硅整流交流发电机.ppt

硅整流交流发电机及调节器,第一节 概述,一、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。 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。,二、汽车用发电机的分类 目前汽车采用三相交流发电机，内部带有二极管整流电路，将交流电整流为直流电，所以，汽车交流发电机输出的是直流电。 1.按总体结构分 普通硅整流交流发电机 整体式硅整流交流发电机 带泵硅整流交流发电机 无刷硅整流交流发电机 永磁硅整流交流发电机,2.按硅整流器结构分 六管交流发电机 八管交流发电机 九管交流发电机 十一管交流发电机 3.按磁场绕组的搭铁方式分 内搭铁式 外搭铁式,第二节 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,1 功用：产生旋转磁场 2 组成： 1）转子轴 2）集电环 3）爪极 4）磁轭 5）磁场绕组,转子产生旋转磁场,二、定子（又叫电枢）,1 功用：产生交流（交变）电动势 2 组成： 1）定子铁心 2）定子绕组,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35a、b所示，都能产生三相交流电。 三相绕组必须按一定要求绕制，才能使之获得频率相同、幅值相等、相位互差120的三相电动势。发电机定子绕组由专门人员绕制。,3.定子三相绕组有两种接法,1）星形接法 2）三角形接法,图35,三、整流器,整流器由整流板和硅二极管组成,1.功用： 将三相交流电变为直流电 2.组成： 六只或八只硅二极管分别焊装在两块极板（整流板）上而组成,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。,整流器和定子绕组的连接,星形连接,三角形连接,四、前后端盖,1 端盖一般用铝合金铸造 2端盖上装有电刷组件，普通发电机中一般有两只电刷 3. 无刷发电机中没有电刷。,电刷的功用,电刷将电源引入到转子的线圈（磁场绕组）中，使内部的电磁铁（磁轭和爪极）产生较强的磁场。,内搭铁型发电机 有一只电刷（负电刷） 和壳体直接搭铁,外搭铁型发电机 两只电刷（负电刷） 和壳体绝缘的发电机,交流发电机分为内搭铁和外搭铁两种,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：,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。,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。,2、电压等级代号,3、电流等级代号,电流等级代号也用一位阿拉伯数字表示。,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,4、设计序号 5、变型代号,JFWZ240发电机,桑塔纳JFZ1913Y发电机,别克cs130发电机,第三节 发电机工作原理,由发动机带动发电机转子旋转； 由电刷给转子通电（励磁）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。,一、发电原理,1.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：,2.三相交流感生电动势幅值,1）交流电动势的波形近似正弦波（因转子磁极呈鸟嘴形，其磁场的分布近似正弦规律） 2）三相电动势对称（因三相绕组对称安置）,三相交流电动势幅值表达式,式中 Em每相电动势的最大值 E每相电动势的有效值 w电角速度（ w 2 f）,3.每相绕组中电动势的有效值,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。,由此可见，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。,二、 交流发电机整流原理 （三相全波桥式整流）,0t1瞬时,t1t2瞬时,t2t3瞬时,交流发电机整流原理总结,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管导通 ，使电路形成回路。这样，通过用电器的就是直流电。,理论上中性点电压: 实际上中性 点电压为：,关于中性点电压的讨论,关于中性点电压的讨论,1.可以用来控制各种用途的用电器。 2.还可以对其整流，协同发电机输出。（8管或11管交流发电机）,三、交流发电机的励磁,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，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,1） 自励 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。 2）他励 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。,八管交流发电机,九管交流发电机的整流器,十一管交流发电机的整流器,第五节 交流发电机的工作特性,交流发电机的工作特点是转速变化范围大，对于一般汽油发动机来说，其转速变化约为1：8，柴油机约为1：5，因此分析汽车用交流发电机的特性必须以转速的变化为基础。 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。,试验电路,一、输出特性,输出特性是指在发电机端电压U不变（对12V系列的交流发电机规定为14V，对24V系列的交流发电机规定为28V） 输出电流与转速之间的关系，即U=常数时，If（n） 的函数关系。,额定电压,由特性曲线I=f（n）可以看出,（1）空载转速n1 发电机转速小于一定值n1时，对外输出电流为零。当发电机达到额定电压并能对外输出电流时的最小转速为n1 ，称n1为空载转速。空载转速常用来作为测试发电机性能的参数之一。,由特性曲线I=f（n）可以看出,（2）最大电流Imax 发电机输出电流能力随转速的升高而增大，但曲越来越平坦，当转速达到一定值时，无论转速增加多少电流都不再增加，即一定结构的发电机输出最大电流Imax有一定限制。由此可见，交流发电机自身具有限制输出电流防止过载的能力，又称为自我保护能力。,交流发电机自我限流的原理,交流发电机定子绕组具有一定的阻抗Z，它由绕组的电阻r及感抗XL两部分组成， XL2fL,交流发电机自我限流的原理,由于XL 与n成正比，故发电机定子绕组的阻抗Z随发电机的车速升高而增加。高速时，由于R与XL相比可忽略不计， 故阻抗Z约等于XL，定子阻抗Z与转速n成正比，其值较大，产生较大的内压降。 定子电流增加时，由于电枢反应的增强，也会使感应电动势下降。 两者共同作用的结果，当发电机的转速升高且负载电流达到最大值时，输出电流几乎不随负载电阻的减小或转速的增加而增大。,交流发电机自我限流的原理结论,结论 发电机电压（输出）一定时，发电机电流存在最大值。（无论转速多高） 即发电机功率存在最大值。 限制发电机输出功率，只要限制发电机输出电压即可。 限制输出电压后，发电机转速增加，不会出现由于电流过高，烧坏发电机的情况。 如果发电机电压过高通常损坏用电设备。,(3) 额定转速n2 额定电流IA 发电机出厂时，通过试验，规定了空载转速与额定转速。在使用过程中，可通过检测这两个数据来判断发电机性能的好坏。,发电机达到额定电流IA时的转速定为额定转速，图中用n2表示，额定电流一般定为最大输出电流的23。 空载转速与额定转速是测试交流发电机性能的重要依据。,二、空载特性,空载特性是研究发电机在空载运行时，其端电压随转速变化的关系，即I0时， U=f（n）的曲线，如图,三、外特性,外特性是研究当发电机转速一定时，其端电压与输出电流的关系，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。,第六节 硅整流交流发电机的检查,一、转子的检查,1.转子绕组短路与断路的检查,用数字万用表的低电阻档检测两滑环之间的电阻，应符合拄术标准。若阻值为“”，则说明断路；若阻值过小，则说明短路。一般阻值约为3.56,万用表的红黑两支表笔分别压在两个滑环上,测量电阻值为无穷大，则说明磁场绕组断路 ；偏小，则说明磁场绕组匝间存在短路,R1欧挡,2.转子绕组搭铁检查,检查转子绕组与铁心(或转子轴)之间的绝缘情况。用万用表导通档检测两滑环与铁心(或转子轴)之间的导通情况。若为零且表发出响声，说明有搭铁故障，正常应为“”,万用表的红黑两支表笔分别压在滑环和壳体上,万用表上的数字应不变，否则说明磁场绕组有搭铁故障,R10K欧挡,二、定子的检查,1.定子绕组短路与断路的检查,用数字万用表的低电阻档位检测定子绕组三个接线端，两两相测。正常值时，阻值小于1且相等。阻值为“”，说明断路；阻值为零，说明短路。,万用表的红黑两支表笔一支压放在中性点N上另一支分别放在三相绕组U、V、W端上,测量电阻值为无穷大，则说明定子绕组断路,R1欧挡,2.定于绕组搭铁检查,检查定子绕组与定子铁心间绝缘情况。用数字万用表导通档测定子绕组接线端与铁心间的电阻，若电阻过小(表内发出响声)，说明有绝缘不良故障。正常应指示“”。,将万用表的红黑两支表笔一支压放在中性点N上另一支放在定子壳体上,万用表上的数字应不变，否则说明三相绕组有搭铁故障,R10K欧挡,三、整流器的检查,红表笔放负极,注：两支表笔分别压在负二极管的极板和二极管引线端上，然后更换表笔再测量。若一次导通一次导不通则正常；若两次测量都不导通，则说明二极管断路。若两次测量都导通，说明此二极管被击穿 。 正向电阻810，反向电阻应为无穷大,红表笔放正极,第六节 电压调节器,电压调节器功用: 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。,一、电压调节器的分类,交流发电机电压调节器按工作原理可分为：,触点式（电磁振动式）电压调节器 电子式电压调节器（晶体管式、集成电路（IC）式） 电脑控制式,内搭铁型电子调节器：适配于与内搭铁型交流发电机； 外搭铁型调节器：配于与外搭铁型交流发电机。,电子调节器按所匹配的交流发电机搭铁型式可分为：,晶体管电压调节器,集成电路电压调节器,各种型式调节器外形图,二、电压调节器的调压原理,由交流发电机的工作原理我们知道，交流发电机的三相绕组产生的相电动势的有效值： E= Cen（V） Ce为发电机的结构常数， n 为转子转速， 为转子磁极的磁通， 也就是说交流发电机所产生的感应电动势与转子转速和磁极磁通成正比。,E（不变） = Cen E（不变） = Ce n 转速n是随发动机转速变化的，无法控制； 我们可以控制磁通 使之随n的变化作相应的变化来保持发电机电动势E的不变； 方法是：当交流发电机的转速升高时，通过减小发电机的励磁电流If来减小磁通，使发电机电动势E保持不变。 当交流发电机的转速升高时，调节器通过减小发电机的励磁电流If来减小磁通，使发电机的输出电压UB保持不变。 电子式调节器就是利用大功率三极管的导通和截止，接通和断开磁场电路，来改变磁场电流If大小。,三、电压调节器的工作原理,1.触点式电压调节器,K打开时，励磁绕组中产生很高的自感电动势，该自感电流经VD、Q1、励磁绕组构成回路，起到了续流作用，保护了触点。与此同时，流过Q1和Q2的电流产生的电磁方向相反，产生退磁作用，可加速触点的闭合。另外，在触点两端通过Q1 ，并联一电容器用来吸收自感电动势，同时也减小了触点火花,单级触点式,双级触点式,静触点支架； 衔铁； 磁化线圈； 弹簧； 磁轭； 电刷； 滑环； 磁场绕组； 三相定子绕组； 10点火开关； 1 加速电阻（）； 2调节电阻（）； 3补偿电阻（）； 1 低速触点； 2 高速触点,晶体管式电压调节器,1）外搭铁型晶体管调节器 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,2.电子电压调节器,电阻R1和R2组成一个分压器 ，R1上得分压为：,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； 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； 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 。,外搭铁式电子节器的工作原理,（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) 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。,(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。,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。,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。 由于三极管VT2的状态转换（导通和截止）频率很高，所以配装电子调节器的发电机的输出电压上限U2和下限U1的差值很小，所以发电机的输出电压波动非常小，再加上电容的滤波，所以发电机的输出电压很稳定。,3-41,2）内搭铁式电子节器的工作原理,3、电子调节器的工作特性,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。 JF106型晶体管调节器的工作特性曲线如图所示。,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。,集成电路调节器也称IC调节器 IC调节器是根据使用要求，将若干元件集成到同一基片上制成一个独立的电子芯片所组成的调节器。 IC调节器体积小，装在发电机内部，在成整体式发电机。 集成电路调节器工作原理和晶体管调节器相同。,集成电路（IC）式电压调节器,夏利轿车IC调节器,集成电路调节器的检测电路,集成电路调节器，根据分压器（R1、R2)的连接不同，可分为两种检测电路： 1、蓄电池检测电路； 2、发电机