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文档简介

.,第章充电系统,2,4,.概述,.工作原理,.交流()发电机,.交流()发电机主要部件,.交流()发电机电路,下一页,返回,.,第章充电系统,7,9,.交流发电机工作原理,.整流原理,.交流发电机的工作特性,.电压调节,.充电系统的新技术,上一页,返回,.,第章充电系统,.常见车型充电电路系统,上一页,返回,13,.充电系统的新技术,.小结,.,.概述,根据汽车的使用性能、使用条件、运行范围及蓄电池性能和局限性,汽车用的蓄电池不具备长时间给汽车用电设备及电气系统供电的能力,汽车除了具备蓄电池外还必须配备一套不单纯靠蓄电池供电的设备及系统,这就是充电系统,用来补充发动机运行中蓄电池消耗的电能。当发动机启动运转后,汽车上的用电设备、电气系统、电子系统所需的电能是由充电系统的发电机提供的,充电系统除了供电能还能将多余的电流输入蓄电池进行储存,如图所示。充电系统由如下部件组成:,下一页,返回,.概述,()蓄电池;()交流发电机;()传动皮带;()电压调节器;()充电指示器;()点火开关;()电缆和线束;()起动机继电器;()保险丝。,上一页,返回,.,.工作原理,如果用电量增加,蓄电池和发电机一起供应用电设备和电气系统所需的电流。发电机是充电系统最重要和最主要的部件,是汽车运行中的主要电源,担负着向启动系统之外所有用电设备供电和向蓄电池充电的任务。由于发电机是由发动机经传动带驱动旋转而发电的,当发动机转速变化时,发电机输出电压是变化的,为满足汽车用电设备电及向蓄电池充电的恒定电压要求,充电系统设有电压调节器。电压调节器通过调节发电机的励磁电流,保持发电机在转速和负荷变化时输出电压稳定。充电指示装置用于指示充电系统的工作情况,指示发电机是发电状况还是不发电状况,也直接指示蓄电池是处于充电还是放电状态。,下一页,返回,.,.工作原理,汽车用的发电机又称为硅整流发电机,其结构形式多种多样。柴油机配用的发电机常带有真空泵,称为带泵型发电机。若调节器置于发电机内,则称整体式发电机。按整流二极管的数量来分,有六管、八管、九管、十一管发电机;按励磁绕组搭铁方式不同,分为内搭铁式和外搭铁式两种。调节器在结构上分触点振动式和电子式两种,电子式调节器包括晶体管式和集成电路式两种,如调节器置于发电机内部时,称为内装式调节器。若调节器除控制发电机电压外,兼备控制充电指示灯、过电压保护、充电系统故障指示灯等功能,则称为多功能调节器。充电系统是一个完整的系统,对汽车电气系统所要求的负荷需求作出迅速响应。,上一页,下一页,返回,.,.工作原理,所有充电系统都采用电磁感应原理来发电,如图所示。电磁感应原理是:在导体和磁场之间运动,便会产生电压,产生的电压值受以下因素影响:导线穿过磁场的速度;磁场的强度;穿过磁场导线的数目。如图所示说明了电磁感应怎样产生交流电流。图为导线与磁场平行时,导线没有切割磁力线,导线产生的电压和电流均为零。当磁场顺时针方向转,磁场与导线呈直角(图)磁场旋转到该点时,在北极()处导线切割的磁力线最多,导线产生的电压和电流为正的最大值。当磁场再转,磁场反了方向而再次与导线平行(图),导线不切割磁力线,电压和电流降到零。,上一页,下一页,返回,.,.工作原理,当磁场再转,磁场上下颠倒(图),在南极()处导线切割的磁力线最多,导线产生的电压和电流为负的最大值。当磁场转完一圈,返回到与导线平行,电压和电流返回到零(图)。正弦波是由磁场和导线之间的角度决定的,它是基于角度的三角正弦函数,如图所示是磁场转一圈期间产生的正弦波形。在实际交流发电机中,转动磁场就是转动转子,这是由传动带带动旋转的,传动带的张紧度是可调整的,应定期检查,太松了,转速慢、效率低、不发电,太紧会加速轴承磨损,磁场(转子)转一圈单匝导线产生的正弦波称为单向电压。,上一页,返回,.,.交流()发电机,.交流发电机的分类交流()发电机称为硅整流发电机,由一台三相同步交流发电机和一套硅二极管整流器两大部分组成,如图所示。图交流发电机外形图发电机具有体积小、质量轻、结构简单、故障少、维修方便、使用寿命长、输出功率大、低速充电性能好、对无线电干扰小等特点,现代汽车广泛采用交流发电机。交流发电机的分类:,下一页,返回,.,.交流()发电机,.按磁场绕组的搭铁部位不同分类()内搭铁式:指交流发电机磁场绕组的一端直接搭铁,如东风型汽车用的型交流发电机,跃进系列汽车用的、型交流发电机就是采用内搭铁式。()外搭铁式:指交流发电机磁场绕组的一端通过调节器搭铁,如上海桑塔纳、捷达轿车用的和型、交流发电机就是采用此外搭铁式。,上一页,下一页,返回,.,.交流()发电机,.按总体结构不同分类()普通交流发电机:按基本配置装置的交流发电机称为普通交流发电机,如解放型载货车型交流发电机就属于此类型。()整体式交流发动机:内装电子调节器的交流发电机,如一汽奥迪、奥迪,捷达和上海桑塔纳系列轿车用的型、交流发电机就是采用此型。()带泵交流发电机:带真空转向助力泵的交流发电机,如仙游电机厂生产的型交流发电机,一般采用柴油发动机。()无刷交流发电机:无电刷和集流环机构的交流发电机,如型交流发电机。.按整流器结构不同分类,上一页,下一页,返回,.,.交流()发电机,()六管交流发电机:整流器由六只硅整流二极管组成三相桥式整流电路的交流发电机,如解放型载货汽车用的、型、交流发电机和天津华利(大发)微型客车用的型、交流发电机。()八管交流发电机:整流器总共有八只二极管,如天津夏利、,微型轿车用的、型、型交流发电机就多采用此型。,上一页,下一页,返回,.,.交流()发电机,()九管交流发电机:整流器总共有九只二极管,如日本尼桑公司的蓝鸟牌轿车用的型交流发电机。()十一管交流发电机:整流器总共有十一只二极管,如上海桑塔纳系列轿车用的、型、交流发电机,日本丰田、光冠轿车用的型、交流发电机就用此结构发电机。.按有无电刷分类()有电刷式交流发电机:根据电刷架的安装方式不同,又可分为外装式和内装式两种,外装式电刷架可以在发电机的外部拆装,而内装式电刷架不能直接在发电机外部进行拆装,需将发电机解体后才能拆下电刷架。,上一页,下一页,返回,.,.交流()发电机,()无刷式交流发电机:又可分为爪极式、感应式、带励磁极式和永磁式等几种。.按通风方式分类()单风叶式交流发电机:风叶安装在交流发电机的前端,风叶旋转产生的轴向空气流经发电机内部,对定子绕组进行冷却。()双风叶式交流发电机:在转子两端各装一个风叶,产生的是轴向和径向的两个方向的空气流。.交流发电机、调节器、蓄电池的连接如图所示是交流发电机、调节器、蓄电池的连接电路图。,上一页,返回,.,.交流()发电机主要部件,如图所示交流发电机的主要部件包括:.转子;.电刷;.定子;.整流器桥;.机体;.冷却风扇。,下一页,返回,.,.交流()发电机主要部件,.转子总成交流()发电机转子是交流发电机的磁场部分,作用是产生磁场,是驱动皮带带动旋转的部分,由转子轴、励磁绕组、铁芯、爪形磁极、磁轭、集电环等组成,如图所示。由低碳钢制成的两块爪形磁极,每块磁爪上各有个鸟嘴形磁极,两块磁爪相对、交错压装在转子轴上,形成对磁极。,上一页,下一页,返回,.,.交流()发电机主要部件,在其空腔内装有导磁用的磁轭(铁芯),磁轭上绕上用高强度漆包线绕制成的励磁绕组,励磁绕组的两根引线分别焊在两个压装在轴上与轴绝缘的集电环上,集电环与装在后端盖内的两个电刷相接触,两个电刷通过了引线分别接在两个螺钉接线柱上,这两个接线柱极为发电机的“”(磁场)接线柱和“”(搭铁)接线柱,当这两个接线柱与直流电源相接时,便有电流流过励磁绕组,从而产生了十二极磁场,使一块爪极被磁化为极,另一块为极,形成了相互交错的六对磁极,磁场强度取决于流经线圈的电流量以及绕组的数目。爪极的极性(南极或北极)视它邻接转子线圈哪端而定,用右手定则能确定哪边爪极是南极磁铁,哪边爪极是北极磁铁,装配成的转子环绕转子周围的极爪呈南()北()极交错排列,如图所示。,上一页,下一页,返回,.,.交流()发电机主要部件,极爪的这种交错排列,在相邻极爪之间的磁力线以相反的方向运动,如图所示。当转子旋转时,这种排列提供了若干个交变磁场供转子切割定子磁场,这些各自独立的磁场在静止的定子绕组中感应出电流。转子线圈的线头与线尾分别接至与转子轴绝缘的两个滑环,滑环的功能是换向器,当点火开关接通时,激磁电流便流过转子线圈,如图所示。激磁电流的流向为:绝缘的固定炭刷其中一个滑环转子线圈的线头(或线尾)转子线圈转子线圈的线尾(或线头)另一个滑环搭铁的炭刷或流到一个电压调节器。,上一页,下一页,返回,.,.交流()发电机主要部件,无刷式交流发电机转子的励磁绕组是静止的,因此励磁绕组的两端可直接引到发电机端盖得接线端子上,从而省去集电环和炭刷,无刷式交流发电机的结构如图所示。其特点是励磁绕组装在电机中部的磁轭托架上,磁轭托架用螺栓固定在发电机后端盖上。这样,尽管磁极转动,励磁绕组并不转动,两爪极中,只有一爪极直接固定在转子轴上,另一爪极用非导磁材料将其与轴上爪极固定在一起,当皮带轮带动转子轴旋转时,轴上爪极就带动另一爪极一同在定子内转动。固定两爪极常用的方法有:用非导磁连接环固定或用铜焊接。无刷硅整流发电机的突出优点是结构简单,维护方便,工作可靠;缺点是两块爪极间的连接工艺困难,此外由于主磁路中多了两个附加气隙,增加了磁场的损耗,所以在输出功率相同的情况下,励磁绕组的励磁电流比有刷式要大些。,上一页,下一页,返回,.,.交流()发电机主要部件,.炭刷转子线圈通过一副骑在滑环上的炭刷得到激磁电流,炭刷与滑环成为固定部件和旋转部件之间提供一种维持电的连续性之连接件。炭刷装在炭刷架内,炭刷骑在滑环表面并借助炭刷架提供的弹簧力而紧贴着滑环表面,与滑环保持良好接触。交流发电机的炭刷传输激磁电流,转子上的励磁绕组得到电流后才得旋转磁场。由于传输的电流不大,因而炭刷使用寿命较长。目前国产电刷与电刷架的结构有外装式和内装式两种。外装式是指电刷的拆装在发电机的外部进行,此种形式方便检修,采用较多。,上一页,下一页,返回,.,.交流()发电机主要部件,内装式是指电刷不能直接在发电机外部进行拆装,需将发电机解体后才能拆下。电刷有两个,其中一个为绝缘电刷,其引线接到发电机后端盖外部的接线柱“”上,成为发电机的磁场接线柱,另一个电刷是搭铁的,称为搭铁电刷,搭铁电刷有内搭铁和外搭铁两种搭铁方式,搭铁电刷的引出线用螺钉直接固定在后端盖上(标记“”)此方式称为内搭铁,搭铁电刷的引出线与机壳绝缘接到后端盖外部的接线柱上(标记“”),这种方式称为外搭铁,如图所示。.定子总成,上一页,下一页,返回,.,.交流()发电机主要部件,定子总成也称为电枢,作用是产生三交变电动势,由定子铁芯和定子绕组组成。定子铁芯一般由一组相互绝缘且内圆带有嵌线槽的环形硅钢片或低碳钢片叠成,定子槽内嵌有三相对称绕组,绕组是用高强度漆包线在专用模具上绕制的。为了在三相绕组中产生大小相等、频率相同、相位相差的对称电动势,每相绕组的线圈个数及每个线圈的匝数都是完全相同,绕组嵌入叠片构成的环形铁芯的槽内,如图所示。三相绕组交替地和重叠地穿过铁芯如图所示。为了产生所需的相位角,重叠是必要的,转子装配到定子里面,转子和定子之间留有小的间隙(大约.)。,上一页,下一页,返回,.,.交流()发电机主要部件,此间隙有两大作用:一是可供转子得以在定子内旋转,切割磁力线,二是使转子的磁场能同时激励定子所有绕组而使磁力达到最大值。每相绕组有两根线头,第一个线头供电流进入绕组,第二个线头是供电流流出绕组。线头的接法有两种方法,第一种方法是星形接法,如图所示,即每相绕组的首端分别与整流器的硅二极管相接,每相绕组的尾端接在一起,形成中性点(),呈形连接,故也称为形接法。星形接法有低速、发电性能好的点,故应用比较广泛。,上一页,下一页,返回,.,.交流()发电机主要部件,第二种方法是三角形接法,将三相绕组的首尾线头彼此相接,形成三角形,如图所示。三角形接法的优点是发电机内部损失小,在高转速时能产生较大的输出电流。因而主要用在高转速时要求有高输出功率的交流发电机上,其缺点是低转速时输出电压较低。在星形接法或三角形接法连接定子绕组中,每一个绕组占用定子的三分之一,或圆周的,随着转子在定子内旋转,定子的每个线圈以不同的相位发出电压,其结果产生如图所示重叠正弦波,每个正弦波在一个周期中的任一时刻处于不同的相位,结果是定子的输出被分成三相,这就是三相正弦交流电流。,上一页,下一页,返回,.,.交流()发电机主要部件,.整流器汽车蓄电池和电气系统不能接受和储存交流电压,汽车用电设备所用电流是直流电流,为了使汽车的电气设备和电气系统能用交流发电机的电压和电流,需要将交流电转换为直流电,这个转换过程称为整流。而交流发电机的换向器不能将交流电整流成直流电,原因是交流发电机的定子是不动的,不能改变电流为直流,只能以二极管整流器桥(如图所示)来改变交流发电机的电流。二极管整流桥如同一单向止回阀,几个二极管将电流来回变换,一致的使来自交流发电机发出的电流只能以一个方向流动,在交流电流换向时反流即反相时,二极管截止没有电流通过,如果交流电流通过一个正偏置的二极管.,上一页,下一页,返回,.,.交流()发电机主要部件,那么正半周的电流可以通过而负半周的电流被截止,其结果波形模式如图所示,交流电流变成了脉动的直流电流,这个过程称为半波整流整流的元件合称为整流器,整流器的作用是把三相同步交流发电机产生的交流电转成直流电输出。交流发电机每相定子绕组用一对二极管,总共使用个二极管,如图所示,接成三相桥式全波整流电路,其中三个二极管是正偏并被安装在散热片板以散热,剩下的三个二极管是负偏的直接安装在交流发电机的外壳,通过使用一组批次相反偏置的二极管达到交流正弦波正、负半波都整流,如图所示。,上一页,下一页,返回,.,.交流()发电机主要部件,负偏置的二极管为交流正弦波负半波的电流导通并将电流送入电路创造条件,二极管整流将负的电流变化为正的电流输出。这个把正弦波两半周期转换成直流电压的过程叫做全波过程。由于每相定子绕组接一对二极管,整流后的电压合成波形如图所示。转子每转发出个正、负峰值,每个周期变成个重叠地电压波形。电压在每一个周期期间只是轻微的变化。以上简述的交流发电机都是三相绕组的定子,以一对极爪的转子为例进行介绍,大多数交流发电机用了极爪(对)或极爪(对)的转子,转子每旋转一转,每对极爪使每相定子绕组产生一个完整的正弦波,在一转期间,极转子会产生个正弦波,定子有三相绕组.,上一页,下一页,返回,.,.交流()发电机主要部件,转子在定子中产生了个重叠的正弦波电压,极转子每转一圈,每转的总输出会是个正弦波周期如图所示。整流后的波形如图所示,之所以采用全波整流而不用半波整流,因为半波整流会浪费交流电的另一半。定子输出的全波整流,使定子绕组发出的电流变向而达到全部电流同向,定子输出被全波整流利用了全部潜能,定子的输出得到充分利用。,上一页,下一页,返回,.,.交流()发电机主要部件,图所示为每相绕组接一对二极管的形联结的定子绕组,每一组二极管有一个正偏置的二极管和一个负偏置的二极管,在转子运转期间,有两相绕组会成串联,而第三相绕组会是中性的(没有电流流动),流过不同组合的两相串联绕组的电流随着转子的通过而变换极性,电流反转,以任一方向流过呈现串联的两相绕组之电流会产生直流电流。如图所示为定子是三角形联结法出现的情况。在转子运转期间,三相绕组是并联的,而不是其中两相串联。由于三相绕组呈现并联,允许更多的电流通过二极管,这使得更多的电流可利用。,上一页,下一页,返回,.,.交流()发电机主要部件,交流发电机使用二极管来整流交流电,使其转换成直流电。二极管分为正极二极管和负极二极管,区别在于正极二极管的中心引线为二极管的正极,外壳为负极,管壳底部一般标有红色标记,正极二极管的外壳压装或焊装在元件板上,共同组成发电机的正极,由一个与后端盖绝缘的元件板固定螺栓通至机壳外,成为发电机的“电枢”接线柱(或“”、“”)。负极二极管的中心线为二极管的负极,外壳为正极,管壳底部一般有黑色标记,三个负极管的外壳压装或焊接在另一块元件板上(有些压装在后端盖的三个孔内),和发电机外壳一起成为发电机的负极,如图所示为大功率整流二极管的安装示意图。,上一页,下一页,返回,.,.交流()发电机主要部件,有些发电机还有小功率励磁二极管和中性点二极管。一般发电机的整流器采用的只二极管(只正极,只负极),有的发电机的整流器采用只二极管,增加的三只小功率二极管专门用来供给励磁电流,这样可以提高发电机的电压调节精度,励磁二极管还可以控制充电指示灯。有的发电机为了利用中性点电压,提高发电机输出功率,增加了两只大功率中性点二极管,中性点二极管对中性点电压进行整流,并汇入了发电机的输出端。同时具备上述两种功能的发电机整流器共有只硅二极管。如图所示。,上一页,下一页,返回,.,.交流()发电机主要部件,.交流发电机机体和冷却风扇大多数交流发电机有铸铝合金的前端盖和后端盖,铝合金为非导磁材料,可以减少漏磁,另外它质量轻,散热性能好。在后端盖上装有电刷组件,电刷组件由炭刷、炭刷架和炭刷弹簧组成,炭刷使用铜粉和石墨炭粉模压而成,炭刷架用酚醛玻璃纤维塑料模压而成,炭刷安装在炭刷架孔内,靠弹簧的弹簧力使炭刷紧紧地压在集电环并保持良好接触。端盖两端安装有轴承用来支承转子,机体壳用来支承定子。除此之外,端盖端部装有二极管、电压调节器、散热板、接线柱和交流发电机的其他元件。发电机的散热是靠冷却风扇来完成的,风扇用铝合金制成或用钢板冲击而成。配置冷却风扇有两种型式:一种是单风扇,其风扇安装在前端盖与带轮之间(图6-30);,上一页,下一页,返回,.,.交流()发电机主要部件,另一种是两个风扇,其安装方法有两种,一是在前后端盖内的转子爪极两侧各焊装一个,如丰田型轿车用的型和天津夏利轿车用的型硅整流发电机是采用此安装方法,另一种方法是一个装在前端盖与带轮之间,一个装在后端盖与转子爪极之间,如北京切诺基汽车就是采用此种安装。在前后端盖上制有通风口,为皮带轮带动风扇旋转时,产生吸力,空气便从风口进入,流经发电机内部再从出风口流出,以此将内部热量带出,从而达到散热目的,如图所示。,上一页,下一页,返回,.,.交流()发电机主要部件,.真空泵有的发电机配置有真空泵,带真空泵式硅整流发电机如图所示,其结构特点是把发电机的轴与真空泵的轴连成一个整体。真空泵为叶片转子式,真空泵的吸气口通过软管连接汽车液压制动系统的真空助力器上,其作用是吸出真空筒内的空气,使其变为真空。发电机旋转时,真空泵按图示旋转方向转动,由于各片之间的空间变化,就能把空气由进气口吸入并送到排气口,将与进气口连通的真空助力器的真空筒抽成真空。真空泵的润滑是由泵盖的给油口供给的,来自发动机润滑系的一部分润滑油进入泵内,循环到各个运动部件,最后随空气从排气口排到发动机油底壳中,从而达到冷却的目的。,上一页,返回,.,.交流()发电机电路,交流发电机使用的电路有三条:()充电电路:有定子绕组和整流电路;()激励电路:有专职励磁绕组和到该绕组的电气连接电路;()预激磁电路:供给励磁线圈建立磁场的预激电流电路。为了交流发动机发电,励磁线圈必须建立起磁场。在低速运转尚未达到蓄电池充电电压的转速时,是他激的,即由蓄电池供电给励磁线圈。当转速达到蓄电池电压以上,发电机发出的电流除了满足用电设备用电外还有多余的电流供给本身激磁电流,这就是自激。,下一页,返回,.,.交流()发电机电路,交流发动机为了达到磁场的自激,在定子中感应的电压要上升到能克服两个整流二极管的正向电压降的点,在三个二极管能供应励磁电流前,“磁场二极管组”的正极分别接至定子三相绕组,二极管的阳极电压至少要比该二极管阴极电压高.(如图所示)它才导通。当接通点火开关时,流过励磁线圈和指示灯的电流作为预激磁电流,给励磁线圈通预激磁电流,减少了形成自激所需的转速。如图所示,如果蓄电池完全没有电,电全被放完,励磁线圈得不到激磁电流,该车是无法启动的。,上一页,返回,.,.交流发电机工作原理,.发电原理在如图所示三相同步交流发电机的工作原理图中,当发电机的转子总成由发动机通过皮带轮驱动旋转,在转子里面的磁场磁力线切割了定子绕组磁场磁力线而产生电流,流经滑环到转子的励磁电流在转子上建立了交错的极和极。因为磁场是交变的,定子中的感应电压是交流电压。随着磁场在定子绕组中感应出电压,感应电压开始增加,当磁场最强时,电压也到达了峰值,随着磁场开始从定子绕组处移开,电压会开始减少,定子三相绕组中的每相都产生电压,三相组合便形成三相电压输出。,下一页,返回,.,.交流发电机工作原理,把电压作用到整流器上。由于只有两相定子绕组应用电压,另一相绕组一直是接至反向偏置的二极管,因此电压来自点到点、点到点和点到点,欲确定在两相定子绕组中所产生的电压数值时,要找出两点之间的电压差值。例如,要找出从点到点施加的电压,把点的电压减去点的电压,就是点到点的电压。如果在点处的电压为正,点电压为负,那么点与点的差值为。每对定子绕组在任一时刻都进行此过程执行,以得到正弦波图形,如图所示。在绕组中电压被称为和分别为绕组的电压,、和代表两相绕组之间的电压差。,上一页,下一页,返回,.,.交流发电机工作原理,在定子中感应出的电流通过由三只正偏置和三只负偏置的二极管组成的整流器,这便有条可能的电流流通通路,电流沿哪条通路,随定子端电压而定,如果从点到点的电压是正的,(点相对于点是正的),电流便从点接线柱通过二极管供电到蓄电池的正极柱(如图所示),蓄电池负极柱的返回通路是通过二极管到接线柱点。二极管和二极管两者都是正偏的,标号为的定子绕组没有产生电流,原因是它所连接的二极管是反偏的。这样,和定子绕组的电流便被整流成用于给蓄电池充电和供给电气系统的直流电流。当从接线柱点至接线柱点的电压是负的(点对点为负)时,电流从点通过二极管流到蓄电池正极柱(如图所示),蓄电池负极柱的返回通路是通过二极管到接线柱。,上一页,下一页,返回,.,.交流发电机工作原理,(图9-40)不再赘述。交变电流是不断地变化的电流,因此此种算法要在几个不同时间进行。.励磁方式向交流发电机的磁场绕组供电使其产生磁场,称为励磁。交流发动机的转子磁场绕组的励磁方式有两种:一种是由蓄电池供电,称为他励;另一种是由发电机自身发电供电,称为自励。交流发电机励磁电路如图所示,硅整流发电机在不接外电源时,本身也能自励(即磁场电流由发电机自己供给)发电,由于硅整流发电机磁极尺寸小,保留的剩磁很弱,在低速时,仅靠剩磁产生的电动势(小于.)并不能使二极管导通,发电机也就不能自励发电。,上一页,下一页,返回,.,.交流发电机工作原理,此时必须由蓄电池供给发电机磁场绕组电流,使发电机具有较强的磁场,以使发电机的电动势迅速提高。此时的励磁回路是:蓄电池“”点火开关电压调节器磁场绕组蓄电池“”。当发电机的转速达到一定值后,发电机产生的电压达到或超过蓄电池电压时,发电机开始向蓄电池充电,同时励磁电流由发电机自己提供,发电机由他励发电转为自励发电,励磁回路是:发电机定子绕组正极二极管点火开关电压调节器磁场绕组发电机“”端负极二极管定子绕组。,上一页,返回,.,.整流原理,硅整流发电机是利用二极管的单向导电性来将交流电转换为直流电的。在如图()所示三相桥式全波整流电路中,三个正极二极管、的负极(外壳)通过元件板连接在一起,它们的正极则分别与三相绕组的首端相联,这三只管的导通条件是:在某一瞬间,哪一相的电压最高(相对其他两相而言)则该相的二极管导通。三个负极二极管、的负极也与三相绕组的首端相联,其正极(外壳)通过元件板或端盖连接在一起。这三支管的导通条件是:在某一瞬间,哪一相的电位最低(相对其他两相而言)则该相的二极管导通。,下一页,返回,.,.整流原理,在硅整流发电机运转过程的每一个时间区间,总是一相电压最高,一相电压最低。整流器的六只整流二极管中,始终保持有两个管子导通(一个正极管,一个负极管)。负载两端得到的是两相间的线电压。这样依此类推,循环反复,六只二极管中两只两只轮流导通,在上得到一个较平稳的脉动直流电压,每个周期内有六个波形如图()所示。在三相桥式整流电路中,由于交流电每个周期内,每只二极管只有三分之一时间导通,所以流过每只二极管的平均电流仅为负载电流的。前面已介绍硅整流发电机使用二极管数量有几种类型发电机,下面分别简要介绍其工作原理。,上一页,下一页,返回,.,.整流原理,.九管机的励磁二极管工作原理如图所示为九管硅整流发电机充电系统的典型电路。九管机的励磁二极管能输出与发电机电枢接线柱相等的电压,它既能提供发电机励磁电流,又能控制充电指示灯。其工作过程如下:接通点火开关,蓄电池电流便经点火开关充电指示灯调节器发电机励磁绕组搭铁构成回路。此时充电指示灯亮,指示励磁电流接通并由蓄电池供电。在发动机启动后,随着发电机转速升高,发电机端电压随之升高,充电指示灯两端的电位差降低,指示灯亮度减弱。当发电机电压升高到蓄电池充电电压时,发电机、端电位相等(),此时充电指示灯两端电位差降低到零,指示灯熄灭,指示发电机已正常工作,励磁电流由发电机自身经励磁二极管、整流后供给。,上一页,下一页,返回,.,.整流原理,当发电机转速降低时,端电位降低,指示灯两端电位差增大,指示灯又亮,指示蓄电池放电,当发动机高速运转充电系统发生故障而导致发电机不发电时,由于端无电压输出,因此充电指示灯两端电位差增大,指示灯亮,警告驾驶员应及时停车排除故障。南京依维柯、北京切诺基、神龙富康、一汽汽车均采用九管发电机。.八管机中性点二极管工作原理八管交流发电机硅整电路是在定子三相绕组的星形连接点引出连接线并加装两只中性点二极管,连同原有的六只二极管就构成了八管交流发电机,其目的是提高发电机输出功率,适应现代汽车用电设备增加、用电量增大的要求.,上一页,下一页,返回,.,.整流原理,。从三相星形绕组中性点引出的接线柱叫中性点接线柱,其输出电压为三相桥式整流器输出电压的一半,即()、是通过三个负极管三相半波整流得到的直流电压,它通常用来控制磁场继电器、充电指示灯继电器及空调继电器。随着发电机转速升高,定子绕组中性点的三次谐波电压升高,如图所示。发电机高速时,中性点电压最高瞬时值高于输出电压(平均电压为),最低瞬时值低于搭铁电位,这时利用中性点电压就可向外输出电流,从而提高硅整流发电机的输出功率。,上一页,下一页,返回,.,.整流原理,在不改动硅整流发电机结构的情况下,加装中性点二极管,当发电机转速超过(发动机转速约超过)时,其输出功率与额定功率相比可提高,当中性点电压瞬时值高于输出电压(平均值)时,从中性点输出的电流如图()所示。其线路为:定子绕组中性点二极管负载(包括蓄电池)负极管定子绕组。当中性点电压瞬时值低于搭铁电位时,流过中性点二极管的电流如图()所示。其电流路线为:定子绕组正极管“”接线柱负载(包括蓄电池)中性点二极管定子绕组。,上一页,下一页,返回,.,.整流原理,天津夏利轿车用的型发电机就是采用八管机整流器。.十一管交流发电机整流原理的工作原理如图所示为十一管交流发电机整流器充电系通过的典型电路。它由六只整流二极管、两只中性点二极管和三只磁场二极管组成,称为十一管交流发电机,兼有整流二极管、磁场二极管以及中性点二极管的特点和功能,其工作原理同八管机和九管机相似,具有相同功能。不仅能满足输出功率的要求,还可以用充电指示灯来指示发电机工作状况。许多现代汽车都采用这种交流发电机,如上海桑塔纳、一汽奥迪、丰田皇冠轿车等均装用此类硅整流发电机。,上一页,返回,.,.交流发电机的工作特性,交流发电机的工作特性是指发电机输出的直流电压、直流电流和发电机转速之间的关系,主要包括输出特性、空载特性和外特性。.输出特性发电机输出特性也称负载特性或输出电流特性,它是发电机的输出电压保持一定时(系列交流发电机规定为,系列交流发电机规定为;内装调节器的系列交流发电机规定为.,系列整体式发电机规定为),输出电流与转速之间的关系,即为常数时,()的关系曲线,即输出电流随转速变化的关系。交流发电机通过实践测得的输出特性曲线如图所示。其特点如下:,下一页,返回,.,.交流发电机的工作特性,()发电机转速较低、端电压低于蓄电池电压时,发电机不能向外供电,只能他励发电(即由蓄电池提供电流给励磁绕组),当转速达到空载转速(充电指示灯指示充电开始时的发电机转速)时,发电机开始自励发电。()当发电机转速超过空载转速时,输出电流随着转速的升高而增大。当转速等于时,发电机输出额定功率,故转速称为满载转速。空载转速和满载转速是交流发电机的主要性能指标。在产品说明中有规定,使用中只要测得这两个数据与规定值相比,就可判断发电机性能是否良好。,上一页,下一页,返回,.,.交流发电机的工作特性,()当发电机转速升高到一定值后,输出电流不再随转速的升高和负载电阻的减小而增大,该电流值称为发电机最大输出电流或限流值。这主要是由于定子绕组的阻抗随转速升高而增大,使内部电压降增大,同时当负载电流增大时,电枢反应(定子绕组流过电流时产生的磁场削弱了转子磁场)增强也使转子磁场减弱,定子绕组中感应电势下降,两者共同作用的结果,就使发电机的输出电流不再增加。可见交流发电机具有自身限制输出电流的能力,这可避免由于用电设备过多,用电量过大时造成发电机过载而损坏的危险,限流值的大小与定子绕组的匝数有关。,上一页,下一页,返回,.,.交流发电机的工作特性,.空载特性空载特性是指发电机空载时,发电机的电压与转速之间的关系,即时,()的关系曲线。交流发电机的空载特性曲线如图所示。从图示可以看出,随着转速的升高,电压上升较快。这样,在较低转速下发电机就能从他励发电转入自励发电,即可向蓄电池充电,因此可以从空载特性可以判断发电机的低速充电性能是否良好。.外特性外特性是指发电机转速一定时,发电机输出电压与输出电流的关系,即常数,()的关系曲线。交流发电机的外特性曲线如图所示。从外特性曲线可见:,上一页,下一页,返回,.,.交流发电机的工作特性,()发电机的转速越高,输出电压也越高,转速对输出电压的影响较大,转速恒定时,输出电流的变化对端电压也有很大的影响。()随着负载即输出电流的增加,端电压会很快下降,而且转速越高,下降的越快。因此当发动机在高速运转时,如果突然失去负载,则其端电压会急剧升高,称为瞬时电压,会击穿二极管和电子元件造成损坏。如果输出电流增大到一定值时,负载继续增加,此时输出电流不仅不会增加,反而会同端电压一起下降,即外特性曲线上出现一个转折点(达到限流值后,会使输出电流不再增加),这说明了交流发电机具有自身限制电流的功能。,上一页,下一页,返回,.,.交流发电机的工作特性,交流发电机定子绕组星形和三角形两种接法相比较,在交流发电机相电压相同的情况下(转速相同),星形接法比三角形接法具有较高的输出电压。而当输出线电压相同时,三角形接法的交流发电机则需较高的发动机转速才能向蓄电池充电(指在与星形接法有相同的传动比)。因此,大多数交流发电机均采用星形接法,只有少数大功率交流发电机才采用三角形接法。,上一页,返回,.,.电压调节,蓄电池和用电设备以及电气系统都是在规定的额定电压下工作,避免过电压,即瞬时过电压,而汽车行驶区域大,发动机运行工况与之相匹配,范围广、变化快。电源系统是汽车正常行驶的保障系统,而充电系统又是电源系统的保障系统,具有十分重要的作用。发电机的转速将随发动机转速的变化而变化,发电机的端电压也将随发动机的转速变化而在很大范围内变化。发电机对用电设备和电气系统供电和向蓄电池充电,要求其电压稳定。因此必须对发电机的输出电压进行调节,使其保持在某一数值上基本不变而恒定。交流发电机不需要限流,因为它本身可以限制自己的电流输出在一定值的范围内。,下一页,返回,.,.电压调节,交流发电机之所以能自身限流,主要是感应生成的交变电流使磁场总在变化,定子绕组随着磁场变化而感应变成对抗电流即生成阻抗,阻抗随转速升高而增大,使内部电压降增大。当负载电流增大时,定子绕组流过电流产生的磁场削弱了转子磁场,定子绕组中感应电动势下降,两者共同作用的结果使发电机的输出电流不再增加,限制了电流的输出。但是,只能限制输出电流,不能限制输出电压,若不加以调节,交流发电机能发出高达电压,会击穿和损坏用电设备和电气系统元件。调节电压的方法是调节流过转子的激磁电流量来控制的,激磁电流越大,输出电压越高。因此可以通过改变励磁绕组串联的电阻阻值来调节激磁电流,从而实现调节交流发电机的输出电压,如图所示。,上一页,下一页,返回,.,.电压调节,通过控制励磁绕组中的电流量,获得了对励磁电流和交流发电机输出的控制。为了保证蓄电池得到充分充电和用电设备得到可靠的供电运行,电压调节器的系统电压设置在.之间。为了调节交流发电机的输出电压,调节器必须有一个系统作为输入,此输入就是充电系统的系统电压,简称为传感电压。在传感电压低于电压调节器的设定值时,电压调节器增大激磁电流,使充电系统输出电压增大;反之,如果传感电压高于电压调节器设定值,它便减少激磁电流,使系统输出电压降低。,上一页,下一页,返回,.,.电压调节,在汽车运用过程中会验证传感电压高低变化,当蓄电池充满了电(电力充足)、用电设备未开动使用时,汽车便会有一个高的传感电压,此时,电压调节器会将系统电压降低,直至到能供点火系运行而又能向蓄电池小电流充电()的程度为止。如果行驶中打开和使用用电设备,例如前照灯或空调机,额外耗电将引起蓄电池电压降低,电压调节器检测到低的电压信号,便会减小磁场电路阻值,增加电流流过励磁绕组,磁场随着激磁电流的增加而加强,交流发电机的输出电压便增大,当负载关停后,电压调节器检测到系统电压上升信号而减小激磁电流,交流发电机输出电压降低直至正常值。,上一页,下一页,返回,.,.电压调节,另一影响电压调节器的输入是温度。由于周围的温度影响蓄电池能接受的充电率,在低温时不易接受充电,因此调节器要加以温度补偿。调节器应将系统电压提高到蓄电池接受充电的电压。电压调节器根据充电系统需求,采取改变激磁电流的办法调节发电机输出电压。.电压调节器的作用电压调节器是把交流发电机输出电压控制在规定范围内的调节装置。,上一页,下一页,返回,.,.电压调节,在交流发电机转速和发电机上的负载发生变化时,通过自动调节发电机的磁场电流大小而使发电机输出电压保持恒定,既防止电压过高而损坏用电设备,又避免蓄电池过量充电,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。.电压调节器的基本工作原理根据电磁感应原理,发电机的感应电动势为,即在发电机结构型式固定的条件下,感应电动势与发电机转速和磁通成正比。因此,要在转速变化时,维持发电机电压恒定,就必须相应的改变磁极磁通。因为磁极磁通取决于磁场电流的大小,所以在发电机转速变化时,只要自动调节磁场电流,就能使发电机电压保持恒定。,上一页,下一页,返回,.,.电压调节,电压调节器就是利用自动调节磁场电流使磁极磁通改变这一原理来调节发电机电压的。.计算机控制的调节器年代以后许多生产厂家生产的汽车已将调节器的功能集成并加入汽车动力系统控制模块()中了,如图所示。其工作原理与内装式电子调节器相同,激磁电路的调节是通过电路搭铁回路来实现的,调节电压的决定是基于交流发电机输出电压和蓄电池温度,当获得了期望的输出电压时,根据需要接通或切断晶体管,该晶体管由交流发电机的励磁绕组接地来调节输出电压,通常是采用“占空度”来判断。所谓“占空度”是指脉冲导通时间占脉冲周期的百分比。,上一页,下一页,返回,.,.电压调节,通用汽车公司的(充电系统)系列的交流发电机,其装有两个冷却风扇,一外一内,另外备有专供接车上计算机用的端子直接与连接,如图所示。的电压调节器部分以每秒大约次的频率接通和切断励磁电流,改变励磁电流的通断时间调节和控制发电机的电压输出。计算机控制的调节系统可以精确的根据用电设备和电气系统的需求、蓄电池的输入电压、温度和若干其他需求来维持并调节充电率,如图所示。,上一页,返回,.,.充电系统的新技术,随着科学技术的发展,尤其是电子技术应用于汽车技术,使汽车的结构和技术技能发生了质的变化。微机()等新技术来控制汽车各个系统,使汽车达到最佳状态,下面简述目前各汽车公司应用于充电系统,制造出不同类型、不同结构的交流发电机的新技术。.控制的充电系统现在有的汽车发电机的输出电压通过进行调整,取消了调节器,节省了线路和元件,使控制更加精确,控制交流发电机充电系统电路如图所示。它与内装式集成电路调节器工作原理基本相同,电压是通过来控制的。根据发电机的输出电压,通过改变磁场的电流来控制电压。,下一页,返回,.,.充电系统的新技术,当发电机输出电压低于蓄电池端电压时,发电机他励发电。励磁电路是:蓄电池“”极点火开关磁场端子励磁绕组磁场端子搭铁蓄电池“”极。当发电机输出电压高于蓄电池端电压时,发电机由他励转为自励发电,励磁回路是:发电机输出端控制器磁场端子励磁绕组磁场端子搭铁发电机“”极。当发电机输出电压高于规定电压值时,控制器切断励磁电路,从而控制交流发电机的输出电压。.控制的充电系统实例,上一页,下一页,返回,.,.充电系统的新技术,如图所示为北京切诺基控制的充电系统电路,从电路图中可知,发电机输出端与蓄电池相连,其电压降小于.,同时还与相连,端输出电压的高低由端子检测到。当发电机输出电压高于蓄电池电压时,通过励磁控制端减少励磁电流,使发电机输出电压降低;如低于时,通过励磁控制端增加励磁电流,提高发电电压,通过调节,可使发电机输出电压控制稳定在规定的电压值范围内。同时还可以在发动机工作时,输出端反应发电机有无电压输出和检测充电系统充电电压过高或过低故障并贮存故障的功能,除此之外可根据发电机输出电压的变化,对喷油器喷油脉冲宽度和点火闭合角进行修正。,上一页,下一页,返回,.,.充电系统的新技术,.应用新技术的交流发电机为了适应汽车技术的发展,各汽车制造厂纷纷用新技术制造出不同类型、不同结构、新颖、先进的交流发电机。.通用汽车公司的系列交流发电机系列交流发电机采用内装电压调节器,调节器安装在后端内。如图所示,后端盖上有个接线柱:().接线柱:对内的连接分两路,一路经炭刷和滑环接至磁场绕组,另一路接磁场二极管组负极。此外,该接线柱与调节器的部分告警灯电路连接。().接线柱:接调节器电路中由蓄电池电压供电的那部分电路。,上一页,下一页,返回,.,.充电系统的新技术,()接线柱:对内,接定子的输出;对外,接蓄电池的正极。.福特汽车公司交流发电机福特汽车公司采用多种不同设计的交流发电机,如图所示。多年来,福特公司使用接线柱后置或侧置的交流发电机。接线柱后置的交流发电机,使用两种不同型式的整流器,一种是把只二极管嵌入一块板中的板式整流器,如图所示。另一种整流器用了两块板,一块板装正的二极管,另一块板装负的二极管,两级彼此堆叠在顶部,且恰好相对,如图所示。,上一页,下一页,返回,.,.充电系统的新技术,接线柱后置的交流发电机,后端盖有个接线柱:()接线柱:对内,接定子输出;对外,接蓄电池正极。()接线柱:经绝缘炭刷和滑环接至磁场绕组一端。()接线柱:接定子的中性接点。()接线柱:供外装调节器搭铁。接线柱侧置的交流发电机,体积大,输出容量大,也同样用个接线柱,但排列不同。福特另外采用了集装式交流发电机(),调节器安装在后端盖外面,以便于检验或交换,和接线柱用于检测充电系统。炭刷是调节器的一部分,如图所示为交流发电机的原理图。,上一页,下一页,返回,.,.充电系统的新技术

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