汽车供电系统之交流发电机.ppt

2.3 交流发电机,交流发电机的功用 交流发电机的结构 交流发电机工作原理 常见交流发电机的分类及型号,发电机的功用,发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动机正常运转，向所有用电设备（起动机除外）供电，同时给蓄电池充电。,转子,定子,端盖,整流器,电刷组件,带轮,风扇,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。下图为JFB2型6管普通交流发电机解体图,JFB2型交流发电机解体图,2.3.2 交流发电机的结构,2.3.2 交流发电机的结构,(1)转子转子是磁极部分，功用是产生磁场。转子由爪极、励磁绕组、铁心和滑环等组成，如图所示。两块爪极 鸟嘴形状，压装转子轴上，爪极空腔内装有铁心和磁场绕组。滑环由两个彼此绝缘的铜环组成，磁场绕组的两端焊接在两个滑环上，滑环分别与发电机后端盖上的两个电刷相接触。当转子转动时，就形成了旋转的磁场。,交流发电机的转子总成,交流发电机转子分解图,1滑环 2转子轴 3爪极 4铁心 5磁场绕组,(2)定子定子是电枢部分，功用是产生交流电。定子由定子铁心和对称的三相定子绕组组成，如图所示。定子铁心由内圈带槽、互相绝缘的硅钢片叠成。三相绕组按一定规则对称嵌放在槽内。三相绕组的连接方法有星形接法和三角形接法两种，如图a、b所示，都能产生三相交流电。,2.3.2 交流发电机的结构,交流发电机定子总成及连接方式a）星形连接 b)三角形连接,a）,b）,2.3.2 交流发电机的结构,(3)整流器功用是将定子绕组的三相交流电变换为直流电。整流器由6个整流二极管和散热板组成。6只整流二极管分别压装或焊接在相互绝缘的两块板上组成的，其中一块为正极板，另一块为负极板。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只正极管安装在正极板上；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。,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,2.3.2 交流发电机的结构,汽车用硅整流二极管有如下特点：(1)允许的工作电流大，(2)承受反向电压的能力高，可承受的反向重复峰值电压在270V左右，反向不重复峰值电压在300V左右(3)只有一根引线（引出电极）(4)根据引出电极的不同分为正二极管和负二极管。整流器和定子绕组的连接如图所示。,JF1522A型交流发电机整流器总成a)整流板 b)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 9 电枢接柱安装孔,a),b),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,2.3.2 交流发电机的结构,(4)端盖及电刷组件 端盖分两部分（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，一是可有效的防止漏磁，二是铝合金散热性能好。后端盖上装有电刷件。电刷组件由电刷、电刷架和电刷弹簧组成。电刷架有两种形式。,电刷组件a)外装式b)内装式,电刷的作用是将电源通过滑环引入磁场绕组。两个电刷分别装在电刷架的孔内，借助弹簧压力与滑环保持接触。,注意事项：电刷和滑环的接触应良好，否则会因为磁场电流过小，导致发电机发电不足。,2.3.2 交流发电机的结构,交流发电机有内搭铁型和外搭铁型两种，如图所示。,a)内搭铁型发电机有一只电刷和壳体直接搭铁的发电机,b)外搭铁型发电机两只电刷和端盖绝缘相连的发电机,磁场绕组的一端经滑环和电刷，通过与发电机端盖绝缘的磁场接线柱相连，另一端通过引线与发电机外壳相连；磁场绕组的两端经滑环和电刷，通过引线均与绝缘接线柱相连。,2.3.2 交流发电机的结构,(5)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。发电机工作时，定子绕组和磁场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，所以为发电机散热是必需的。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。,(1)转子的转动使发电机发电；(2)风扇的转动为发电机散热。,2.3.3 交流发电机工作原理,发电原理2.3.3.2 整流原理 交流发电机的励磁,2.3.3.1 发电机发电原理,发电机发电原理示意图,由发动机带动发电机转子旋转由电刷给转子通电产生磁场(有刷交流发电机，无刷直接通电)由定子产生交变感应电动势由整流器整流为直流电输出,2.3.3.1 发电机发电原理,交流电动势的波形也近似正弦规律，（因转子磁极呈鸟嘴形，其磁场的分布近似正弦规律）三相电动势对称(因发电机定子的三相绕组是对称绕制的）,感应电动势输出波形,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,2.3.3.1 发电机发电原理,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。,2.3.3.1 发电机发电原理,1)整流原理:(1)二极管的导通原则 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。,整流二极管导通分析,2.3.3.2 发电机整流原理,2.3.3.2 发电机整流原理,交流发电机定子的三相绕组中，感应产生的是交流电，要通过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a所示。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。将定子的三相绕组和6只整流二极管按图a的电路连接，发电机的输出端B、E上就输出一个脉动直流电压，如图所示c，这就是发电机的整流原理。,发电机整流原理a)整流电路 b)三相交流电压 c)整流电压波形,0t1瞬时,2.3.3.2 发电机整流原理,t1t2瞬时,2.3.3.2 发电机整流原理,t2t3瞬时,2.3.3.2 发电机整流原理,(2)整流过程的分析 同时导通的二极管管子总是两个，正、负管子各一个。三相桥式整流电路中二极管的依次循环导通,使得负载RL两端得到一个比较平稳的脉动直流电压。,2)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。中性点电压的瞬时值是一个三次谐波电压,平均值为发电机输出电压（平均值）的一半，即：,2.3.3.2 发电机整流原理,2.3.3.3 发电机的励磁,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。,2)自励 随着转速的提高,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。,2.3.3.3 发电机的励磁,2.3.4发电机的分类及型号,2.3.4.1 交流发电机的分类2.3.4.2 交流发电机的型号2.3.4.3交流发电机的工作特性,2.3.4.1交流发电机的分类,1.按总体结构分（1）普通交流发电机。这种发电机即无特殊装置，也无 特殊功能特点，使用时需要配装电压调节器。（2）整体式交流发电机，发电机和调节器制成一个整体的发电机。（3）带泵的交流发电机。发电机和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起的发电机。（4）无刷交流发电机，不需要电刷的发电机。（5）永磁交流发电机，转子磁极为永磁铁制成的发电机。,交流发电机结构外型a)JF1522A型交流发电机 b)JFZ1813型交流发电机 c)JFB1712型交流发电机,2.3.4.1交流发电机的分类,2.按整流器结构分（1）6管交流发电机（2）8管交流发电机（3）9管交流发电机（4）11管交流发电机3.按励磁绕组搭铁型式分（1）内搭铁型交流发电机（2）外搭铁型交流发电机,2.3.4.1交流发电机的分类,2.3.4.2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：,1、产品代号,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。,2、电压等级代号,电压等级代号用一位阿拉伯数字表示1表示12V系统；2表示24V系统；6表示6V系统,3、电流等级代号,电流等级代号也用一位阿拉伯数字表示。见表21,4、设计序号,5、变型代号,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,2.3.4.2交流发电机的型号,桑塔哪、奥迪100型轿车用JFZ1913Z型交流发电机 表示电压等级为12V，电流等级为大于或等于90、第13次设计，调整臂在左边的整体式交流发电机。,2.3.4.2交流发电机的型号,桑塔纳奥迪100 JFZ1913Z发电机,2.3.4.3交流发电机的工作特性,工作特点：传动比大，工作转速变化范围大。,交流发电机的特性包括：输出特性、空载特性和外特性。,输出特性：是指保持发电机的端电压不变，其输出电流与转速之间的关系，即U=常数时，If（n）的函数关系。,空载转速n1是指I=0,U=Ue时的发电机转速；满载转速n2是指U=Ue，I=Ie时的发电机转速。当发动机转速达到一定值时，输出电流就不再随转速的增加而上升。具有自动限制电流的自我保护能力。,由特性曲线可以看出：,2.3.4.3交流发电机的工作特性,空载特性是研究发电机空载时，发电机的端电压U与转速n之间的 关系。即I=0时，U=f(n)曲线，如图 所示。,从曲线可以看出，nU，由他励转入自励发电时，即能向蓄电池补充充电。,2.3.4.3交流发电机的工作特性,外特性是指发电机转速一定时，其端电压与输出电流之间的 关系，即n=常数时，U=f（I）的曲线，如图所示。,从外特性曲线可以看出发电机电压受负载影响的程度：如果发电机在高速运转时，突然失去负载，发电机电压会突然升高，致使发电机及调节器等内部电子元件有被击穿的危险。,2.4电压调节器,2.4.1 电压调节器的功用2.4.2 电压调节器的分类2.4.3 电压调节器的调压原理2.4.4 电子调节器的工作原理,2.4.1电压调节器的功用,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才能工作。电压调节器是将发电机输出电压控制在规定范围内的装置，其功用是在发电机转速变化时，自动控制发电机电压保持恒定。,从电动势与发动机的转速和磁极的磁通的关系。汽车用交流发电机工作时其转速很不稳定且变化范围很大，如果对发电机不加以调节，其端电压将随转速的变化而变化，这与汽车用设备要求电压恒定不相适应。,2.4.2电压调节器的分类,交流发电机电压调节器1、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,（1）触点式（电磁振动式）电压调节器,2.4.2电压调节器的分类,触点式调节器通过电磁线圈控制触点开闭的方式来磁场绕组的励磁电流，实现对发电机电压的调节。,（2）晶体 管调节器,2.4.2电压调节器的分类,（3）集成电路调节器,2.4.2电压调节器的分类,2、按所匹配的交流发电机搭铁类型可分两种(1)内搭铁型调节器 适用于内搭铁型交流发电机的电子调节器称为内搭铁型电子调节器；(2)外搭铁型调节器 适合用于外搭铁型交流发电机的电子调节器称为外搭铁型电子调节器。对于晶体管调节器，在使用过程中，最好使用汽车说明书中指定的调节器，如果采用其他型号替代，除标称电压、功率等规定参数与原调节器相同外，代用调节器必须与原调节器的搭铁形式相同，否则，发电机可能由于励磁电路不通而不能正常工作。,2.4.2电压调节器的分类,交流发电机的三相绕组产生的相电动势有效值为交流发电机电压调节器的调压原理是：当发电机转速升高时，调节器通过减小发电机励磁电流If来减小磁通，使发电机的输出电压UB保持不变；当发电机的转速降低时，调节器通过增大发电机的励磁电流If来增加磁通，使发电机的输出电压UB保持不变。,2.4.3电压调节器的调压原理,调节器基本原理,2.4.4 调节器的工作原理,2.4.4 调节器的原理,2.4.4触电调节器的原理,2.4.4触电调节器的原理,2.4.4触电调节器的原理,2.4.4电子调节器的工作原理,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,1.外搭铁型电子调节器的基本电路,2.4.4电子调节器的调压原理,1.外搭铁型电子调节器的基本电路电阻R1和R2组成一个分压器，R1上得分压为：,2.4.4电子调节器的调压原理,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；,1.外搭铁型电子调节器的基本电路,2.4.4电子调节器的调压原理,VT2是大功率三极管(NPN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(NPN型)，用来放大控制信号；,1.外搭铁型电子调节器的基本电路,2.4.4电子调节器的调压原理,VD是续流二极管；磁场绕组由接通转为断开状态时(F端为+，B端为)，经二极管 VD构成放电回路，防止三极管VT2被击穿损坏,1.外搭铁型电子调节器的基本电路,2.4.4电子调节器的调压原理,(1)点火开关SW接通，发电机电压UB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,2.外搭铁型电子调节器的工作原理,2.4.4电压调节器的调压原理,(2)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UB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。,2.外搭铁型电子调节器的工作原理,2.4.4电子调节器的调压原理,(3)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。,2.外搭铁型电子调节器的工作原理,2.4.4电子调节器的调压原理,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UR1UW+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。,2.外搭铁型电子调节器的工作原理,2.4.4电子调节器的调压原理,发电机电压升到调节上限时，VT2就截止，磁场电路被切断，输出电压下降；降到等于调节下限U1时，磁场电路被接通，发电机电压上升，周而复始，发电机输出电压被控制在一定范围内。,3.外搭铁型电子调节器的工作原理,4、内搭铁型电子调节器的基本电路内搭铁型电子调节器基本电路的特点是晶体管VT1、VT2采用PNP型，发电机的励磁绕组连接在VT2的集电极和搭铁端之间，与外搭铁型电路显著不同，电路工作原理和结构与外搭铁型电子调节器类似。,2.4.4电子调节器的工作原理,电子调节器的工作特性曲线,2.4.4电子调节器的工作原理,发电机的输出电压UB、磁场电流If（平均值）随转速n的变化关系称为电子调节器的工作特性。,5、电子调节器的工作特性,调节器通过三级管VT2的通断控制磁场电流，随着转速的提高，大功率三级管VT2的导通时间减小，截止时间增加，这样可使得磁场电流平均值减小，磁通减小，保持输出电压UB不变。,从电子调节器的工作特性曲线可以看出，n1为调节器开始工作转速，称为工作下限，随着发电机转速的升高，磁场电流减小。当发电机转速很高时，由于大功率三极管可不导通，磁场电流被切断，发电机仅靠剩磁发电，所以，电子调节器的工作转速上限很高，调节范围很大。,2.4.4电子调节器的工作原理,2.5 充电系的使用和维护,充电系使用注意事项 交流发电机与调节器的结构简单，维护方便，若正确使用，不仅故障少而且寿命长。若使用不当，则会很快损坏。因此在使用和维护中应注意以下几点：1.蓄电池的极性必须是负极搭铁，不能接反。否则，会烧坏发电机或调节器的电子元件；2.发电机与蓄电池之间的连接要牢靠，如突然断开，会产生过电压损坏发电机或调节器的电子元件；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，应立即检修，及时排除故障，否则会引起更大故障或蓄电池亏电，致使汽车不能行驶；,5.为交流发电机配用调节器时，交流发电机的电压等级必须与调节器电压等级相同，交流发电机的搭铁类型必须与调节器搭铁类型相同，调节器的功率不得小于发电机的功率，否则系统不能正常工作；6.线路连接必须正确，目前各种车型调节器的安装位置及接线方式各不相同，故接线时要特别注意；7.调节器必须受点火开关控制，发电机停止转动时，应将点火开关断开，否则会使发电机的磁场电路一直处于接通状态，不但会烧坏磁场线圈，而且会引起蓄电池亏电；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。,2.5 充电系的使用和维护,习题,1、普通交流发电机的功用及其结构分哪几部分？2、转子的功用是什么？磁场如何产生？3、整流器的功用是什么？整流器和定子如何连接？电刷的作用是什么？4、发电机的内搭铁、外搭铁如何区分？5、交流发电机的调节器的作用及其如何调节电压？,相关的资料,