交流发电机及调节器.ppt

交流发电机及调节器 交流发电机及调节器 本章的任务 一 了解交流发电机的结构 工作原理和特性 二 掌握交流发电机的检测和试验方法 三 了解交流发电机输出电压是如何控制的 四 掌握电子调节器的工作原理和检测方法 五 掌握充电系的组成及电路 六 常见故障及诊断 排除 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 二 汽车用发电机的分类直流发电机和交流发电机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 三 交流发电机的电压调节器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 第二节发电机工作原理 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 Ce 4 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 0 t1瞬时 t1 t2瞬时 t2 t3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 四 交流发电机的励磁电路 1 机械式 2 电子调节器 内搭铁 3 电子调节器 外搭铁 第三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 二 定子 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3 5a 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3 5 三 整流器 整流器由整流板和硅二极管组成 三 整流器 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1 2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 1 输出特性试验 第四节交流发电机工作特性 输出特性曲线 2 空载特性曲线 3 外特性试验 外特性曲线 第五节交流发电机的其他结构型式 一 交流发电机分五类1 普通交流发电机 2 整体交流发电机 例 JFZ1913Z 奥迪 桑塔纳汽车用 3 带泵的交流发电机 例 JFB1712 4 无刷交流发电机 爪极式无刷交流发电机 5 永磁交流发电机 二 交流发电机结构按整流器分类1 8管交流发电机 2 9管交流发电机的整流器 3 11管交流发电机的整流器 交流发电机的性能指标 交流发电机的性能指标包括 一 额定电压二 空载转速三 额定电流四 额定转速 1 额定电压 在发动机正常转速下发电机应达到的输出电压称为发电机的额定电压 对12V系统 额定电压为14V 对24V系统 额定电压28V 2 空载转速 空载转速n1发电机达到额定电压 但输出电流为0时的转速 额定转速n2发电机达到额定电流时的转速 空载转速n1 额定转速n2是评价发电机性能的重要参数 3 额定电流 把发电机输出最大电流的2 3作为评价发电机的性能指标 称为额定电流 发电机达到额定电流时的转速定义为额定转速n2 几种国产发电机的主要性能指标 第六节交流发电机的检修 试验 一 整机测试1 检测各接柱之间的电阻2 试验台试验二 零部件检修1 转子的检修2 定子的检修3 整流器的检修4 电刷组件的检测 第七节电压调节器 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 1 交流发电机电压调节器按工作原理可分为 1 触点式 电磁振动式 电压调节器 1 交流发电机电压调节器按工作原理可分为 2 晶体管调节器 1 交流发电机电压调节器按工作原理可分为 3 集成电路调节器 4 数字调节器 2 电子调节器按所匹配的交流发电机搭铁型式可分为 1 内搭铁型电子调节器 适配于与内搭铁型交流发电机 2 外搭铁型调节器 适配于与外搭铁型交流发电机 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 Ce n 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 Ce n 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 一 晶体管调节器 1 外搭铁型晶体管调节器的基本电路三只电阻R1 R2 R3两只三极管VT1 VT2一只稳压二极管VS一只二极管VD组成 第八节电子调节器的工作原理 1 外搭铁型电子调节器的基本电路 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 2 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UR1 UW 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 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 JFT106调节器 第九节电子调节器应用举例 集成电路调节器 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 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 发电机检测电路 1 蓄电池检测电路 将蓄电池的电压直接加在R1 R2上 蓄电池检测电路的缺点 当发电机到蓄电池的连接断路或是信号线断路时 调节器将检测不到发电机的电压 而使发电机失控 2 发电机检测电路 将发电机的电压直接加在R1 R2上 发电机检测电路的优缺点 优点 可直接检测到发电机电压的高低 及时调节 缺点 如果发电机到蓄电池的连接有接触不良 会导致蓄电池充