交流发电机及调节器.ppt

第二章交流发电机与电压调节器 交流发电机作用回顾为什么需要电压调节器为什么需要整流为什么不需要电流调节器 第一节交流发电机的构造第二节交流发电机的工作原理第三节交流发电机的特性第四节触点式电压调节器第五节电子电压调节器第六节其他类型的交流发电机第七节交流发电机及整流器的检修 本章内容介绍 转子磁极部分 产生旋转磁场定子 电枢 产生三相交流电由铁芯 三相绕组构成端盖支撑转子 安装和封闭内部构件由前后端盖构成 第一节交流发电机的构造 风扇散热驱动带轮将发动机转矩通过皮带轮带动转子旋转电刷和电刷架装在后端盖上 引入激磁电流 交流发电机的构造图 后端盖 负极管 正极管 散热板 电刷架 电刷 转子 定子 前端盖 风扇 驱动带轮 作用 产生旋转磁场结构 滑环 将直流电源接入激磁绕组一端与电刷相接 一端与激磁绕组相连转轴 带动转子旋转爪形磁极 形成多对磁极激磁绕组 通以电流后产生磁场磁轭 形成磁通路 转子 图3 3交流发电机的转子总成 图3 4交流发电机转子分解图 转子 图3 5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 定子作用 产生三相交流电定子的结构定子铁芯定子三相绕组定子三相绕组的连接星形连接三角形连接 定子 定子 定子 发电机定子铁芯由导磁良好的硅钢片叠成 在铁芯内圆均匀分布着36个槽 用来嵌放定子线圈 在定子槽内嵌放着定子线圈 有多种绕法组成三相绕组 以产生三相交流电 定子中三相绕组的绕法要求1 在三相绕组中产生大小相等 频率相同的电动势每相绕组线圈个数 每个线圈的匝数和每个线圈的节距都完全相等 节距 每个线圈的两个有效边之间所间隔的定子槽数 Y 极距 相邻两异性磁极中心线之间的槽数 整距 是指同一个线圈的两个有效边所跨的电磁距离正好为一个极距 要求2 三相绕组产生相位相差1200的对称电动势三相绕组的起端或末端在定子槽内的排列 必须相隔1200电度角磁极对数P 6 定子槽数z 36 定子每一槽距的电度角a之间存在的关系 图3 6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 作用 将三相交流电变为直流构成散热板后端盖二极管二极管正极管 接线柱为正 外壳为负 壳底红色标记 负极管 接线柱为负 外壳为正 壳底黑色标记 整流器 压装在与机壳绝缘的元件板上 散热板与后端盖上的 磁场 称为 B 或 十 F 接线柱相连 是发电机的正极端子 压装在另一元件板 或后端盖 上 与后端盖的 搭铁 E 相连 是发电机的负极端子 整流桥 皮带轮 调节器 端盖作用 支撑转子 安装和封闭内部构件结构 驱动端盖 前端盖整流端盖 后端盖风扇通风使电机散热皮带轮将发动机转矩通过皮带轮带动转子旋转 交流发电机的其他部分 皮带轮 铝合金制成 漏磁小 重量轻 散热性能好 电刷和电刷架装在后端盖上 引入磁场电流 1 内搭铁型交流发电机励磁绕组的一端经负电刷 E 引出后和后端盖直接相连 直接搭铁 的发电机 2 外搭铁型交流发电机励磁绕组的两端 F和E 均和端盖绝缘的发电机称为外搭铁型交流发电机 标记为F1和F2 a 内搭铁型交流发电机b 外搭铁型交流发电机图3 10交流发电机的搭铁型式 电刷和外电路的连接型式 举例说明 JF152 JFZ1913Z 交流发电机的型号 JFJFZJFBJFW 6 1 2 一 交流发电机的发电原理基本原理过程转子感应线圈通以电流 产生磁场发动机带动转子转动 形成旋转磁场导致定子线圈切割磁力线在定子线圈中产生感应电动势 第三节交流发电机的工作原理 交流电动势的变化频率f和转速 磁极对数成正比式中p 磁极对数n 发电机转速 r min 在交流发电机中 由于转子磁极呈鸟嘴形 其磁场的分布近似正弦规律 所以交流电动势的波形也近似正弦规律 如果发电机定子的三相绕组是对称绕制的则产生的三相电动势也是对称的 定子3相绕组感生电动势的大小 二 交流发电机的激磁方式供给转子激磁绕组电流 让转子产生足够磁场的方式 他激方式 发电机开始发电时 其电压低于蓄电池电压 由蓄电池给转子提供激磁电流 产生磁场 自激方式 发电机电压输出额定电压时 发电机自身提供激磁电流给转子 产生磁场 三 交流发电机的整流原理二极管的单向导电性三相桥式整流电路图 D1 D3 D5的导通情况D2 D4 D6的导通情况 图3 12交流发电机整流原理a 整流电路图b 三相绕组电压波形图c 整流后发电机输出波形图 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 汽车用硅整流二极管特点 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 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 只有一根引线 引出电极 根据引出电极的不同分为正二极管和负二极管 几种电压及其大小相电压 线电压 发电机直流输出电压 二极管能承受最高反向电压 中性点接线柱直流电压 流过每个二极管的平均电流与负载电流的关系 I为负载电流 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 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 图3 15交流发电机中性点电压波形图 输出特性定义u恒定时 f I n 输出特性曲线交流发电机不需要电流调节器 交流发电机特性 为何交流发电机不需要电流调节器 空载转速 满载转速 交流发电机的自身限流原理 定子阻抗 电枢反应 当转速很大时 定子线圈电阻可忽略 因此 定子阻抗随转子转速增大而增大 使整个电路的阻抗增大 因此电流减小 在发电机中两种磁场 转子旋转磁场 感应磁场 感应磁场方向与转子磁场方向相反 限制在定子中产生的感应电动势的大小 空载特性空载特性曲线 发电机不带负载时 发电机的端电压和转速之间的关系 空载转速之前 他激 空载转速之后 自激且向蓄电池充电 汽车发电机的选配 1 计算车辆电器总负载 2 确定车辆常时工作时的负载 3 计算发动机在怠速情况下电机的输出功率 4 计算车辆在几个不同速度下电机的输出功率 5 确保电机能够承受车辆在过载情况下的电器负荷 即选配电机时应该留有一定量的安全余度 6 在特殊应用情况下应考虑电机的输出是否满足电器要求 如在怠速情况下是否可以给空调及车辆照明灯供电 根据以上结果对照电机输出特性曲组选择相应的电机并确定传动比 外特性n 常数 u f I 外特性曲线特点 转速对电压影响大 转速越高 电压 电流越大 输出功率越大 负载对电压影响大 转速一定 输出功率一定 电流与电压成反比 电流随负载变化而变化 引起电压变化 交流发电机必须有电压调节器 一 电压调节原理 第五节交流发电机调节器 交流发电机输出电压与定子感应电动势成正比感应电动势的计算公式电压调节器通过调节输入到转子线圈中的激磁电流的大小 来调节磁通量的大小 从而调节输出电压的大小 二 电压调节方式连续作用的调节器 激磁电流的改变是连续的脉宽调制式调节器 激磁电流的改变是跳跃性的 三 交流发电机调节器的分类触点式电压调节器电子电压调节器 1 触点式电压调节器特点分类 按触点对数 单极式双极式 2 电子电压调节器特点分类按结构形式晶体管式集成电路式 按搭铁形式内搭铁式 晶体管串联在调节器电源端子 与磁场绕组端子 F 间外搭铁式 晶体管串联在调节器磁场绕组端子 F 与搭铁端子 间 3 电脑控制调节器电脑控制调节器是现在轿车采用的一种新型调节器 由电负载检测仪测量系统总负载后 向发电机电脑发送信号 然后由发动机电脑控制发电机电压调节器 适时地接通和断开磁场电路 即能可靠地保证电器系统正常工作 使蓄电池充电充足 又能减轻发动机负荷 提高燃料经济性 如上海别克 广州本田等轿车发电机上使用了这种调节器 通过调节激磁电流回路电阻 连续式 双触点电压调节器 触点式电压调节器 国产FT61型电压调节器 双触点 结构工作过程 单极电压调节器的灭弧过程 FT111型单极触点电压调节器 吸收电容C 续流二极管D 扼流圈L 脉宽调制式调节方式无触点调节器电子电压调节器的优点结构简单 工作可靠 故障少对无线电设备干扰少使用寿命长调节精度高 电子电压调节器 基本构成开关控制部分 分压电路 信号检出部分 第一级开关电路 电子开关部分 第二级开关电路 辅助元件及电路 晶体管调节器 外搭铁型晶体管电压调节器 信号检出部分 外搭铁式调节器工作原理 开关控制部分 电子开关部分工作过程 JFT126 246型晶体管调节器 其他电器的辅助功能V1与V2为复合管VD1与VD2串接且为负温度系数VD3提高工作可靠性VD4续流二极管VD5保护电路各电子元件Cl滤波电容C2 R5减小管子的功耗 JFT126 246型晶体管调节器 交流发电机电压检测法检测点的电压与发电机的端电压成正比蓄电池电压检测法检测点的电压与蓄池电压成正比 集成电路调节器 检测点P点电压 发电机电压检测法 检测点P加到稳压管VD1两端的反向电压与发电机的端电压UB成正比 优缺点省去信号输入线当发电机到蓄电池的电路上压降损失较大时 会导致蓄电池的端电压偏低而引起蓄电池充电不足大功率发电机多采用蓄电池电压检测法 使蓄电池电压得以保证 缺点 蓄电池电压检测法 当B BAT或者S BAT之间线路断开时 就检测不到发电机电压 使发电机电压失控 P点电压与蓄电池电压成正比 交流发电机类型 第七节其他类型交流发电机 按总体结构分 1 普通交流发电机 无特殊装置 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安装在发电机内部 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 4 无刷交流发电机 不需要电刷 5 永磁交流发电机 转子磁极为永磁铁制成 图3 19交流发电机结构外型a JF1522A型交流发电机b 捷达JFZ1813型交流发电机c JFB1712型交流发电机 图3 23桑塔纳轿车用整体式外搭铁型11管发电机电路原理图1 交流发电机2 电压调节器3 调节器的传感器 按整流器结构分 1 6管交流发电机 例JF1522 东风汽车用 2 8管交流发电机 例JFZ1542 天津夏利汽车用 3 9管交流发电机 例 日立 三凌 马自达汽车用 4 11管交流发电机 例JFZ1913Z 奥迪 桑塔纳用 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 注意 交流发电机搭铁型式不同 所配用的调节器及接线方法不同 充电系故障检查方法也不同 使用时应予注意 否则发电机不发电 调节器不工作 组成 6只组成三相全波桥式整流电路 2只是中性点二极管 对中性点电压进行全波整流 8管交流发电机 加装中性点二极管的交流发电机在结构不变的情况下可以提高发电机的功率10 15 中性点二极管提高发电机功率的原理 中性点电压瞬时值高于三相绕组的最高值时中性点电压瞬时值低于三相绕组的最低值时中性点参与了对外输出 所以能提高输出功率 组成6只大功率整流二极管 三相全波桥式整流电路 对外负载供电3只小功率励磁二极管 与三只大功率负极管也组成三相全波桥式整流电路专门为发电机磁场供电 充电指示灯 9管交流发电机 组成8只大功率整流二极管 其中2只中性点二极管 3只磁场二极管 11管交流发电机 注意励磁电路以及充电电路 2 充电指示灯电路 充电指示灯作用 指示发电机是否有故障 警告驾驶员停车后关断点火开关 3 充电指示灯的工作原理 当点火开关接通时 发电机未发电 由蓄电池供给磁场电流 此时充电指示灯亮 表示蓄电池放电 发电机他励 当发动机启动后 转速升高到怠速及其以上时 发电机应能正常发电并对外输出 此时 磁场电流由发电机供给 发电机自励发电 若没有熄灭 说明发电机不发电或充电指示灯电路有故障 发电机熄火后 由于发电机不再发电 如果没有关断点火开关 蓄电池会通过磁场电路向励磁绕组放电 充电指示灯会再次发亮 可提醒驾驶员关断点火开关 避免蓄电池放电时间过长烧坏励磁绕组和引起蓄电池亏电 结构 没有电刷和集电环类型爪极式激磁机式永磁式优点不会因为电刷及滑环的磨损和接触不良造成励磁不稳定或发电机不发电等故障工作时无火花 减小了无线电干扰 无刷交流发电机 图3 24爪极式无刷交流发电机的结构1 外型2 后轴承3 防护罩4 整流器5 壳体6 定子7 磁轭8 励磁绕组接头9 励磁绕组10 爪极11 前端盖12 风扇13 带轮 爪极式无刷交流发电机的结构及工作原理 爪极式无刷交流发电机的特点优点 结构简单 维护方便 工作可靠 不存在电刷与滑环接触不良导致的发电不稳或不发电故障 缺点 爪极间连接工艺困难 由于磁路中间隙加大 发电机相同输出功率下需加大励磁电流 额定电压交流发电机的电压受电压调节器控制 一般比较稳定 只是在发动机启动阶段略有变化 正常情况下 发动机达到怠速转速时 发电机的输出电压应能达到一个稳定值 这个电压值称为发电机的额定电压空载转速交流发电机不带负载 能够达到额定电压时的初始转速值