所示。当转子转动时，就形成了旋转的磁场。当转子转动时，就形成了旋转的磁场。1滑环 2转子轴 3爪极 4磁轭 5励磁绕组图3.3 交流发电机的转子总成图3.4 交流发电机转子分解图Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系武汉软件工程职业学院汽运系3.1.2 3.1.2 普通交流发电机的结构普通交流发电机的结构 2定子定子 定子的功用是产生交流电。定子的功用是产生交流电。定子安装在转子的外面，和发定子安装在转子的
7、外面，和发电机的前后端盖固定在一起，当转电机的前后端盖固定在一起，当转子在其内部转动时，引起定子绕组子在其内部转动时，引起定子绕组中磁通的变化，定子绕组中就产生中磁通的变化，定子绕组中就产生交变的感应电动势。交变的感应电动势。定子由定子铁心和定子绕组定子由定子铁心和定子绕组（线圈）组成，如图（线圈）组成，如图3.53.5所示。所示。定子铁心由内圈带槽、互相绝定子铁心由内圈带槽、互相绝缘的硅钢片叠成。缘的硅钢片叠成。定子绕组有三组线圈，对称的定子绕组有三组线圈，对称的嵌放在定子铁心的槽中。三相绕组嵌放在定子铁心的槽中。三相绕组的连接有星形接法和三角形接法两的连接有星形接法和三角形接法两种，如图种
8、，如图3.53.5a a、b b所示，都能产生三所示，都能产生三相交流电。相交流电。图3.5 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Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系武汉软件工程职业学院汽运系3.1.2 3.1.2 普通交流发电机的结构普通交流发电机的结构 3整流器整流器 整流器的功用是将定子绕组的三相整流器的功用是将定子绕组的三相交流电变为直流电。交流电变为直流电。整流器由整流板和整流二极管组成，6管交流发电机的整流器是由6只硅整流二极管分别压装（或焊装）在相互绝缘的两块板上组成的，其中一块为正极
9、板（带有输出端螺栓），另一块为负极板，负极板和发电机外壳直接相连（搭铁），也可以将发电机的后盖直接作为负极板。6只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只正极管装在同一块板上，称为正极板；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，也可直接安装在后盖上。如图3.6所示。图3.6 交流发电机整流二极管安装示意图a）焊接式 b）电路图 c)压装式1正整流板 2负整流板Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系武汉软件工程职业学院汽运系3.1.2 3.1.2 普通交流发电机的结构普通交流发电机的结构 汽车用硅整
10、流二极管是专用的，汽车用硅整流二极管是专用的，有如下特点：有如下特点：（1 1）允许的工作电流大，如）允许的工作电流大，如ZQ50ZQ50型二极管的正向平均电流为型二极管的正向平均电流为5050A A，浪浪涌电流为涌电流为600600A A。（2 2）承受反向电压的能力高，可承受反向电压的能力高，可承受的反向重复峰值电压在承受的反向重复峰值电压在270270V V左左右，反向不重复峰值电压在右，反向不重复峰值电压在300300V V左左右。右。（3 3）只有一根引线（引出电极）只有一根引线（引出电极）（4 4）根据引出电极的不同分为正）根据引出电极的不同分为正二极管和负二极管。二极管和负二极管
11、。整流器总成的形状各异，有马整流器总成的形状各异，有马蹄形、半圆形和圆形等。如图蹄形、半圆形和圆形等。如图3.73.7所所示。整流器和定子绕组的连接如图示。整流器和定子绕组的连接如图3.83.8所示。所示。图3.7 JF132发电机整流器总成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-绝缘垫图3.8 交流发电机整流器和定子的连接电路图a）星形连接 b）三角形连接Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系武汉软件工程职业学院汽运系3.1.2 3.1.2 普通交流发电机的结构普通交流发电机的结构
12、4端盖及电刷组件端盖及电刷组件 端盖一般分两部分（前端盖端盖一般分两部分（前端盖和后端盖），起支撑转子、定子、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，一是可有效的防般用铝合金铸造，一是可有效的防止漏磁，二是铝合金散热性能好。止漏磁，二是铝合金散热性能好。后端盖上装有电刷组件。后端盖上装有电刷组件。电刷组件由电刷、电刷架和电刷组件由电刷、电刷架和电刷弹簧组成，如图电刷弹簧组成，如图3.93.9所示。所示。电刷的作用是将电源通过滑电刷的作用是将电源通过滑环引入励磁绕组。两个电刷分别装环引入励磁绕组。两个电刷分别装在电刷架的孔内，借助
13、弹簧压力与在电刷架的孔内，借助弹簧压力与滑环保持接触。滑环保持接触。电刷和滑环的接触应良好，电刷和滑环的接触应良好，否则会因为磁场电流过小，导致发否则会因为磁场电流过小，导致发电机发电不足。电机发电不足。图3.9 电刷组件Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系武汉软件工程职业学院汽运系3.1.2 3.1.2 普通交流发电机的结构普通交流发电机的结构 励磁绕组通过两只电刷励磁绕组通过两只电刷(F F和和E)E)和外电路相连，根据电刷和外和外电路相连，根据电刷和外电路的连接型式不同，发电机分电路的连接型式不同，发电机分为内搭铁型和外搭铁型两
14、种，如为内搭铁型和外搭铁型两种，如图图3.103.10所示。所示。（1 1）内搭铁型交流发电机：）内搭铁型交流发电机：励磁绕组的一端经负电刷（励磁绕组的一端经负电刷（E E）引引出后和后端盖直接相连（直接搭出后和后端盖直接相连（直接搭铁）的发电机称为内搭铁型交流铁）的发电机称为内搭铁型交流发电机，如图发电机，如图3.103.10a a所示。所示。（2 2）外搭铁型交流发电机：）外搭铁型交流发电机：励磁绕组的两端励磁绕组的两端(F F和和E)E)均和端盖均和端盖绝缘的发电机称为外搭铁型交流绝缘的发电机称为外搭铁型交流发电机，如图发电机，如图3.103.10b b所示。所示。a)内搭铁型交流发电机
15、 b)外搭铁型交流发电机图3.10 交流发电机的搭铁型式Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系武汉软件工程职业学院汽运系3.1.2 3.1.2 普通交流发电机的结构普通交流发电机的结构 5 5带轮及风扇带轮及风扇 交流发电机的前端装有带轮和风扇，由发动机通过传交流发电机的前端装有带轮和风扇，由发动机通过传动带驱动发电机的转子轴和风扇一起旋转。动带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发电机工作时，定子绕组和励磁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工作，生，温度过高会烧
16、坏导线的绝缘导致发电机不能正常工作，所以为发电机散热是必须的，为了提高散热能力，有的发所以为发电机散热是必须的，为了提高散热能力，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。电机装有两个风扇（前后各一个）。如丰田轿车的发电机。Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系武汉软件工程职业学院汽运系3.2 3.2 交流发电机工作原理交流发电机工作原理3.2.1发电原理3.2.2整流原理3.2.3交流发电机的励磁Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系武汉软件工程职业学院汽运系3
17、.2.1交流发电机发电原理 如图3.11所示，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。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交变的感应电动势。这就是交流发电机的发电原理。图3.11 交流发电机发电原理示意图1定子铁心 2定子绕组 3转子 4励磁绕组 5整流二极管 6电刷Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系武汉软件工程职业学院汽运系3.2.1交流发电机发电原理
18、1.交流电动势的变化频率f和转速、磁极对数成正比 式中 磁极对数 发电机转速(r/min)在交流发电机中，由于转子磁极呈鸟嘴形，其磁场的分布近似正弦规律，所以交流电动势的波形也近似正弦规律，如果发电机定子的三相绕组是对称绕制的则产生的三相电动势也是对称的。Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系武汉软件工程职业学院汽运系3.2.1交流发电机发电原理2.三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Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系
19、武汉软件工程职业学院汽运系3.2.1交流发电机发电原理3.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）-电机结构常数（）-称为相电动势。由此可见，当交流发电机结构一定时（结构常数 不变），相电动势 和发电机转速、磁通成正比。Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系武汉软件工程职业学院汽运系3.2.2 交流发电机整流原理图3.12 交流发电机整流原理a)整流电路图 b)三相绕组电压波形图 c)整流后发电机输出波形图Automobile
20、Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系武汉软件工程职业学院汽运系3.2.2 交流发电机整流原理1 1整流原理整流原理:（1 1）二极管的导通原则）二极管的导通原则 当当3 3只只正正二二极极管管负负极极端端连连接接在在一一起时，正极端电位最高者导通；起时，正极端电位最高者导通；当当3 3只只负负二二极极管管正正极极端端连连接接在在一一起时，负极端电位最低者导通。起时，负极端电位最低者导通。（2 2）整流过程的分析）整流过程的分析 同同时时导导通通的的二二极极管管管管子子总总是是两两个，正、负管子各一个。个，正、负管子各一个。三三相相桥桥式式整整流流电电路路中
21、中二二极极管管的的依依次次循循环环导导通通,使使得得负负载载RLRL两两端端得得到到一一个个比比较较平平稳稳的的脉脉动动直直流流电电压压,如如图图3.12(3.12(c)c)所示。所示。图3.13整流二极管导通分析Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系武汉软件工程职业学院汽运系3.2.2 交流发电机整流原理 2 2中性点电压中性点电压 在在定定子子绕绕组组为为星星形形连连接接时时，三三相相绕绕组组的的公公共共结结点点称称为为中中性性点点。从从三三相相绕绕组组的的中中性性点点引引一一根根导导线线到到 发发 电电 机机 外外，标标 记记 为
22、为“N”N”。“N”“N”点电压称为中性点电压。点电压称为中性点电压。中中性性点点电电压压的的瞬瞬时时值值是是一一个个三三次次谐谐波波电电压压,如如图图3.153.15所所示示，平平均均值值为为发发电电机机输输出出电电压压（平平均均值值）的一半，即的一半，即：带有中性点接线柱的发电机，可用中性点电压来控制各种用途的继电器工作。图3.15 交流发电机中性点电压波形图Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系武汉软件工程职业学院汽运系3.2.2 交流发电机整流原理 利用中性点电压提高发电机功率 有的发电机（如夏利发电机）的整流器有8只整流管，其
23、中两只整流管接在中性点处（1只正极管和1只负极管），如图3.16所示。把中性点电压和三相绕组并联输出，实践证明这样可提高发电机功率1015。由于中性点电压的瞬时值是一个三次谐波，其波峰在有些时候可能大于三相绕组的最高值，此时，中性点正极管VD7导通，其他三个正极管截止，由VD7供给外电路高电压；同理，波谷也能小于三相绕组的最低值，此时，中性点负极管VD8导通，参与对外输出，这样就提高了发电机的对外输出能力，提高了发电机的输出功率。图3.16 具有中性点二极管的整流电路Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系武汉软件工程职业学院汽运系3.2
24、.3交流发电机的励磁 除了永磁式交流发电机不需要励磁以外，其他形式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。Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业学院汽运系武汉软件工程职业学院汽运系3.2.3交流发电机的励磁 2自励 随着转速的提
25、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。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12V以便对蓄电池充电，此时，由发电机自励发电。不同汽车的励磁电路各不相同，但有一个共同特点是，励磁电路都必须由点火开关控制。交流发电机的励磁电路如图3.17、3.18所示。Automobile Electrics第 3 章 交流发电机及调节器武汉软件工程职业
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