任务1：发电机结构原理ppt课件.ppt

项目 发电机构造与原理 发电机拆装目录发电机构造发电机工作原理发电机特性发电机调节器 发电机拆装内容概述发电机组成讲述交流发电机组成及其相应的类别和工作特性 发电机原理讲述电工学基础概念 如发电原理 三相交流电流产生 直流电流产生 励磁方式 发电机特性理解发电机的输出特性 空载特性及外特性 调节器讲述调节器的识别及原理 蓄电池的电能是有限的 不可能满足汽车连续供电的要求 尤其是现代汽车普遍加装了音响娱乐和通讯等系统 使得电气负荷越来越大 因此 汽车上必须配备充电系统 既要给蓄电池充电 又要给车载电器供电 下述问题的谈论焦点是什么 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 概述 5 发电机的分类 概述 6 交流发电机的型号 QC T73 93 汽车电器设备产品型号编制方法 1 产品代号用中文字母表示 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 概述 7 第一节发电机构造 视频 8 一 转子 转子的功用是产生旋转磁场 转子由爪极 磁轭 磁场绕组 集电环 转子轴组成 视频 9 二 定子 定子的功用是产生交流电 定子由定子铁心和定子绕组成 定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成 定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中 定子绕组有三相 三相绕组采用星形接法或三角形 大功率 接法 都能产生三相交流电 三相绕组的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 10 1 三相电枢的绕制 1 每相绕组的线圈个数 线圈的节距与匝数 必须完全相等 2 三相绕组的首端在定子槽内的排列必须相隔120 的电角度 例 JF11型三相交流发电机 6对磁极 36个定子槽 每相占有槽数36 3 12 每对磁极对应槽数36 6 6 每相的线圈个数 磁极对数 6 每个线圈两个有效边 放在两个定子槽内 分别对准N S极 转子每转过一对磁极 6个槽 定子中的感应电动势变化一个周期 即360 电角度 故每个槽对应60 电角度 因此各相绕组首端之间的间距应为2 3n个槽 每个线圈两个有效边之间的定子槽数 叫做定子节距 相邻两异性磁极中心线之间的槽数成为极距 11 JF11交流发电机的三相绕组绕制 12 N S N S 1 4 7 10 3 6 9 13 2 三相电枢的连接方法 定子三相绕组的接法有两种星形接法三角形接法 14 三 整流器 交流发电机整流器的作用是将定子绕组的三相交流电变为直流电由6只硅整流二极管组成三相全波桥式整流电路6只整流管分别压装 或焊装 在两块板上 15 四 端盖 端盖一般分两部分 前端盖和后端盖 起固定转子 定子 整流器和电刷组件的作用 端盖一般用铝合金铸造 一是可有效的防止漏磁 二是铝合金散热性能好 后端盖上装有电刷组件 有电刷 电刷架和电刷弹簧组成 电刷的作用是将电源通过集电环引入磁场绕组 16 五 风扇与皮带轮 风扇及皮带轮实物如图所示 交流发电机的前端装有皮带轮 由发动机通过风扇传动带驱动发电机旋转 在皮带轮的后面装有叶片式风扇 前后端盖上分别有出风口和进风口 当发动机带动发电机高速旋转时 可使空气流经发电机内部 对发电机进行冷却 17 按结构形式分 晶体管式 集成电路调节器 按安装方式分 外装式 内装式 按搭铁形式分 内搭铁式 外搭铁式 按功能的多少 单功能型 多功能型 电子式电压调节器利用三极管的开关特性 在发电机转速变化时 通过改变励磁绕组电路的接通和断开的时间比来调节励磁电路的平均电流 六 电子调节器 18 一 三相电动势的产生 二 整流原理 四 发电机的励磁 第二节发电机的工作原理 三 中性点电压 五 其它形式的硅整流发电机 19 一 三相电动势的产生 1 在发电机内部有一个由发动机带动转子 旋转磁场 2 磁场外有一个定子绕组 绕组有3组线圈 3相绕组 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切割磁力线 或者说使电枢绕组中通过的磁通量发生变化 而产生电动势 20 其中 Em 每相电动势的最大值 电角速度f 交流电动势的频率 f pn 60p 磁极对数n 发电机转速 r min E 每相电动势的有效值 E 4 44k mfNE m n 21 3 2 1交流发电机发电原理 2 三相交流发电机的感应电动势瞬时值表达式 式中 每相电动势的最大值 每相电动势的有效值 电角速度 3 2 1交流发电机发电原理 3 定子每相电动势的有效值的表示式中 绕组系数 和发电机定子绕组的绕线方式有关 每相绕组的匝数 单位 匝 频率 单位 Hz 每极磁通 单位 Wb 电机结构常数 称为相电动势 由此可见 当交流发电机结构一定时 结构常数不变 相电动势和发电机转速 磁通成正比 发电机输出电压的平均值 U 1 35UAB 2 34U 星形连接 式中 UAB 线电压的有效值U 相电压的有效值 以每只硅二极管为研究对象 1 平均电流 2 承受的最高反向电压 1 2 二 整流原理 1 二极管的导通原则当三只二极管负极端相连时 正极端电位最高者导通 当三只二极管正极端相连时 负极端电位最低者导通 在某瞬时 只有电压最高一相的正极管和电压最低一相的负极管导通 2 整流过程3 发电机输出的直流电压平均值为 U 2 34U 25 整流过程 26 三 中性点电压 中性点是三相绕组的末端交点 其输出电压称为中性点电压 标记为UN 中性点的直流电压等于发电机输出电压的一半 中性点瞬时电压为三相基波电压经半波整流得到的直流分量和三次谐波交流分量的叠加 中性点电压常用来控制各种功能继电器 磁场继电器 充电指示灯继电器等 27 四 发电机的励磁 将电源引入到磁场绕组使之产生磁场称为励磁 交流发电机励磁方式有自励和他励两种 1 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 这种励磁方式称为他励 2 自励随着转速的提高 当发电机的电动势升高到能对外供电时 一般怠速时发电机就能对外供电了 就可以把自身发的电供给磁场绕组生磁发电 这种励磁方式称为自励 28 交流发电机的励磁电路 外搭铁式 内搭铁式 29 五 其它形式的硅整流发电机 8管硅整流发电机 9管硅整流发电机 11管硅整流发电机 无刷硅整流发电机 带泵硅整流发电机 其它硅整流发电机 30 8管交流发电机 8只硅整流二极管 其中6只组成三相全波桥式整流电路 另2只中性点二极管 正极管接在中性点和正极之间 负极管接在中性点和负极之间 中性点瞬时电压为三相基波电压经半波整流得到的直流分量和三次谐波交流分量的叠加 随着发电机转速的提高 中性点三次谐波电压也升高 31 9管交流发电机 9管交流发电机的整流器是由6只大功率整流二极管和3只小功率励磁二极管组成的交流发电机 32 充电指示灯电路 1 充电指示灯的作用 指示发电机是否有故障 警告驾驶员停车后关断点火开关 2 充电指示灯的工作情况如下 在发动机起动期间 发电机电压UD 蓄电池电压时 整流二极管截止 发电机不能对外输出 由蓄电池供给磁场电流 充电指示灯亮 当发动机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 发电机电压 蓄电池电压 发电机自励 UB UD 充电指示灯两端压降为零 灯熄灭 若没有熄灭 说明发电机有故障 充电指示灯在发动机停转而点火开关仍处于接通位置时发亮 可以提醒司机及时关闭点火开关 33 11管交流发电机 34 无刷硅整流发电机 爪极式无刷硅整流发电机 永磁式无刷硅整流发电机 35 感应子式交流发电机 感应子式交流发电机也是一种无电刷交流发电机 由定子 转子 整流器和机壳组成 它的转子是由齿轮状钢片铆成 其上有若于个沿圆周均匀分布的齿形凸极 而没有磁场绕组 磁场绕组和电枢绕组均安放在定子槽中 36 第三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 37 一 空载特性 发电机空载时 其端电压随转速变化的关系 即I 0时 U f n 的曲线 U 2 34U U 4 44k mfNf pn 60 m n 漏磁 n达到一定值时 磁路饱和 m不再变化 曲线由弯变直 38 二 输出特性 输出特性是指在发电机端电压U不变时 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 1 空载转速n1当发电机能对外输出电流时的最小转速为n1 称为空载转速 2 额定转速发电机达到额定功率 或电流 时的转速称为额定转速n2 空载转速和额定转速是发电机的主要性能指标 在产品说明书中均有规定 使用中只要测得这两个数据 与规定值相比即可判断发电机性能是否良好 39 交流发电机自我限流的原理 1 定子电流增加 电枢反应增强 即定子电流产生的磁场对转子磁场产生了去磁作用 U 下降 2 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 由于XL 2 fL 与n成正比 因此 n XL Z 电源内阻抗压降增大 发电机端电压下降 发电机输出电流能力随转速的升高而增大 但当转速超过某一数值时 输出电流趋于某一稳定值 最大输出电流Imax 可见交流发电机自身具有限制输出电流防止过载的自我保护能力 两者共同作用的结果 使发电机的输出电流几乎不随负载电阻的减小或转速的增加而增大 40 三 外特性 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 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 41 第四节电压调节器 一 电压调节原理 二 电压调节器的分类 三 电压调节器的型号 四 电磁振动式调节器 五 电子调节器 42 一 电压调节原理 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 这里Ce为发电机的结构常数 n为转子转速 为转子的磁极磁通 也就是说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 当转速升高时 E 增大 输出端电压UB升高 当转速升高到一定值时 UB达到极限 欲使UB不再随转速升高而上升 只能通过减小磁通 来实现 又磁极磁通 与励磁电流If成正比 减小磁通 也就是减小励磁电流If 交流发电机调节器的工作原理是 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 43 二 电压调节器的分类 按结构特点和工作原理分 触点式调节器电子调节器 按安装方式分 外装式内装式 按搭铁型式分 内搭铁式外搭铁式 按搭铁型式分 蓄电池电压检测法发电机电压检测法 44 45 电路元件名称和作用 R1 R2为分压电阻 R3既是VT1的负载阻 又是VT2的偏置电阻 VS为稳压二极管 VD为续流二极管 VT1为小功率管 起放大分压信号的作用 VT2是开关管 起接通或断开发电机励磁线圈的作用 工作原理 若发电机输出电压较低 如13 5V 时 电源分压UR1使VS击穿 侧VT1导通 使得VT2截止 发电机无励磁电流 发电机便停止发电 上述过程反复进行 则发电机输出的电压能保持在12 13 5V之间 说明 R4 R5为负反馈电阻 主要起稳定工作点的作用 R5兼限流作用 L和R0是发电机模拟线圈及其等效电阻 集成电路调节器 F端子的作用 F点 50 51 52 发电机电压检测电路 分压器R1 R2从发电机输出端 D 端 得到电压 稳压管VS上的电压与发电机的输出电压成正比 优点 发电机到检测电路距离近 可不用导线连接 直接接在发电机输出端 连接可靠 缺点 当发电机到蓄电池之间连接电阻大时 充电电压会偏低 使蓄电池充电不足 53 蓄电池电压检测电路 分压器R1 R2从蓄电池输出端得到电压 稳压管VS上的电压和蓄电池端电压成正比 优点 直接检测蓄电池端电压来控制发电机的输出 可使蓄电池的充电电压有保证 当蓄电池和发电机之间的连接不可靠时 自动转为发电机电压检测 54 实时检测发电机的电压 电流对发电机输出电压进行精确控制 提高经济系 动力性 电脑控制型 具体车型分析 55 FR 此端点为开关管开关频率侦测点 供给车载ECU C 此端点为发电机电压控制端点 由车载ECU控制 当车载ECU侦测到汽车需要大功率工作时 比如汽车超高速 爬坡等 但用电设备除外 则使得C点为低电平 此时发电机输出电压为12 6左右 与电瓶电压相当 也就是此时汽车要停止发电机向外输出 用电设备全部由电瓶供电 引擎功率全部提供给汽车爬坡等 IG 由汽车钥匙控制 一般做为多功能调节器的工作电源 奥迪发电机控制方式 J533通过以下三个方面控制发电机的输出电压 控制发电机转子励磁绕组电流 增大或减小磁场 控制发电量 监测发电机励磁绕组供电电流 在车辆用电负荷