《挖掘机发电机》PPT课件.ppt

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1、2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,1,第三章 发电机,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,2,学习目标,1.掌握交流发电机和其调节器的作用。2.掌握交流发电机的结构。3.了解交流发电机和其调节器的分类。4.了解交流发电机与其调节器的型号。5.了解交流发电机的发电原理与整流原理。6.了解各种调节器的工作原理。,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,3,3.1发电机和调节器的作用：发电机作为工程机械的主要电源，其主要作用：在发动机怠速以上转速运转时，为用电设备供电给蓄电池充电安装调节器的必要性 在工作过程中，发动机的转速是变化的，用

2、电设备的工作状态是变化的，决定了发电机的转速和负载是变化的。为保证发动机运转过程中电气设备正常工作，故必须加调节器。交流发电机调节器的基本作用：当发电机的负载和发动机的转速在正常范围内时，保持发电机输出电压平均值维持在规定范围内。,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,4,3.2对发电机和调节器的基本要求发动机怠速运转时，发电机输出电压应不低于蓄电池的端电压并具有一定的带载能力发动机中高速运转时，发电机应能满足大多数用电设备同时用电的要求发电机的负载和发动机的转速在正常范围内变化时，保持发电机输出电压既不低于蓄电池电压，又不高于用电设备的允许电压。发电机电枢电压低于蓄电池电

3、压时，防止蓄电池通过发电机电枢放电,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,5,3.3交流发电机的分类工程机械发电机分为直流发电机和交流发电机。直流发电机通过换向器整流，交流发电机用二极管整流。直流发电机基本淘汰。按总体结构分 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。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。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。无刷交流发电机，不需要电刷的发电机。永磁交流发电机，转子磁极为永磁铁制成的发电机。,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,6,

4、图21 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,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,7,2.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。磁场绕组的负电刷直接搭铁的交流发电机（和壳体直接相连）。（2）外搭铁型交流发电机。磁场绕组的两只电刷都和壳体绝缘的交流发电机，磁场绕组的负极接调节器，后再搭铁。,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,8,3.4普通交流发电机的结构,202

5、3/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,9,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24为JF132型6管普通交流发电机解体图,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,10,转子 转子的功用是产生磁场。转子由爪极、磁轭、励磁绕组、滑环、转子轴等组成，如图所示。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和磁轭。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，励磁绕组中就有电流通过，并产生轴向磁通，使爪极一块被磁化为N极，另一块被磁化为S极，从而形

6、成六对（或八对）相互交错的磁极。如图所示。当转子转动时，就形成了旋转的磁场。,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,11,定子 定子的功用是产生交流电。定子安装在转子的外面，和发电机的前后端盖固定在一起，当转子在其内部转动时，引起定子绕组中磁通的变化，定子绕组中就产生交变的感应电动势。定子由定子铁心和定子绕组（线圈）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。定子绕组有三组线圈，对称的嵌放在定子铁心的槽中。三相绕组的连接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。,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,2

7、023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,12,整流器 整流器的功用是将定子绕组的三相交流电变为直流电。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28所示。,交流发电机整流二极管安装示意图a）焊接式

8、b）电路图 c)压装式1正整流板 2负整流板,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,13,挖掘机用硅整流二极管是专用的，有如下特点：（1）允许的工作电流大，如ZQ50型二极管的正向平均电流为50A，浪涌电流为600A。（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。整流器总成的形状各异，有马蹄形、半圆形和圆形等。如图29所示。整流器和定子绕组的连接如图210所示。,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,14,端盖及电刷组件

9、端盖一般分两部分（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。后端盖上装有电刷组件。电刷组件由电刷、电刷架和电刷弹簧组成，如图所示。电刷的作用是将电源通滑环引入励磁绕组。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。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。,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,15,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，定子绕组和励磁绕组中都会有热量产生，温度过高会

10、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）。,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,16,3.5交流发电机发电原理 单项交流发电机的发电原理,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,17,三相交流发电机的基本原理结构特点：通电线圈绕在旋转铁心上产生旋转磁场三相绕组产生三相交流电。基本原理：当绕有磁场绕组的磁铁旋转时，通过各铁心的磁通发生变化，三相绕组中产生电动势，但因各相绕组的磁通变化存在时间差，故产生的电动势也有时间差。,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,

11、18,3.6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，是通过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214a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只整流二极管按右图的电路连接，发电机的输出端B、E上就输出一个脉动直流电压，如图c所示，这就是发电机的整流原理。,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,19,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。（2）整流过

12、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,如上图（c)所示。,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,20,3.7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,如图所示，平均值为发电机输出电压（平均值）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。,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研

13、室,21,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。,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,22,3.8交流发电机的

14、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。2自励 随着转速的提高（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

15、，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。,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,23,3.9调节器一般交流发电机的端电压为,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,24,由上式可见：发电机端电压与发电机结构常数、转速、磁通、负载电阻及定子绕组的阻抗有关。而结构常数一定，转速、定子绕组的阻抗等是变化的，要保持发电机的端电压平均值恒定，必须相应地改变磁极磁通。所以可以通过调节激磁电

16、流平均值的大小来改变磁极磁通的大小，使发电机端电压平均值在不同的转速和负载情况下基本保持恒定。调节器工作原理 两种情况的分析。所以，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。电磁振动式调节器是通过触点开闭改变激磁电路的电阻来改变激磁电流平均值的；电子调节器是利用三极管的开关特性接通与切断激磁电流来改变激磁电流平均值的。,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,25,电磁振动式调节器,（1）结

17、构说明：两对触点K1和K2，调节器不工作时，上面一对触点K1（即低速触点）处于常闭状态，下面 一对触点K2（即高速触点）处于常开状态。R1为加速电阻，其作用是在触打开时，加速铁心退磁，使触点K1迅速闭合，以加快其振动频率，提高调节器的灵敏度和调压质量。R2为磁场电阻（调节电阻）其作用是在触点张开时，减少励磁电流，以降低发电机的输出电压。R3为温度补偿电阻由镍铬丝制成，其电阻温度系数很小（仅为铜的1/800），当它串入磁化线圈电路中时，可使整个磁化线圈电路中的电阻值随温度变化相应减小，使调节电压不随温度的升高而升高。,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,26,（2）工作过程

18、：当电机低速运转，电压低于蓄电池电动势时，蓄电池向调节器磁化线圈供电，同时进行他励发电。磁化线圈电流的流向：蓄电池正级电表点火开关调节器“S”接线柱加速电阻R1磁化线圈温度补偿电阻R3搭铁蓄电池负极。此时流过磁化线圈的电流所产生的电磁力不足以克服调压弹簧的拉力，所以低速触点K1仍处于闭合状态，发电机此时在进行他励发电。励磁电流的流向：蓄电池正级电流表点火开关调节器“S”接线柱&固定触点支架低速触点K1活动触炱臂磁轭调节器“B”、发电机机“F”接线柱绝缘电刷和集电环励烁绕组搭铁甕刷雂电环搭铁蓄电池负极。发电机转速升高，端电压高于蓄电池电动势而低于调节器电压时，磁化线圈电流和励磁电流均由发电机供给

19、。磁化线圈的电流流向：发电机正级（A）点火开关调节器“S”接线柱加速电阻R1磁化线圈温度补偿电阻R3搭铁发电机负极。,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,27,此时，磁化线圈中的电流所产生的电磁力仍不能克服调压弹簧的拉力，低速触点K1仍处于闭合状态，励磁电流和流向：发电机正级点火开关调节器“S”接线柱低速触点K1活动触点臂磁轭调节器“F”、发电机机“F”接线柱绝缘电刷和集电环励磁绕组搭铁电刷和集电环搭铁发电机负极。发电机转速升高，输出电压达到调节器调节时，磁化线圈电流所产生的电磁力足以克服调压弹簧拉力，使低速触点K1打开，励磁电流改变流向径，其电路为：发电机正极点火开关调

20、节器“S”接线柱加速电阻R1附加电阻磁R1附加电阻R2调节器“F、发电机“F”接线柱绝缘电刷和集电环励磁绕组搭铁电刷和集电环搭铁发电机负极。由于发电机励磁电路中串联了电阻R1和R2，所以励磁电流减小，发电机电压降低。当发电机压降至略低于调节电压时，磁化线圈所产生的电磁力便会小于调压弹簧拉力，于是低速触点K1重又闭合，将附加电阻R2短路，励磁电流增大，磁场加强，发电机输出电压再次升高，当升至略高于调节电压时，低速触点K1又被吸开。如此反复，使发电机输出电压保持在第一级脉动范围内。其平均值就是第一级电压稳定值。,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,28,当发电机输出电压超过第

21、一级调节电压而未达到第二级调节电压，磁化线圈电流所产生的电磁力远大于调压弹簧的拉力，将活动触点臂处于中间状态，高速、低速触点均不闭合。调节电压进入“失控区”，这时发电机靠通过电阻R1和R2的电流励磁，发电机电压随转速升高而升高。当发电机高速动转时，发电机的输出电压到第二级调节电压，磁化线圈电流所产生的电磁力也将远大于调压弹簧的拉力，将活动触点臂继续吸下，使高速触点E2闭合，磁场绕组被短路。此时，发电机磁场绕组中无励磁电流流过，发电机靠剩磁发电，端电压迅速下降，磁化线圈电流所生产的电磁力减小，高速触点K2重又打开（低速触点K1也处于打开状态），附加电阻R2被串入励磁电路，磁场绕组中有电流流过，发

22、电机端电压升高，高速触点K1重新闭合。如此反复，K2不断地振动，使发电机的输出电压保持在第二级脉范围内。其平均值就是第二级电压稳定值。,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,29,电子调节器外搭铁型电子调节器的工作原理,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,30,工作原理 点火开关SW刚接通时，发动机不转，发电机不发电，蓄电池电压加在分压器R1、R2上，此时因UR1 较低不能使稳压管VS的反向击穿，VT1截止，VT1截止使得VT2导通，发电机磁场电路接通，此时由蓄电池供给磁场电流。随着发动机的启动，发电机转速升高，发电机他励发电，电压上升。当发电机电压升

23、高到大于蓄电池电压时，发电机自励发电并开始对外蓄电池充电，如果此时发电机输出电压UB调节器调节上限UB2，VT1继续截止，VT2继续导通，但此时的磁场电流由发电机供给，发电机电压随转速升高迅速升高。当发电机电压升高到等于调节上限UB2时，调节器对电压的调节开始。此时VS导通，VT1导通，VT2截止，发电机磁场电路被切断，由于磁场被断路，磁通下降，发电机输出电压下降。当发电机电压下降到等于调节下限UB1时，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。周而复始，发电机输出电压UB被控制在一定范围内，这就是外搭铁型电子调节器的工作原理。,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,31,蓄电池继电器,备注：A、B端子始终带电；B、只有BR端子带电，通过E端子接地形成回路，才能使M端子与B端子吸合；C、充电时，电流方向由M至B；D、二极管对线圈起保护作用,2023/7/15,山东交通学院工程机械研究所电器教研室,32,启动开关,