第四章交流发电机及调节器

第四章硅整流发电机及调节器 第二章交流发电机及调节器 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 第一节概述 交流发电机的分类按照调节器是否单独安装分 A 普通硅整流发电机 调节器单独安装 多用于中低档车型 如解放CA1092等 B 整体式硅整流发电机 调节器安装于发电机内部 广泛用于中高档车型 如奥迪轿车 详细分类 1 普通交流发电机 使用时需要在发电机外配装电压调节器的发电机 例JF132 EQ140用 2 整体式交流发电机 发电机和调节器制成一个整体的发电机 例别克轿车的发动机上装配的是CS型发电机 3 带泵交流发电机 和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起的发电机 例JFZB292发电机 4 无刷交流发电机 不需要电刷的发电机 例JFW1913 5 永磁交流发电机 磁极为永磁铁制成的发电机 按整流器结构分为四类 1 六管交流发电机例JF1522A CA141汽车用 2 八管交流发电机例JFZ1542 天津夏利TJ7100汽车用 3 九管交流发电机例 日本日产蓝鸟 德国奔驰Benz2026A汽车用 4 十一管交流发电机例JFZ1913Z 奥迪 桑塔纳 日本丰田皇冠汽车用 按磁场绕组搭铁形式分类 1 内搭铁型交流发电机磁场绕组的一端 负极 直接搭铁 和壳体相联 2 外搭铁型交流发电机磁场绕组的一端 负极 接入调节器 通过调节器后再搭铁 第二节交流发电机的构造 交流发电机的工作原理 交流发电机一般由转子 定子 皮带轮 风扇 整流器 前后端盖和电刷组件等部分组成 JF132型交流发电机组件图见图 第二节交流发电机的构造 一 转子1 功用 转子的功用是产生旋转磁场 第二节交流发电机的构造 2 组成 转子由爪极 磁轭 磁场绕组 集电环 转子轴组成 2 组成 1 转子轴上压装着两块低碳钢制成的爪极 两块爪极各有四至八个鸟嘴形磁极 国产多为六个 爪极空腔内装有磁场绕组 转子线圈 和导磁用的铁芯 磁轭 2 组成 2 集电环由两个彼此绝缘的铜环组成 集电环压装在转子轴上并与轴绝缘 两个集电环分别与磁场绕组的两端相连 并与装在后端盖内的两个电刷相接触 3 旋转磁场的产生当两集电环通入直流电时 通过电刷 磁场绕组中就有电流通过 并产生轴向磁通 使爪极一块被磁化为N极 另一块被磁化为S极 从而形成六对相互交错的磁极 当转子转动时 就形成了旋转的磁场 二 定子 电枢 1 功用 定子是用来产生交流电的 2 组成 定子由定子铁芯和定子绕组组成 1 定子铁芯由内圈带槽的硅钢片叠成 定子绕组的导线就嵌放在铁芯的槽中 2 定子绕组1 三相绕组采用星形接法或三角形接法 都能产生三相交流电 2 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 1 线圈个数 每个线圈的匝数 线圈大小相等 2 三相绕组的首端U V W在定子槽内的排列必须间隔120 电角度 相位差单位 3 定子三相绕组的不同接法特点 星形接法 发电机低速充电性能好 桑塔纳 奥迪等大多数轿车发电机采用 三角形接法 适于大功率发电机采用 神龙富康 北京切诺基等车发电机采用 三 整流器1 作用 将定子绕组的三相交流电变为直流电 2 组成 6管交流发电机的整流器是由6只硅整流二极管组成三相全波桥式整流电路 3 结构 6只整流管分别压装 或焊装 在两块板上 交流发电机整流器 整流器电路 1 分类 前端盖和后端盖 2 作用 固定转子 定子 整流器和电刷组件 3 材料 一般用铝合金铸造 一是可有效的防止漏磁 二是铝合金散热性能好 4 电刷组件 装在后端盖上 有电刷 电刷架和电刷弹簧组成 5 电刷作用是将电源通过集电环引入磁场绕组 四 端盖 交流发电机的端盖 2 电刷架材料 酚醛玻璃纤维塑料 模压 3 装配关系 两只电刷装在电刷架方孔内 有弹簧保持其与集电环接触良好 4 分类 外装式和内装式两种 电刷与电刷架 1 电刷1 作用 电刷与集电环接触 将直流电引入励磁绕组 2 材料 铜粉和石墨粉 模压 外搭铁型发电机 磁场绕组的两只电刷都和壳体绝缘的发电机 外搭铁型发电机的磁场绕组负极 负电刷 接调节器后再搭铁 5 磁场绕组的搭铁型式 内搭铁型发电机 磁场绕组负电刷直接搭铁的发电机 和壳体直接相连 交流发电机的滑环与电刷 2 风扇 1 作用 在发电机工作时强制进行抽风冷却 2 材料 一般用1 5mm钢板冲制或用铝合金压铸 五 带轮与风扇 1 带轮 1 作用 通过皮带将发动机的动力传给发电机 2 材料 类型与定位方法 由铸铁或铝合金制成 分单槽和双槽两种 与风扇共用一个半圆键和转子轴连接 用弹簧垫片和螺母紧固 交流发电机的风扇 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组成如下 1 产品代号产品代号用中文字母表示 例 JF 普通交流发电机JFZ 整体式 调节器内置 交流发电机JFB 带泵的交流发电机JFW 无刷交流发电机 2 电压等级代号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 3 电流等级代号电流等级代号用一位阿拉伯数字表示 1表示电流 19A6表示 60 69A2表示电流 20 29A7表示 70 79A3表示电流 30 39A8表示 80 89A4表示电流 40 49A9表示 90A5表示电流 50 59A 4 设计序号按产品的先后顺序 用阿拉伯数字表示 5 变形代号交流发电机以调整臂的位置作为变形代号 从驱动端看 Y表示调整臂位于右边 Z表示调整臂位于左边 调整臂在中间时不加标记 6 举例 桑塔纳 奥迪100型轿车所用的交流发电机代号为JFZ1913Z型 其含义为 电压等级为12V 输出电流大于90A 第十三代设计 调整臂位于左边的整体式交流发电机 一 发电机原理二 整流原理三 励磁方法 第三节硅整流发电机的工作原理 一 发电原理交流发电机产生交流电的基本原理是电磁感应原理 即利用产生磁场的转子旋转 使穿过定子绕组的磁通量发生变化 在定子绕组内产生感应电动势 第二节交流发电机的工作原理 一 发电原理1 发电原理 1 发动机带动发电机内部转子旋转 产生旋转磁场 2 磁场外发电机壳体 铁芯 上固定有3组线圈 3相定子绕组 3相绕组彼此相隔120 3 当转子旋转时 旋转的磁场使固定的电枢绕组中通过的磁通量发生变化 而在定子电枢绕组中产生三相感应电动势 单相交流发电机原理 三相交流发电机原理 二 整流原理1 交流发电机定子的三相绕组中 感应产生的是交流电 靠六只二极管组成的三相桥式整流电路变为直流电的 2 二极管具有单向导电性 当给二极管加上正向电压时 二极管导通 当给二极管加上反向电压时 二极管截止 3 二极管的导通原则如下 1 正极二极管因三只二极管负极端相连 故正极端电位最高者导通 2 负极二极管因三只二极管正极端相连 故负极端电位最低者导通 3 但一般地 同时导通的管子总是两个 正 负管子各一个 4 整流过程 整流过程演示 整流过程演示 5 整流结果三相桥式整流电路中二极管的依次循环导通 使得负载RL两端得到一个比较平稳的脉动直流电压 发电机输出的直流电压平均值为 U 1 35UL 2 34U 式中 UL 线电压 U 相电压 交流发电机的整流原理 6 中性点 1 概念 三相绕组的末端接到一起形成中性点 用N表示 2 中性点电压UN是通过三个搭铁的负极管整流后得到的直流电压 即三相半波整流 故UN U 2 3 中性点电压用途 一般用来控制各种用途的继电器 如磁场继电器 充电指示灯继电器等 三 发电机的励磁方式1 励磁 将电源引入到磁场绕组使之产生磁场的过程称为励磁 2 方式 交流发电机励磁方式有自励和他励两种 1 他励 交流发电机开始发电时 因三极管死区电压的存在 需先由蓄电池供给励磁电流 他励阶段 2 自励 当发电机电压达到蓄电池电压时 即由发电机自己供给励磁电流 即由他励转为自励 3 他励的优点 由蓄电池励磁可以较快进入自励状态 他励过程在发动机起动期间 需要蓄电池供给发电机磁场电流生磁使发电机发电 自励过程 随转速提高 发电机电动势逐渐升高并对外输出电能 一般怠速时发电机就能对外供电 当发电机能对外供电时 就可以把自身发的电供给磁场绕组生磁发电 八管交流发电机 如桑塔纳 奥迪 夏利车用 1 结构 与6管交流发电机的区别是整流器有8只硅整流二极管 其中6只组成三相全波桥式整流电路 还有2只与上述6只同型号的二极管是中性点二极管 其1只正极管接在中性点和正极之间 1只负极管接在中性点和负极 对中性点电压进行全波整流 第四节其他形式的硅整流发电机 八管交流发电机 八管交流发电机 交流发电机的工作特点 转速变化范围大 对于一般汽油发动机来说 其转速变化比约为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 A 输出特性B 空载特性C 外特性其中以输出特性最为重要 第五节硅整流发电机的工作特性 一 输出特性1 概念 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系列的定为28V 时 输出电流与转速之间的关系 即U 常数时 I f n 的函数关系 2 空载转速n1 1 发电机转速小于一定值n1时 对外输出电流为零 2 当发电机达到额定电压并能对外输出电流时的最小转速n1 称为空载转速 3 空载转速常用来作为测试发电机性能的参数之一 3 最大电流Imax发电机输出电流能力随转速的升高而增大 但曲线越来越平坦 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 且XL 2 fLf pn 60由于XL与n成正比 故发电机定子绕组的阻抗Z随发电机的转速升高而增加 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 可产生较大的内压降 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 4 额定转速n2与额定电流IA 1 额定转速 发电机达到额定电流时的转速称为额定转速 满载转速 2 额定电流 发电机额定电流一般为最大电流的70 75 3 意义 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 二 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I 0时 U f n 的曲线 如图 空载特性可判断发电机低速充电性能好坏 也可看出发电机输出电压是随发电机转速升高而增加 三 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 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 也可以看出 发电机输出电压随转速变化情况 一 电压调节器的工作原理1 电压调节器的功用在发电机转速变化时 自动控制发电机电压 使其保持恒定 防止发电机电压过高而烧坏用电设备和导致蓄电池过量充电 同时也防止发电机电压过低而导致用电设备工作失常和蓄电池充电不足 2 电压调节器的工作原理当发电机转速变化时 相应地改变每极磁通才能达到保持电压恒定的目的 而每极磁通的大小取决于发电机磁场电流If的大小 故在发电机转速变化时 只要自动调节发电机的磁场电流If便可使发电机输出电压保持恒定 第六节调节器概述 二 电压调节器的分类按工作原理可分为 1 电磁振动式电压调节器2 电子调节器 三极管 1 电磁振动式电压调节器 1 特点 触点振动频率慢 存在机械惯性和电磁惯性 电压调节精度低 触点易产生火花 对无线电干扰大 可靠性差 寿命短 2 按触点的对数分类 单级触点式 双级触点式 2 电子调节器 1 优点 三极管的开关频率高 且不产生火花 调节精度高 还具有重量轻 体积小 寿命长 可靠性高 电波干扰小等优点 2 调节电压方法 利用功率管的开关特性 使磁场电流接通与切断来调节磁场电流大小进而改变发电机输出电压 工作原理 触点式电压调节器通过触点开闭 接通和断开磁场电路 来改变磁场电流If大小 第七节电磁振动式调节器 双极电磁振动式调节器 单级电磁振动式调节器 目前国内外大多数汽车上 均装有充电指示灯 属于报警装置 用来监测充电系统的工作情况 一般情况下 当接通点火开关时 充电指示灯亮 而当发动机起动后 交流发电机正常工作时 充电指示灯熄灭 只有极个别的车型例外 如天津大发 因此 当发动机正常工作时 充电指示灯突然发亮 则表示充电系统有故障 提醒驾驶员注意及时维修 第八节充电指示灯电路 一 中性点控制充电指示继电器 拉达LADA2105轿车 二 利用磁场二极管输出电压控制充电指示继电器 九管或者11管硅整流发电机 优点 1 调节精度高 2 结构简单 工作可靠 故障少 3 使用中无需维修 4 能适应大功率发电机的要求 5 工作中不会产生火花 因而无线电干扰小 6 只要电子元器件质量可靠 电路设计合理 则寿命大大超过触点式调节器 第九节电子 晶体管 调节器 晶体三极管原理 一 电子调节器基本原理1 内搭铁式电子调节器基本电路组成 VT2 大功率晶体管 VT1 小功率晶体管 VS 稳压管 R1 R2 分压器 R3为VT1的负载电阻 2 外搭铁型晶体管调节器 二 JFT106型调节器 外搭铁型晶体管调节器 2 电路连接 接