8项目三汽车交直流电路任务一交流发电机认识资料

8项目三汽车交直流电路任务一交流发电机认识资料第一页，共56页。项目三

汽车交直流电路项目描述：

汽车上普遍采用低压直流12V电源作为整车电气系统的供电。发电机是汽车电气系统的主要电源，由汽车发动机驱动。发电机正常工作时，对除起动机以外的所有用电设备供电，并补充蓄电池在使用中所消耗的电能。汽车在很多辅助设备开启时行驶，蓄电池的电能就会耗尽，更换了蓄电池，但行驶几个小时后故障重新出现，是什么原因？本项目主要学习汽车交直流电路基础知识、基本电路组成和工作原理、电路相关参数及检测方法以及典型充电系统电路，为后续课程打下坚实基础。第二页，共56页。项目任务交流发电机认识1电容、电感及交直流变换电路3二极管及其整流电路2第三页，共56页。任务一交流发电机认识学习目标：知识目标

1.了解正弦交流电的产生原理；

2.认识正弦量的基本特征和正弦量的相量表示；3.掌握基正弦量的三要素。

能力目标1.掌握正弦量的三种表示方法；2.掌握交流发电机的工作特征；

3.掌握交流发电机的主要构成元件的内部结构点。

第四页，共56页。什么是正弦交流电？正弦交流电是怎样产生的？1正弦量的基本特征是什么？2什么是正弦量的三要素？3任务二什么是正弦量的相量表示方法？4引导问题：什么是三相对称交流电源？三相交流电机的内部结构是怎样的？5第五页，共56页。三相交流发电机的工作原理是怎样的？6第六页，共56页。引导问题1：什么是正弦交流电？正弦交流电是怎样产生的？引导问题1：第七页，共56页。引导问题1：什么是正弦交流电？正弦交流电是怎样产生的？引导问题1：第八页，共56页。1、瞬时值、最大值和有效值2、周期、频率和角频率3、相位、初相位和相位差

正弦量的基本特征是什么？引导问题2：第九页，共56页。

1、最大值正弦量的最大值称为振幅值，用大写字母表示，如Im

、Um。

2、角频率正弦量在单位时间内所经历的电角度，称为角频率，用ω表示，单位是弧度/秒，即

正弦量完成一次周期变化所需要的时间，称为周期，用T

表示，单位是秒。什么是正弦量的三要素？引导问题3：第十页，共56页。正弦量在1秒钟内完成周期性变化的次数，称为频率，用

f

表示，单位是赫兹。周期和频率的关系为

角频率与周期和频率的关系是

什么是正弦量的三要素？引导问题3：第十一页，共56页。

3、初相位在正弦量的解析式中，角度（ωt+φ）称为正弦量的相位。初相是指t=0时的相位,用φ表示。相位和初相都与计时起点的选择有关，其单位用弧度表示。

规定:|φ|≤π。规定正弦量由负值向正值变化的一个零值点叫做零点。若选零点为计时起点，则初相φ=0，如图3-7所示是不同初相时几种正弦电流的解析式和波形图。什么是正弦量的三要素？引导问题3：第十二页，共56页。什么是正弦量的三要素？引导问题3：第十三页，共56页。什么是正弦量的三要素？

相位差两个同频率正弦量的相位之差，称为相位差，用表示。上式表明，同频率正弦量的相位差等于初相之差。且相位差与计时起点的选择无关。相位差规定：例如引导问题3：第十四页，共56页。什么是正弦量的三要素？时，称两个正弦量同相；时，称两个正弦量反相。如图3-5所示。图3-5同相与反相的正弦波形a)同相的正弦波形;b)反相的正弦波形

如图3-4，u

比i先到达零点或峰值点，则称u

比i

超前角，或i

比u

滞后角。引导问题3：第十五页，共56页。什么是正弦量的相量表示方法？

一、复数

1.复数的表示电工中常用j代表虚单位，即(1)代数式

(2)极坐标式

a

——实部，b——虚部。r——模，θ——幅角。

由代数式可知，复数可在复平面上用一个点来表示，还可用该点对应的矢量来表示。如图3-8所示。图3-8复数的表示引导问题4：第十六页，共56页。什么是正弦量的相量表示方法？

复数的代数式、三角函数式和极坐标式可以按以下公式相互转换。

(3)三角函数式

引导问题4：第十七页，共56页。该复数的虚部为一正弦函数，正好是已知正弦量，所以一个正弦量给定后，总可作出一个复数使其虚部等于该正弦量。故可用复数对应表示正弦量。什么是正弦量的相量表示方法？

对一个正弦量根据其三要素，可作一个复数,使其模为Um，幅角为由于该复数对应复平面上的一个旋转矢量，旋转矢量在纵轴上的投影就是该正弦量。引导问题4：第十八页，共56页。什么是正弦量的相量表示方法？引导问题4：第十九页，共56页。什么是正弦量的相量表示方法？

由于正弦电路中电压、电流都是同频率的正弦量，因此计算过程中，角频率可略去，只需考虑最大值和初相两个要素。故以上表示正弦量的复数可简化成。

把复数称为相量，以“”表示，并习惯把最大值换成有效值，即引导问题4：第二十页，共56页。什么是三相对称交流电源？三相交流电机的内部结构是怎样的？引导问题5：第二十一页，共56页。什么是三相对称交流电源？三相交流电机的内部结构是怎样的？引导问题5：

发电机是汽车用电设备的主要电源。在汽车正常运行期间，发电机向除起动机之外的其它用电设备供电，并向蓄电池充电。

汽车上所用的发电机大多为三相交流发电机。

汽车上采用硅整流交流发电机，它以硅二极管为整流器，将交流电转变成直流电。具有结构简单、体积小、重量轻、功率高、工作可靠、寿命长、维修方便等特点。第二十二页，共56页。什么是三相对称交流电源？三相交流电机的内部结构是怎样的？引导问题5：汽车用交流发电机的分类按结构分为：按工作原理分固定磁场式（无刷式）旋转磁场式（常用）普通式整体式真空泵式第二十三页，共56页。什么是三相对称交流电源？三相交流电机的内部结构是怎样的？引导问题5：交流发电机的构造

交流发电机由转子、定子、电刷与滑环机构、三相桥式整流器、轴承、风扇和前后端盖等组成。第二十四页，共56页。引导问题5：什么是三相对称交流电源？三相交流电机的内部结构是怎样的？引导问题5：第二十五页，共56页。什么是三相对称交流电源？三相交流电机的内部结构是怎样的？引导问题5：一、转子

转子由爪极（每个爪极有６个鸟嘴形磁极）、转子绕组、滑环和转轴等组成。

在转子绕组中通入一个直流电流时，产生一个磁场。

在发动机的带动下转子旋转，在定子绕组中产生一个旋转磁场。第二十六页，共56页。什么是三相对称交流电源？三相交流电机的内部结构是怎样的？引导问题5：

定子是由定子铁心和三相定子绕组组成，固定在前后端盖之间。三相定子绕组定子铁心二、定子第二十七页，共56页。什么是三相对称交流电源？三相交流电机的内部结构是怎样的？引导问题5：

三相绕组一般采用三角形（△）和星形（Y）两种接法，定子绕组在转子产生的旋转磁场作用下，感应并输出三相正弦交流电动势。第二十八页，共56页。什么是三相对称交流电源？三相交流电机的内部结构是怎样的？引导问题5：

整流器是将交流电转换成直流电的一种装置，在车用发电机中，一般采用三相桥式整流电路作整流器。三、整流器第二十九页，共56页。什么是三相对称交流电源？三相交流电机的内部结构是怎样的？引导问题5：普通型中性点二极管型整流器一般有以下四种形式：第三十页，共56页。引导问题5：什么是三相对称交流电源？三相交流电机的内部结构是怎样的？磁场二极管型中性点与磁场二极管型引导问题5：第三十一页，共56页。什么是三相对称交流电源？三相交流电机的内部结构是怎样的？引导问题5：

磁场二极管可以提高电压调节的精度。

中性点二极管的整流器，可以提高发电机的输出功率。桑塔纳汽车用的整流器电路第三十二页，共56页。什么是三相对称交流电源？三相交流电机的内部结构是怎样的？引导问题5：

前端盖用来固定发电机，后端上装有电刷架和整流器。风扇风叶装在前端盖与皮带轮之间（双风扇发电机的两个风叶装在发电机内部的转子上），在发电机工作时，起强制通风散热作用。前、后端盖风叶轴承四、端盖、风扇和轴承第三十三页，共56页。引导问题6：三相交流发电机的工作原理是怎样的？引导问题6：第三十四页，共56页。三相交流发电机的工作原理是怎样的？引导问题6：一、发电原理

当发电机的转子绕组中通入直流电时，产生磁场，转子在发动机的带动下旋转，定子绕组切割转子磁场感应三相交流电动势。1、交流发电机的工作原理第三十五页，共56页。三相交流发电机的工作原理是怎样的？引导问题6：

整流电路将三相电动势转变成直流脉动电压；由于蓄电池具有电容的功能，故输出的直流电压波形较平坦。在发电机空载运行时，忽略三相绕组和整流器的电阻压降，直流电动势约为：U＝2.34Eφ（Eφ为相电动势）。二、整流原理第三十六页，共56页。三相交流发电机的工作原理是怎样的？引导问题6：

发电机转子绕组产生磁场，称为励磁，发电机的励磁有他励和自励两种方式。由蓄电池向磁场绕组供电的方式，称为他励；由发电机产生的电压向磁场绕组供电的方式，称为自励。汽车用发电机在刚开始发电时，转子绕组由蓄电池供电产生磁场，属于他励；待发电机旋转起来，输出电压高于蓄电池电压时，发电机向磁场绕组供电，励磁方式由他励变为自励。三、励磁方法第三十七页，共56页。三相交流发电机的工作原理是怎样的？引导问题6：

交流发电机的工作特性，是指发电机工作时，端电压U、输出电流Ｉ与转速ｎ之间的关系。一、空载特性

空载特性是指发电机空载（即Ｉ＝0）时，发电机端电压U与转速ｎ之间的关系。U与n成线性关系他励自励2、交流发电机的工作特性第三十八页，共56页。三相交流发电机的工作原理是怎样的？引导问题6：

当发电机转速一定时，输出电压Ｕ随输出电流Ｉ的变化规律。

在转速一定时，端电压随输出电流的增加而下降，当输出电流超过一定值后，电压和电流同时下降（拐点处）。

当发电机在高速旋转时，如果突然失去负载，端电压将瞬时增大，整流器及调节器中的电子元件造成损坏。二、外特性第三十九页，共56页。三相交流发电机的工作原理是怎样的？引导问题6：

在发电机输出电压U一定时（通常12V发电机保持在14V），发电机负载电流Ｉ与转速ｎ之间的关系称为输出特性或负载特性。Ie

输出电流Ｉ将随转速ｎ升高而增大，当转速超过一定值时，电流增加的速率减慢，并趋于稳定，此时的电流为最大输出电流。三、输出特性（负载特性）第四十页，共56页。三相交流发电机的工作原理是怎样的？引导问题6：

发电机的输出电压与发电机转子的转速有关：3、交流发电机的调节器U≈E＝CφｎC—为发电机的结构常数φ—为磁极磁通ｎ—为发电机转速

由此可知：发电机的输出电压U与转速ｎ和磁通φ成正比。第四十一页，共56页。三相交流发电机的工作原理是怎样的？引导问题6：一、电压调节器的工作原理

当发电机的转速升高时，减小磁场电流，以减弱磁通φ，使φｎ基本保持不变，从而维持端电压的不变。二、电压调节器的分类触点式电压调节器晶体管电压调节器集成电路电压调节器第四十二页，共56页。三相交流发电机的工作原理是怎样的？引导问题6：三、电压调节器工作原理1、触点式电压调节器

触点式电压调节器是一种机械振动式电压调节器，它利用触点的开闭作用，改变磁场电路的电阻，保持端电压的恒定。

触点的开闭存在延时现象，故不能控制大功率的发电机电压，且存在电磁干扰，目前已基本不采用。第四十三页，共56页。三相交流发电机的工作原理是怎样的？引导问题6：2、晶体管电压调节器

晶体管电压调节器是利用晶体三极管的开关作用，控制发电机磁场电路的通、断，来调节磁场的强弱，使端电压保持不变。第四十四页，共56页。三相交流发电机的工作原理是怎样的？引导问题6：

集成电路电压调节器具有体积小、功能强、可靠性高、结构简单、成本低等特点，目前已广泛应用于国内外的汽车上。集成电路电压调节器由于体积小，目前都装于发电机内，成为整体式交流发电机。3、集成电路式电压调节器第四十五页，共56页。三相交流发电机的工作原理是怎样的？引导问题6：P—半波整流接线柱L—充电指示灯接线柱F—磁场绕组电压监视接线柱S—蓄电池电压监视接线柱通用公司（GM）用集成电路调节器第四十六页，共56页。三相交流发电机的工作原理是怎样的？引导问题6：桑塔纳轿车发电机原理图第四十七页，共56页。三相交流发电机的工作原理是怎样的？引导问题6：4、交流发电机的使用与维护

交流发电机在使用和维护过程中，要注意以下几个问题：１、蓄电池的搭铁必须与交流发电机的极性一致，都是负极搭铁，否则蓄电池将通过发电机的硅整流二极管大量放电，从而烧毁二极管。２、不得用发电机输出端瞬时接地（搭铁）的方法（试火法）来判断发电机是否发电。第四十八页，共56页。三相交流发电机的工作原理是怎样的？引导问题6：

３、发电机在高速运转时，不得拆下蓄电池等主要用电设备，以免产生瞬时过电压，损坏二极管、调节器或其他用电设备。４、经常检查发电机与蓄电池之间的连线，保证连接牢固可靠。５、经常检查发电机皮带的张紧程度，应符合出厂时的规定。皮带过松，会造成蓄电池充电不足；皮带过紧，容易造成皮带和发电机轴承的损坏。第四十九页，共56页。三相交流发电机的工作原理是怎样的？引导问题6：６、一旦发现发电机工作不正常，应及时检查，找出并排除故障。７、定期对发电机进行维护，一般发电机运行750小时或汽车行驶3万公里后，对发电机的电刷、整流元件、调节器、轴承等易损元件进行一次检查和必要的测试。第五十页，共56页。三相交流发电机的工作原理是怎样的？引导问题6：一、输出直流电压的测试起动发动机，并在怠速状态下运行，用数字万用表测量蓄电池两端的电压。

电压读数应在13～15伏之间（具体视调节器的设定值而定，如GM公司为14.7±0.5V）。当发电机的转速升高时，发电机输出的直流电压基本保持不变。5、发电机与充电系统的测试第五十一页，共56页。三相交流发电机的工作原理是怎样的？引导问题6：

用数字万用表的交流电压档，并接在蓄电池的正负极两端，来测量发电机输出的交流电压（正常值应≤0.4V）。具体步骤如下：

①起动发动机，并使其在2000rpm的转速下运转；

②打开