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第六节 发电机的构造、工作原理及特性,发电机概述,发电机是汽车的主要电源，由汽车发动机驱动。在发动机正常运转时（怠速以上），向所有用电设备（起动机除外）供电，同时向蓄电池充电。 发电机可分为直流发电机和交流发电机,早期采用的都是直流发电机，靠换向器将电枢绕组内感应的交流电转变为直流电的，换向过程中，电刷和换向器之间易产生火花引起电刷和换向器的烧蚀和磨损，转速越高，火花越大，磨损加剧。已不能适应现代高速发动机的要求。,汽车上采用的交流发电机是三相同步交流发电机，通过硅二极管组成三相桥式整流电路将定子绕组中产生的交变感应电动势转变为直流输出。所以也称之为硅整流发电机。采用目前汽车采用硅整流发电机，,发电机概述,交流发电机输出电压随转速的变化而变化。交流发电机必须配装电压调节器才能工作，电压调节器对发电机的输出电压进行控制，使其保持基本恒定，以满足汽车用电器的需求。体积小、结构简单、重量轻、维修方便、使用寿命长、低速充电性能好、配用的调节器结构简单以及节约铜材等优点。目前汽车上全部采用硅整流发电机,交流发电机的构造（普通）,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,一、 转子,磁极部分，产生旋转磁场,2转子轴,1滑环,3爪极,4磁轭,5磁场绕组,磁场绕组分别焊接在滑环上，当两个电刷和直流电源接通时，磁场绕组中便有电流流过产生轴向磁场，被磁化的爪极中一块为N极，另一个为S极。,滑环由彼此绝缘的两个铜环组成，压装在转子轴的一端并与转子轴绝缘，磁场绕组的两端分别焊接在两个滑环上，两个滑环分别于发电机后端盖上的两个电刷相接触。,为了使磁场呈正弦分布，有利于电枢绕组中产生的感应电动势有较好的正弦波形。两块爪极上制有6个鸟嘴型的磁极。爪极是压装在转子轴上的，磁轭（即铁心）装在爪极的空腔内，磁场绕组绕在铁心上。,二、 定子（又叫电枢） -产生交流（交变）电动势,组成： 1）定子铁心， 2）对称的三相电枢绕组,铁心,绕组,三相绕组有星形（Y）连接和三角形连接两种。,定子铁心由内圈带槽、互相绝缘的硅钢片叠成。硅钢片的厚度为0.5mm.三相绕组按一定的规则对称嵌放在槽内。,三、整流器 -将交流电转变为直流电,整流器由6硅二极管和整流板（二极管的散热板）组成,安装二极管的铝制散热板称为整流板，整流板有正整流板和负整流板之分。安装负极管的称为负整流板，安装正极管的为正整流板。,交流发电机用的二极管有正极管和负极管之分，引出电极为二极管正极的为正极管，引出的电极为二极管负极的称为负极管。汽车用整流二极管特点： 工作电流大，正向平均电流50A，浪涌电流600A 反向电压高，反向重复峰值电压270V，反向不重复峰值电压300V 有正极管和负极管之分 只有一个引线端,四、前后端盖,端盖1 端盖一般用铝合金铸造（非导磁材料，减少漏磁。质量轻散热性能好等优点。）2后端盖内装有电刷组件，普通发电机中一般有两只电刷3. 无刷发电机中没有电刷。4.发电机的后端盖上有进风口，前端盖上有出风口，当皮带轮与风扇一起旋转时，使空气高速流经发电机内部进行强力通风冷却。,电刷总成,由两个电刷、电枢架和电枢弹簧。电刷装在电刷架内，借助电刷弹簧的压力与转子总成上的压力保持接触，用于给转子绕组提供磁场电流。,交流发电机的内搭铁和外搭铁和电刷的接线方法有关,交流发电机分为内搭铁和外搭铁两种,外搭铁型发电机 磁场绕组的两端均与绝缘接线柱相连，并通过接线柱经调节器搭铁。,内搭铁型发电机磁场绕组一端经滑环和电刷与发电机端盖绝缘的磁场接线柱相连，另一端与外壳相连。磁场绕组直接在内部搭铁,五、带轮及风扇,交流发电机的前端装有带轮和风扇，由发动机通过传动带驱动发电机的转子轴和风扇一起旋转 。（1） 转子的转动使发电机发电；（2）风扇的转动为发电机散热。,六、交流发电机的型号,根据中华人民共和国汽车行业标准QC/T73-1993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由五部分组成：,设计序号用12位阿拉伯数字表示，表示产品设计的先后顺序。 交流发电机以调整臂位置作为变形代号。 Z左调整臂 Y 右调整臂 例：JFZ1913Z发电机,JF表示普通交流发电机JFZ表示整体式（调节器内置）交流发电机；JFB表示带泵的交流发电机；JFW表示无刷交流发电机。,JFWZ240发电机,桑塔纳JFZ1913Y发电机,别克cs130发电机,交流发电机的工作原理,当外电路通过电刷、滑环使磁场绕组通电时，便产生磁场，使磁极磁化为N极和S极。当转子（磁极）旋转时，产生旋转的磁场，使得相对静止的定子电枢绕组切割磁力线。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生电动势。由于转子的爪极具有鸟嘴型，使得交变的感应电动势成正弦波形。这就是交流发电机的发电原理。,感应电动势,三相绕组中交流电动势瞬时值,交流感生电动势的频率,交流电动势的变化频率f与发电机的转速n、磁极对数p成正比：,式中：K-绕组系数(和发电机定子绕组的绕线方式有关的系数 ) N-每项匝数（匝） f频率（Hz） -每极磁通（Wb） Ce-电机常数（Ce4.44KNp/60） 称E为相电动势。,每相绕组中电动势的有效值,当交流发电机结构一定时（结构常数Ce不变），相电动势E和发电机转速、磁通成正比。,结论,交流发电机整流原理,交流发电机三相交流电经6只硅整流二极管组成的全波桥式整流电路整流后，变直流电输出导通原则：对于正极管，某一瞬间，正极电位最高的者导通，负极管，负极电位最低者导通。,负载电压波形及各时间间隔内二极管的导通情况,0t1瞬时,t1t2瞬时,t2t3瞬时,交流发电机整流原理小结,三只正二极管负极端连接在一起时，正极端电位最高者导通； 三只负二极管正极端连接在一起时，负极端电位最低者导通。 每一瞬时都有一个正极和一个负极管导通 ，每个周期内，六个二极管以六种不同的组合两两依次导通，通过用电器的就是直流电。,中性点电压,三相绕组采用y 连接，三相绕组的三个末端的公共接点，称为中性点。中性点和外壳之间的电压是通过2、4、6三只负极管三相半波整流后得到的直流电压，称为中性电压。,交流发电机按整流器分类6管交流发电机,交流发电机按整流器分类8管交流发电机,和6管交流发电机的基本机构是相同的，所不同的是整流器有8只硅整流二极管，其中6只组成三相全波桥式整流电路，还有2只是中性点二极管，1只正极管接在中性点和正极之间，1只负极管接在中性点和负极之间。对中性点电压进行全波整流。,交流发电机按整流器分类9管交流发电机,（日车应用较多） 9管交流发电机的基本结构和6管交流发电机相同，所不同的是整流器。 9管交流发电机的整流器是由6只大功率整流二极管和3只小功率励磁二极管组成的交流发电机。 6只大功率整流二极管组成三相全波桥式整流电路，对外负载供电。3只小功率管二极管与三只大功率负极管也组成三相全波桥式整流电路专门为发电机磁场供电。所以称3只小功率管为励磁二极管。,2022/11/8,41,可编辑,11管交流发电机的整流器例：桑塔纳车用发电机,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，也就是说必须给磁场绕组通电才会有磁场产生。1、定义：将电源引入到磁场绕组，使之产生磁场称为励磁。2、交流发电机励磁两种方式： 1）自励 2）他励,交流发电机的励磁,当发电机有能力对外供电时，就可以把自身发的电供给磁场绕组生磁发电，这种供给磁场电流的方式称为自励。,交流发电机的特性,汽车用硅整流发电机的工作特点是传动比大，工作转速变化范围大。汽油机转速变化为1：8。柴油机为1：5。因此掌握发动机的输出电流和端电压随转速的变化规律十分重要。输出特性（最重要）空载特性外特性,在发动机起动期间，需要蓄电池供给发电机磁场电流生磁使发电机发电。这种供给磁场电流的方式称为他励发电。,空载特性,当发电机空载时（即负载电流I=0），发电机的端电压U和发电机转速n之间的关系：U=f(n) .曲线的形状和发电机的磁路关系较大，磁路气隙越小，漏磁越小，电压上升率越大。随着磁路的饱和，气隙磁通会在某一转速下保持恒定。发电机不配用调节器，随着转速的增加，端电压不断上升。由他励转入自励时，既能向蓄电池充电，进一步证实了硅整流发电机低速充电性能好的优点。该特性是判断发电机充电性能是否良好的一个重要依据。,输出特性（负载特性）,发电机向负载供电时，输出电压Ut=C时，I和n的关系。n1为空载转速，nn1，I 随n的增加而增加，n=n2时，发电机达到额定功率，n2,称为满载转速或额定转速。负载电流IN称为额定电流。,自身限制输出电流,当发电机转速超过某一值后，输出电流达到某一稳定值，不随转速变化，Imax1.5IN。交流发电机具有自身限制输出电流的功能,外特性,n=常数，发电机的端电压和输出电流之间的关系：U=f(I).U 随I的增加而下降，n越大，下降越快，主要是因为，I增加，定子绕组的压降也会增加，且转速越高，定子绕组的阻抗越大，压降就越大。高速运转时，如果突然失去负载，端电压急剧上升，将会引起整流器二极管和调节器中电子元件因瞬间过电压而损害，因此，发电机高速运转时，不可大幅减少负载。,第五节 电压调节器,由于交流发电机的转子是由发动机驱动的，因此交流发电机转子的转速变化范围非常大，这样将引起发电机的输出电压发生较大变化，无法满足汽车用电设备的工作要求。为了满足用电设备恒定电压的要求，交流发电机必须配用电压调节器， 电压调节器功用：使交流发电机输出电压在发动机所有工况下基本保持恒定。,电压调节器的分类,电压调节器按工作原理可分为： （1）触点式电压调节器 （2）晶体管调节器 （3）集成电路调节器 电子调节器 （4）数字电路调节器,电压调节原理,忽略发动机内阻上的压降,由于发电机的电动势及端电压和磁极磁通也成正比关系，当发动机转速发生变化时，如果要保证发电机电压恒定，就必须相应的改变磁极磁通，磁极磁通的大小取决于磁场电流的大小，因此在发电机转速发生变化时，只要相应地改变磁场电流就可以了。,调节原理：通过调节磁场电流使磁极磁通改变来使发电机输出电压保持恒定。,调节器动作的控制参量为发电机电压，即当发电机电压达到设定的上限值U2，调节器动作，使磁场绕组的励磁电流If下降或断流，从而减弱磁极磁通，致使发电机电压下降；当发电极电压下降至设定的下限值U1时，调节器又动作，使If增大，磁通加强，发电机电压又上升，当电压上升至U2时又重复上述过程，使发电机电压在设定的范围内波动，得到一个稳定的平均电压Ue,电子调节器调节原理,利用晶体管的开关特性，将三极管作为开关串连在发动机的磁场电路中，根据发电机电压的高低，控制三极管的导通和截止，使磁场电路接通或切断来调节发电机磁场电流。使输出电压稳定在某一规定的范围内。 电子调节器有内搭铁和外搭铁之分，分别于内搭铁或外搭铁发电机匹配使用。,晶体管调节器工作过程,内搭铁型晶体管调节器的基本电路：三只电阻R1、R2 、R3 两只三极管VT1、VT2 一只稳压二极管VS ，一只二极管VD组成,发电机信号的采集和输入控制电路由电阻R1， R2和稳压管VS组成，电阻R1和R2组成一个分压器 ，R1上得分压为：,功率三极管VT2 （PNP型），和发电机的磁场绕组串联，起开关作用，用来接通与切断发电机的励磁电路；,VT1是小功率三极管（PNP型），构成信号放大和控制电路，它将电压检测电路送来的信号进行放大处理后来控制功率三极管VT2 的导通和截止。,稳压管VS是感受元件，串联在VT1的基极电路中，并通过VT1的发射结并联于分压电阻R1的两端，以感受发电机的输出电压；,当发电机电压下降到等于调节下限U1时，电阻R1、R2分压减小，当UR1UVS+Ube1，VS截止，VT1截止，VT2重新导通，磁场电路重新被接通，发电机电压上升。,点火开关SW接通，发电机电压UBE蓄电池端电压时,VT1截止，VT2导通，蓄电池直接供电到磁场绕组。他励发电，发电机电压随转速升高而升高,当发电机电压升高到等于调节上限U2时，调节器开始工作。电阻R1、R2分压，UR1 UVS+Ube1，VS导通，VT1导通，VT2截止，磁场电路被切断，发电机输出电压迅速下降。,发电机电压虽然升高,但如果蓄电池端电压发电机输出电压UBE调节上限时，VT1继续截止，VT2继续导通。发电机自励且开始对外供电。,交流发电机调节器型号,第六节 硅整流发电机故障诊断与测试,硅整流发电机故障检查与测试,硅整流发电机每运转750h后，应拆开检修一次，主要检查电刷和轴承的状况。新电刷高度14mm，磨损到7mm-8mm时应该予以更换。轴承如有显著松动，应予以更换。不发电原因：硅二极管损坏，磁场绕组和定子绕组有断路、短路和搭铁等故障所致。,解体前检查,测量各个接线柱之间的电阻,内搭铁型发电机JF132和外搭铁型发电机JF1522检测的接线柱、接线柱之间的电阻参数及测量不正常时的可能故障。,由于二极管的电阻呈非线性，用同一万用表的不同电阻档位、不同型号的万用表测量时，测得的电阻值会有较大变化。 “F”为内搭铁型发电机的磁场接线柱，“F1”和”F2”是外搭铁型发电机的磁场接线柱。,测出空载转速和满载转速，用以判断发动机性能的好坏。,在试验台架上对发动机进行发电试验,试验时，将发电机固定在试验台架上，并由调速电机驱动，合上开关k1，逐渐提高发电机的转速，并记录下电压升到额定值时的转速，即空载转速。 然后断开开关k1(由发电机自励），合上开关k2，同时调节负载电阻，记录下额定负载下电压达到额定值时的转速，即满载转速，实验结果应符合表2-5的规定。,用示波器观察输出电压波形,当发电机有故障时，其输出电压的波形将会发生变化，因此根据输出电压的波形，就可判断发电机内部二极管及定子绕组是否有故障。各种情况下输出电压波形如图所示。,解体后的检查,“B”和“-”之间连接整流二极管，固有正反向电阻之分，由于万用表红表笔连接万用表内部电压的负极，黑表笔连接内部电源的正极，因此测量正向电阻的时候，黑表笔接二极管的正极，红表笔接负极。测反向电阻时交换。测量压在后端盖上的二极管（负极管）时，将万用表“-”测试棒接端盖，“+”测试棒接二极管的引线，电阻值应在8-10欧姆范围内，然后交换测试棒进行测量，电阻值应在1000欧姆以上，正、反向测量时，电阻均为零，则二极管短路，若为无穷大，则断路。,“,磁场绕组和定子绕组的检查,用万用表检查磁场绕组，磁场绕组值应符合规定，符合则良好，小则说明有短路，无穷大则说明有断路，此时需要重绕磁场绕组，可参考表2-6中所示的数据。发动机装复后，需要进行空载和满载试验，性能应符合参考书中表2-5。,调节器的故障检查和调整,电子调节器检测,用一个可调的直流电源（0-30v，输出电流30A）和一个测试灯泡（12V，24V，20W）对其进行检测。搭铁形式检测和技术状态检测,搭铁形式检测：电源调到12v（28v 调节器调到24v），开关闭合，灯亮为内搭铁型，否则为外搭铁型。,S闭合，从0逐渐提高直流稳压电源电压，HL亮起，并随电压增大，亮度增强当电压上升到调节器调节电压时或略高于调节电压时，灯灭，说明技术状态良好。若不灭，则有故障。灯一直不亮则调节器有故障。,充电系统常见故障诊断与排除,充电电流小的检查步骤,不充电故障检查步骤如下,2022/11/8,82,可编辑,