汽车电子 第二章交流发电机.ppt

第二章,交流发电机,第二章 交流发电机,第一节 概述 第二节 交流发电机的构造 第三节 交流发电机的工作原理 第四节 交流发电机的特性 第五节 触点式电压调节器 第六节 电子节电压调节器,第一节,概述,一、发电机的作用,发电机是汽车电器系统的另一个低压电源。 发电机的作用是将发动机的部分机械能变成电能，向除起动机以外的所有用电设备供电，并及时对蓄电池进行补充充电。,二、交流发电机的优点,单机功率大，体积小，质量轻，节约铜材 低速充电性能好 结构简单、故障少、寿命长、维修方便 调节器的结构简单 很少产生干扰电波,第二节,交流发电机的构造,第二节 交流发电机的构造,目前，汽车用交流发电机主要是三相同步交流发电机。它包括交流同步发电机和硅二极管整流器两部分。 以下是交流发电机的结构示意图：,一、交流发电机的结构示意图,一、交流发电机的结构示意图,二、交流发电机的主要组成部分,转子 定子 前后端盖、风扇及皮带轮等,1、转子,转子是三相同步交流发电机的旋转磁场部分。它是由转轴、两块爪形磁极、磁轭、激磁绕组、滑环等部件构成。,1、转子,当转子绕组接通直流电源时，激磁绕组中便有激磁电流流过，从而时绕组产生六对相互交错的磁极。,2、定子,定子又称电枢，是三相同步交流发电机产生三相交流电的部件。 定子由铁芯和三相绕组组成。,2、定子（定子绕组的绕线原则）,1）为使三相电动势大小相等，每相绕组的线圈个数和每个线圈的节距与匝数都必须完全相等。 2）为使三相电动势在相位上互差120度，三相绕组的起端 A、 B、 C（或末端 X、Y、Z）在定子槽内的排列，必须相隔120度电角度（两个槽的宽度相等）。,3、端盖,端盖分前端盖（驱动端益）和后端盖（整流端盖），其作用是支承转子，安装和封闭内部构件。 它们由非导磁材料铝合金制成，漏磁少，质量轻，散热性能好。 端盖的中心有球轴承，外围有通风孔和组装螺孔。,3.1前端盖,前端盖的外侧为驱动发电机旋转的皮带轮，所以又称驱动端盖。,3.2后端盖,后端盖内装有电刷和刷架。电刷有两个，用于引入激磁电流。一个电刷引出线接到发电机后端盖上的磁场接线柱（标记为“F”或“磁场”）上；另一个接铁电刷的引线，用螺钉固定在后端盖上（标记为“一”或“搭铁”）。 电刷都是利用压簧与转子上两个滑环良好接触。,3.3风扇,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，使空气高速流经电机内部进行强力通风冷却。,3.4皮带轮,皮带轮是利用皮带将发动机的转矩传给转子，通常用铝合金制成。一般分为单槽和双槽两种。,4、整流器,其作用是将三相交流电变为直流向外输出。 它由一块元件板和六只硅二极管组成。,4.1元件板（又称散热板）,4.1 元件板,元件板用铝合金制成月牙形，与后端盖用尼龙或其他绝缘材料制成的垫片隔开，并用螺栓通至后端盖外部（作为发电机的火线接线柱）。 元件板上压装三个硅整流二极正管。,4.2 硅整流二极管,目前国内外采用的交流发电机多为负极搭铁。故压装在后端盖上的三只硅二极管，其引线为二极管的负极，外壳为正极，俗称负极管或反烧管，管壳底有黑色标记；压装在元件板上的三只硅二极管，其引线为二极管的正极，外壳为负极，俗称正极管或正烧管，管壳底有红色标记。,交流发电机的整流器，由六只硅二极管组成。 六只硅二极管的安装如图所示:,三、交流发电机的类型,按搭铁性质分：基本都是负极搭铁，仅有解放 CA10B用的 JF13D为正极搭铁。 按通风性质分：有风冷式、封闭式两种。 按安装方式分：有单挂脚式、双挂脚式、无挂脚（或称抱持式）三种。,三、交流发电机的类型,按结构形式可分为四大类： 一般交流发电机，即JF型； 带真空泵交流发电机，即JFB型； 带电压调节器的整体式交流发电机，即 JFZ型； 没有电刷及集电环的无刷交流发电机，即JFW型。,四、交流发电机型号,交流发电机的型号命名，依据的是QC/T 731993汽车电器设备型号编制方法。目前国内正规的命名方法：,JFXXXXX,例如，JFW1311 头两个字母“JF”表示交流发电机。 后一个字母表示产品大类（无字母为一般交流发电机； “Z”表示带调节器发电机；“B”表示带真空泵交流发电机；“W”表示无刷交流发电机）。 第一位数字表示电压等级（“1”表示14V，“2”表示 28V） 第二位数字表示功率（W）： “1”表示180W “2”表示250W “3”表示350w、 “5”表示500W “7”表示750W “8”表示1000W “9”表示1000W 后两位数字“11”表示设计顺序号。 所以JFW1311表示无刷交流发电机，14V，350W，设计序号为11。,第三节,交流发电机的工作原理,一、交流发电 机的发电原理,交流发电机通电后产生的旋转磁场，其磁力线切割定子线圈，从而在线圈内产生交变电动势。 它产生交流电的基本原理，仍然是电磁感应原理。,二、三相交流发电机的工作原理,实际使用的交流发电机是三相同步交流发电机，即是指转子的转速与旋转磁场的转速相同（同步转速）的三相交流发电机。,三相交流发电机的工作原理,当转子旋转时，磁力线和定子绕组之间产生相对运动，在三相绕组中产生交变电动势，其频率为： 式中p磁极对数； n发电机转速（rmin）。,交流发电机每相绕组中所产生的电动势的有效值为： 式中，K为绕组系数，f为感应电动势的频率（Hz），N为每相绕组的匝数，为每极磁通（Wb），n为发电机转速。由于 K、p、N对定型的发电机而言均为定值，故简化为后者。,三、整流原理,利用硅二极管的单向导电性可把交流电变为直流电。 三相桥式全波整流电路的整流原理如图所示。,l、元件板上三个正极管D1、D3、D5的正极分别接在发电机三相绕组的首端A、B、C。 D1、D3、D5分别在三相交流电正半周期内导通，且哪相电压最高，则按该相绕组的正极管子导通。 2、后端盖上三个负二极管D2、D4、D6的负极分别接发电机三相绕组A、B、C。D2、D4、D6分别在三相交流电负半周期内导通。且哪相电压最低，则接该相绕组的负极管子导通。 3、同时导通的正、负管子各一个。 4、同时导通的两个管子总是将发电机的电压加在负载R两端。,第四节,交流发电机的特性,交流发电机的特性有输出特性、空载特性和外特性，其中以输出特性最为重要。,一、输出特性 （曲线）,交流发电机的输出特性又称负载特性或输出电流特性。它是指发电机向负载供电时，保持输出电压恒定的情况下，发电机的输出电流与转速之间的关系。,一、输出特性（曲线分析）,1、发电机的转速甚低时，其端电压低于额定电压，此时发电机不能向外供电；当转速达到空载转速n1时，电压达到额定值；当转速高于空载转速n1时，发电机才有能力在额定电压下向外供电。所以空载转速值n1常用作选择发电机与发动机速比的主要依据。 2、当转速超过n1时，发电机输出电流 I将随着转速n的升高而增大；当转速等于n2时，发电机输出额定功率（即额定电流与额定电压之积），故将转速n2称为满载转速。 3、当发电机转速达到一定值时，发电机的输出电流就不再随转速的升高而增大。这时的电流值称为发电机的最大输出电流或限流值。这个性能表明，交流发电机具有自动限制电流的自我保护能力。交流发电机的最大输出电流约为额定电流的1.5倍。,二、空载特性 （曲线）,空载特性是指发电机空载时，发电机的端电压与转速之间的关系，即I=0时，u与n之间的函数关系。,二、空载特性（曲线分析）,从曲线可以看出，随着转速的升高。端电压上升较快，由他激转入自激发电时，即能向铅蓄电池进行补充充电，进一步证实了低速充电性能好的优点。 因此，空载特性是判定硅整流发电机充电性能是否良好的重要依据。,三、外特性（曲线）,外特性是指转速一定时，发电机的端电压与输出电流的关系。经不同恒定转速的试验后，可输出一组相似外特性曲线。,三、外特性（曲线分析）,发电机的转速越高，端电压也越高，输出电流也越大。转速对电压的影响较大，当保持在任一转速时，端电压均随输出电流的增大而相应下降。 注意：端电压受转速和负载变化影响的交流发电机，必须配用电压调节器才能保持电压的恒定。否则，当发电机在高速运转时，若突然失去负载，其电压会突然升高，这时发电机中的二极管以及调节器内的电子元件将有被击穿的危险。,第五节,触点式电压调节器,汽车交流发电机必须配有电压调节器与其联合工作。 这是因为交流发电机在结构一定、磁场强度不变的条件下，其输出电压的大小与发电机的转速成正比，而发电机由发动机带动，汽车正常行驶时，发动机的转速变化范围很大。为了使发电机电压在不同的转速下均能保持一定，这就必须装置电压调节器。 电压调节器有触点式电压调节器和电子电压调节器。,触点式电压调节器,它又可分为双级触点式电压调节器（两对触点）和单级触点式电压调节器（一对触点）两种。 这两种触点式电压调节器基本原理都是以发电机的转速为基础，通过改变触点的开闭时间，改变激磁电流，维持发电机电压恒定。,双级触点式电压调节器,一、FT61型双级触 点式电压调节器,动触点在两个静触点中间形成一对常闭的低速触点K1，另一对常开的高速触点K2，能调节两级电压，故称为双级触点式。 高速静触点与金属底座直接搭铁。对外只有点火（或火线、电枢、A、S、十）和磁场（或F）两个接线柱。 低速触点K1和加速电阻（助振电阻）R1、调节电阻（附加电阻）R2并联；高速触点K2与发电机激磁绕组并联；温度补偿电阻R3串入磁化线圈电路中。另外还有电磁铁芯，磁化线圈、活动触点臂衔铁，拉力弹簧等。,工作原理,硅整流三相同步交流发电机相电压有效值的变化规律前面已叙述过，其值为： 又知硅整流发电机经整流后输出的直流电压值为 因此，整流发电机端电压的高低，取决于转子的转速n和磁极磁通。保持电压恒定的调控原理，只能在转速升高时，相应减弱磁通，而磁通的减弱又只能以减小激磁电流来实现。反之亦然。,电 压 调 节 过 程,二、FT70型双级触点式电压调节器,FT70型调节器，可与JF01、JF11、JF21系列交流发电机配合使用，装在CA10B等汽车上。 这种调节器基本构造与FT61型调节器相似，但却有以下特点： 静触点只有一个，且在中间位置，动触点有两个在动臂上，形成常闭的低速触点，和常开的高速触点。 所配电阻值与FT61型不同。 该调节器的工作原理及工作过程与FT61型相同。,三、双级式调节器的不足之处,双级式调节器基本可满足使用要求，但还存在一些不足之处：如触点间隙过小（0.2mm0.4mm），易烧蚀；从一级调压到二级调压中间有一失控区，使工作电压上升0.5V，对充电不利；同时调节电压受负载影响大。,单触点式电压调节器,单触点式电压调节器,带灭弧系统的单级触点式电压调节器正是为了克服双级式电压调节器的以上不足而设计的。 目前的带灭弧系统的单级触点式电压调节器有两种：FT111型调节器，配用12V发电机；FT211型调节器，配用24V发电机。,FT111 型调节 器的构 造,一、FT111型调节器的构造,FT111型调节器的构造与双级式调节器基本相同，都是由磁轭、铁芯、磁化线圈、加速电阻、调节电阻、温度补偿电阻和触点等组成的。 不同的是： FT111型调节器将双触点变成了单触点。 FT111型调节器给触点并联了一套灭弧系统。由二级管D、扼流线圈Q2、电容器C组成DQ2C触点灭弧系统。,二、灭弧电路的工作过程,当发电机转速升高电压达到规定值时，磁化线圈Q1产生足够大的吸力，使触点K打开，于是R1、R2被串入电路，使发电机激磁电流急剧减小，电压降低。 由于激磁电流发生突变，在激磁绕组中感应出一个浪涌电压。结果在激磁绕组中产生了很高的自感电动势。 其感应电流可通过二级管D扼流线圈Q2构成回路，起到续流作用，保护了触点。 触点K并联一电容器C，通过扼流线圈Q2可以加速浪涌电压的吸收，从而减小触点间火花达到保护触点的目的。,三、FT111调节器的优点,因为只有一对触点，调整保养容易。 触点振动频率高。这种调节器，除加速电阻外，还采用了具有退磁作用的扼流线圈Q2，所以提高了触点的振动频率，可改善电压波形。 电火花和无线电干扰小。,第六节,电子电压调节器,一、电子电压调节器的优点,与触点式电压调节器相比，电子电压调节器有如下的优点： 1）结构简单、工作可靠、故障少。 2）由于电子调节器没有触点，故不会产生触点火花，因而对无线电设备的干扰减小。 3）使用寿命长。,二、电子调节器的结构型式,电子调节器的结构型式一般有两种： 可拆式 密封式,三、晶体管调节器的基本组成部分,信号检出部分 也叫电压敏感电路，它的作用是检出高于规定的供电电压，并将其变为另一信号电压。 开关控制部分 它的作用是把这一信号电压变为控制电子开关通断的控制电压。 电子开关部分 它的作用是按控制电压的变化，改变发电机激磁绕组电路通断时间比例的开关装置。,四、晶体管调节器的工作过程,当发电机电压高于规定供电电压时，电子开关即切断激磁电流，使发电机输出电压迅速下降。 当其降至规定电压之后，开关又接通激磁电流。 如此反复，实现如同振动