《汽车电气技术》 (2)ppt课件

1、汽车电气技术3哈工大网络与电气智能化研讨所刘勇2021秋六、交流发电机构造、任务原理及特性汽车的用电设备主要靠发电机供电。同时，当蓄电池存电缺乏时，发电机又是蓄电池的充电电源。1-抗干扰电容器 2-集成电路调理器与电刷组件总成 3-电刷端盖 4-整流器总成5-转子总成 6-定子总成 7-驱动端盖 8-风扇 9-驱动带轮11-带轮1-后端盖2-滑环3-电刷4-电刷弹簧5-电刷架6-磁场绕组7-电枢绕组8-电枢铁心9-前端盖10-风扇1、交流发电机的构造汽车用普通交流发电机构造大同小异，根本构造都是由转子、定子、整流器和端盖四部分组成，整体式交流发电机的不同点是在根本构造的根底上添加了电压调理器，

2、且都采用集成电路调理器。1转子1-滑环2-转子轴3-爪极4-铁心与磁场绕组汽车交流发电机的转子是发电机的磁极部分，其功用是产生磁场。转子由爪极、磁场绕组、铁心和滑环组成。两块爪极上制有6个鸟嘴形磁极，压装在转子轴上，爪极间的空腔内装有铁心，铁心压装在转子轴上，磁场绕组绕在铁心上。滑环由彼此绝缘的两个铜环组成，压装在转子轴的一端并与转子轴绝缘。磁场绕组的两端分别焊接在两个滑环上，两个滑环分别与发电机后端盖上的两个电刷相接触。当两个电刷与直流电源接通时，磁场绕组中便有电流流过并产生轴向磁场，被磁化的爪极中一块为N极，另一块磁化为S极，于是就构成了4-8对相互交错的磁极。国产交流发电机大多是6对磁极

3、。将转子爪极设计成鸟嘴外形是为了使磁场呈正弦分布，有利于电枢绕组产生的感应电动势有较好的正弦波形。2定子定子是发电机的电枢部分，其功用是产生交流电。由定子铁心与对称的三相电枢定子绕组组成。定子铁心由相互绝缘的厚度0.5mm硅钢片叠成环状，环的内圆外表开有线槽，电枢三相绕组按一定规那么对称嵌放在槽内。三相绕组的结合方法有Y结合结合两种。当采用Y结合时，三相绕组的3个末端U2、V2、W2结合在一同，称为中性点，3个始端U1、V1、W1作为交流发电机的输出端。当采用结合时，一相绕组的始端与另一相绕组末端结合，共有3个节点，即为交流发电机的输出端。为保证电枢三相绕组产生大小相等、相位差120电角度的对

4、称电动势，三相绕组的绕制应遵照以下原那么：每相绕组的线圈个数和每个线圈的匝数应完全相等。每个线圈的节距必需一样。三相绕组的始端在定子槽内的陈列必需相隔120电角度。交流发电机定子绕组展开图Y结合结合3整流器交流发电机整流器的作用是将三相定子绕组产生的交流电变换为直流电。整流器普通由6个整流二极管和二极管的散热板组成。汽车交流发电机用整流二极管有正极管与负极管之分。一个普通交流发电机具有三只正极管和三只负极管。引出电极为二极管正极的称为正极管，其上标有红色标志；引出电极为二极管负极的称为负极管，其上标有绿色或黑色标志。安装整流二极管的铝质散热板称为整流板。安装三只正极管的整流板称为正整流板；安装

5、三只负极管的整流板称为负整流板。有的交流发电机只需正整流板而没有负整流板，三只负极管直接压装在发电机的后端盖上，即后端盖相当于负整流板。由于不便维修，因此这种构造已被淘汰。整流器总成的构造硅二极管的外形及符号构造a正极管b负极管二极管安装接线表示图4端盖与电刷组件交流发电机的前、后端盖均用铝合金压铸而成，铝合金为非导磁资料，可减少漏磁。并具有质量轻、散热性能好等优点。在后端盖内装有电刷组件，电刷组件由电刷、电刷架和电刷弹簧组成。电刷用铜粉和石墨粉模压而成，电刷架用酚醛玻璃纤维塑料模压而成。电刷安装在电刷架的孔内，借弹簧张力使电刷与转子轴上的滑环坚持良好接触。每个交流发电机有两只电刷，每只电刷都

6、有一根引线直接引到发电机后端盖的接线端子上或后端盖上。电刷架有两种方式，一种是外装式，从发电机的外部拆下电刷弹簧盖板即可拆下电刷，拆装检修非常方便，因此，交流发电机普遍采用。另一种是内装式，需拆开发电机后才干拆下电刷，由于拆装不便已很少采用。电刷组件a外装式b内装式磁场绕组的一端经滑环和电刷，经过与发电机端盖绝缘的磁场接线柱标“F或“磁场相衔接，另一端经过引线与发电机外壳相接，这种搭铁方式的发电机称为内搭铁型交流发电机；磁场绕组的两端经滑环和电刷，经过引线均与绝缘接线柱标“F+、“F-或“F1、“F2相连，经调理器搭铁的，称为外搭铁型交流发电机。大多数汽车均采用外搭铁型交流发电机。交流发电机前

7、端盖之前装有带轮，由发动机经过风扇传动带驱动发电机轴旋转。普通在带轮后还装有叶片式风扇，用铝合金板或钢板冲压或焊接而成。当风扇与带轮一同转动时，经过前、后端盖上的通风口，空气便将内部热量带出，到达强迫通风散热之目的，这称为外装式风扇。近年来，为提高发电机的效率、减小发电机的体积，又出现了内装式风扇，即风扇叶片直接设置在发电机转子上。交流发电机的搭铁方式a内搭铁型交流发电机b外搭铁型交流发电机2、交流发电机的型号1产品代号用字母表示，如JF、JFZ、JFB、JFW分别表示交流发电机、整体式交流发电机、带泵交流发电机和无刷交流发电机。2电压等级代号和电流等级代号分别用1位阿拉伯数字表示。表2-5

8、电流等级代号电流等级代号12345电流等级/A1920303940495059电流等级代号6789电流等级/A60697079808990表2-4 电压等级代号电压等级代号123456电压等级/V122463设计序号按产品设计先后顺序，用1-2位阿拉伯数字表示。4变形代号用字母表示，交流发电机用调整臂位置作为变形代号。从驱动端看，在中间不加标志，在右边时用Y表示，在左边时用Z表示。例1：JF153：表示电压等级为12V、电流等级为大于或等于50 -59A，第三次设计的普通交流发电机。例2：桑塔纳、奥迪100型轿车用JFZ1913Z型交流发电机，其电压等级为12V、电流等级为大于或等于90A、第

9、13次设计，调整臂在左边的整体式交流发电机。3、交流发电机的任务原理汽车用交流发电机是一个三一样步交流发电机，经过三相桥式整流电路将定子绕组所产生的交流感应电流变为直流电流输出，所以也称之为硅整流发电机。1三相交变电动势的产生交流发电机的任务原理a汽车交流发电机电路b感应电动势输出波形交流发电机是根据电磁感应原理而产生三相交变电动势的。发电机的转子为磁极，磁极绕组经过电刷和滑环引入直流电而产生磁场；发电机的定子为电枢，三相电枢绕组按一定的规律分布在定子的槽中，彼此相差120电角度。当转子旋转时，产生一个旋转的磁场，使得相对静止的定子电枢绕组切割磁力线而产生感应电动势。由于转子磁极铁心制形成鸟嘴

10、形特殊构造，可使定子绕组感应产生的交流电动势近似于正弦曲线波形，因此三相电枢绕组产生的感应电动势按正弦规律变化。三相绕组中交流电动势瞬时值的表达式为交流发电机每相绕组中感应产生的电动势有效值为式中K绕组系数，采用整距集中绕组时，K=1；f感应电动势的频率(Hz)；N每相绕组的匝数匝； 每极磁通(Wb)； Ce发电机构造常数。可以看出，定子绕组内感应电动势的大小与每相绕组串联线圈的匝数以及感应电动势的频率成正比，即定子绕组的匝数越多、转子的转速越高，绕组内感应产生的电动势也就越高。恣意两个输出端之间的输出电压称为线电压，输出电流称为线电流，分别用UL、IL表示，每相绕组的相电压和相电流分别用U、

11、I表示。当定子绕组采用结合时当定子绕组采用结合时结合结合在交流发电机转速一样的条件下，相电压一样，Y结合比结合具有较高的输出电压；当输出线电压一样时，结合输出电流较大。因此，采用Y结合的交流发电机在发动机转速较低时如怠速时便可向蓄电池充电，而采用结合的交流发电机那么需较高的发动机转速才干向蓄电池充电。所以，大多数车用交流发电机都采用Y结合，只需少数大功率交流发电机采用结合。2整流原理三相桥式整流电路由6只硅二极管组成。其中，VD1, VD3、VD5的负极壳体压装在元件板或正整流板上，它们的正极分别接在三相定子绕组始端U、V、W，故称为正极管；另外三只二极管VD2、VD4、VD6的正极壳体压装在

12、后端盖或负整流板上，负极那么分别接在三相绕组始端U、V、W，故称为负极管。三相桥式整流电路及电压波形a整流电路b绕组电压波形c整流电压波形二极管的导通原那么正极管导通原那么由于三只正极管VD1、VD3、VD5的正极分别接在发电机三相绕组的始端(U、V、W)上，它们的负极又衔接在一同，所以三只正极管的导通原那么是：在某一瞬间，正极电位最高者导通，由于正极电位最高的二极管导通后，就使另两只二极管的负极电位高于正极而不能导通。负极管导通原那么由于三只负极管VD2、VD4、VD6的负极分别接在发电机三相绕组的始端，它们的正极又衔接在一同，所以三只负极管的导通原那么是：在某一瞬间，负极电位最低者导通，由

13、于该二极管导通后，就使另两只二极管的正极电位低于负极而不能导通。整流过程在t1-t2时间间隔内，U相电位最高，V相电位最低，所以二极管VD1、VD4获得正向电压而导通，电流从U相出发，经二极管VD1、负载电阻RL、二极管VD4回到V相构成回路。由于二极管的内阻很小，所以U、V两相之间的线电压都加在负载电阻RL上。在t2-t3时间间隔内，U相电位最高，而W相电位变为最低，所以二极管VD1、VD6获得正向电压而导通。U、W两相之间的线电压加在负载电阻RL上。以此类推，六只二极管在一个周期内，以六种不同组合两两导通依次循环，周而复始，使负载电阻两端得到一个比较平稳的直流脉动电压U。可以计算得到发电机

14、输出直流电压的平均值为式中U输出直流电压平均值； UL定子绕组输出的线电压的有效值； U每相绕组的相电压的有效值。实践上，车用二极管正导游通时，管压降Ud约为0.2-0.6V，所以负载电压的实践值应在上述计算值中减去两个二极管的管压降。由上述分析可知，三相桥式整流电路中，每只二极管在交流电的一个周期内，只需1/3时间处于导通形状，所以每只二极管的平均电流Id只为负载电流的1/3，即设每只二极管所接受的最高反向电压为UDRM，其值应为线电压UL的最大值，即交流发电机直接与用电设备相连时，在用电设备接通、切断或负荷变动中，均可产生较高的自感电势，这将直接作用在硅二极管上，所以选择二极管的允许反向电

15、压时，为了有一定的平安系数，往往高于UDRM计算值的十几倍到几十倍。国产交流发电机配用的ZQ型二极管，其最高反向任务电压为300V。当采用Y结合时，三相绕组三个末端的公共接点，称为中性点，接线端子标志为“N。中性点对发电机外壳即搭铁之间的电压UN，称为中性点电压，中性点电压的平均值等于交流发电机输出直流电压U的一半。具有中性点接线端子的交流发电机电路中性点电压，通常用于控制各种用途的继电器，如磁场继电器、充电指示继电器等。还利用中性点的输出来提高发电机的输出功率。在Y结合的交流发电机上，在中性点与输出接线柱之间添加两个二极管，称为中性点二极管。在发电机高速运转2000r/min以上情况下，可以

16、提高交流发电机的输出功率10% -15%。4、交流发电机的特性1输出特性交流发电机的特性中以输出特性最为重要。交流发电机的输出特性又称负载特性或输出电流特性。它是指发电机向负载供电时，坚持发电机输出电压恒定对12V的发电机规定为14V，对24V的发电机规定为28V)，即Ut=C时，输出电流I与转速n之间的关系。JFZ1913Z型交流发电机的输出特性由输出特性曲线I= fn可以看出：当发电机转速过低时，其端电压低于额定电压，此时发电机不能向外供电；当转速到达空载转速n1时，电压到达额定值；当转速高于空载转速n1时，发电机才有才干向外供电。因此，空载转速n1常作为选择发电机与发动机速比的主要根据。

17、当转速nn1时，发电机输出电流I的变化规律是随转速n升高而逐渐增大；当转速n=n2时，发电机输出额定功率额定电流IN与额定电压之积，故将转速n2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目的，在运用过程中应定期检测这两个参数，与规定值相比较，即可判别发电机的性能能否正常。当发电机转速超越一定数值后，发电机输出电流I不再随转速n升高而逐渐增大，而是逐渐趋于某一稳定电流值最大输出电流或限流值Imax。该特性阐明汽车用交流发电机本身具有自动限制输出电流的自我维护才干。普通情况下，Imax1.5IN。交流发电机具有自我限流维护才干的缘由如下：发电机定子绕组具有一定的感抗。当发电机的转速很高

18、时，电动势的交变频率很高，电枢绕组的感抗作用大，妨碍交流电流的才干加强，可产生较大的内部电压降。定子电流的增大使电枢反响加强，即定子电流构成的磁场对转子磁场产生去磁作用，反过来使定子绕组中的感应电动势下降。经过上述两种共同作用的结果，使得发电机的输出电流不再添加，因此交流发电机具有本身限制输出电流的作用。2空载特性空载特性是指发电机空载时即负载电流I=0，发电机的端电压U与转速n之间的函数关系。从曲线可以看出，随着转速的升高，端电压上升较快，由他励转入自励发电时，即能向蓄电池补充充电，进一步证明了低速充电性能好的优点。因此，空载特性是断定硅整流发电机充电性能能否良好的重要根据。交流发电机的空载

19、特性3外特性外特性是指发电机转速一定时，发电机的端电压U与输出电流之间的关系。从曲线可以看出，在一定转速下，输出电流添加时发电机端电压将有较大下降。反之，在发电机高速运转时，假设忽然失去负载，其端电压将急剧上升，这样能够引起整流器二极管和调理器中电子元件因瞬时过电压而损坏。因此必需留意：发电机高速旋转时，防止大幅度忽然减小负载。交流发电机的外特性七、交流发电机的调理器交流发电机调理器是把交流发电机的输出电压控制在规定范围内的控制安装，有触点式和电子式两大类。由于触点式调理器存在体积大、构造复杂、触点振动频率低、触点易烧蚀及缺点率高等缺陷，已被淘汰。1、交流发电机调理器的作用汽车用交流发电机是由

20、发动机按固定的传动比驱动旋转的，其端电压满足如下公式：可见，假设不对发电机加以调理，其端电压将随发动机转速的变化而变化，这与汽车用电设备要求电压恒定相矛盾。交流发电机调理器的作用就是当发动机转速变化时，自动对发电机的电压进展调理，使发电机的电压稳定，以满足汽车用电设备的要求。2、电压调理原理与调理方法发电机的电动势及端电压与转速和磁通的乘积成正比，而磁极磁通的多少取决于磁场电流的大小。因此当发电机转速变化时，只需自动调理磁场电流，就能相应地改动磁极磁通，从而使发电机电压坚持恒定。发电机电压调理器根本原理a发电机电压调理器原理b发电机电压调理器任务时的电压波形调理器动作的控制参量为发电机电压，即

21、当发电机的电压达设定的上限值U2时，调理器动作，使磁场绕组的励磁电流If下降或断流，从而减弱磁极磁通，致使发电机电压下降；当发电机电压下降至设定的下限值U1时，调理器又动作，使If增大，磁通加强，发电机电压又上升；当发电机的电压上升至U2时又反复上述过程，使发电机的电压在设定的范围内脉动，得到一个稳定的平均电压Ue。各种调理器都是经过调理磁场电流使磁极磁通改动来控制发电机输出电压的。电子调理器调理磁场电流的方法是：利用晶体管的开关特性，使磁场电流接通与切断来调理发电机磁场电流。3、电子调理器分类与型号1电子调理器分类按构造分类晶体管式调理器 是指由分立电子元件焊接于印制电路板而制成的调理器，如

22、解放CA1091型载货汽车用FTD106型电子调理器等。集成电路式调理器 是指用假设干电子元件集成在基片上，具有发电机电压调理全部或部分功能的芯片所构成的调理器。目前，大多数汽车都采用了集成电路式调理器，如捷达、奥迪轿车，北京切诺基，东风EQ2102型越野汽车等。与分立元件的晶体管式调理器相比，集成电路式调理器具有体积小、构造紧凑、电压调理精度高、缺点率低等特点。集成电路式调理器多装于发电机的内部，这种发电机也被称之为整体式发电机。按搭铁方式分类内搭铁型调理器是指与内搭铁型交流发电机配套运用的调理器，其特点是第二级开关电路中的晶体管VT2串联在调理器的电源端子“+与磁场绕组端子“F之间，如FT

23、D146型调理器。外搭铁型调理器是指与外搭铁型交流发电机配套运用的调理器，其特点是第二级开关电路中的晶体管VT2串联在调理器的磁场绕组端子“F与搭铁端子“-之间，如FTD106型调理器。内搭铁型调理器只能配用内搭铁型发电机，外搭铁型调理器只能配用外搭铁型发电机，两者不能随意互换；否那么，励磁电路不通，发电机不发电。目前，现代汽车已广泛采用整体式交流发电机。随着微机控制技术在汽车上的运用，直接利用微机控制交流发电机的输出电压是电子调理器开展的必由之路。发电机调理器型号编制方法2交流发电机调理器型号产品代号交流发电机调理器的产品代号为FT、FTD两种，分别表示发电机调理器和电子发电机调理器。电压等

24、级代号与交流发电机一样，如前述表2-4所示。构造方式代号调理器的构造方式代号用一位阿拉伯数字表示，数字“4表示分立元件式；数字“5表示集成电路式。设计序号按产品设计先后顺序，用1-2位阿拉伯数字表示。变形代号以汉语拼音大写字母A、B、C顺序表示但不能用O和I两个字母。例如：FTD152表示电压等级为12V的集成电路式调理器，第二次设计。4、电子调理器任务过程不同厂家消费不同型号的电子调理器，其电路构造和元件组成各有不同，但根本原理一样。电子调理器都是利用晶体管的开关特性，经过晶体管导通和截止相对时间的变化来调理发电机的励磁电流。内搭铁型电子调理器的组成和任务原理1调理器根本电路的组成电子调理器

25、内搭铁型的根本电路由四部分组成，即分压电路、第一级开关电路、第二级开关电路和辅助元器件等。分压电路信号电压监测电路，普通由2-3只电阻串联或混联而成，接在调理器的“+与“-之间。电阻R1和R2构成分压电路，其作用是将汽车电源施加于调理器“+与“-之间的电压分成两部分，且所分电压与电源电压之间按正比例关系变化，即能直接监测发电机输出电压U的变化。从分压电阻R1上取出发电机输出电压U的一部分UR1作为调理器的输入信号电压，R1上的分压为：第一级开关电路信号放大与控制电路，至少由一只稳压管和一只晶体管组成。稳压管通常经晶体管的发射极反向并接在分压电路的一端，晶体管那么串联在调理器“+与“-之间。图中

26、稳压管VS和晶体管VT1即构成第一级开关电路，稳压二极管简称稳压管VS是传感元件，其作用是灵敏地感受电源电压变化，使晶体管VT1交替地导通和截止，以控制第二级开关电路功率晶体管VT2的导通与截止。第一级开关电路的通断取决于发电机输出电压的高低。VT1为小功率晶体管，接在大功率晶体管VT2的前一级，起信号放大作用，也称前级放大。第二级开关电路功率放大电路，普通由一只大功率晶体管或复合晶体管构成。图中晶体管VT2即构成第二级开关电路，VT2为NPN型大功率晶体管。磁场绕组的电阻为VT2的负载电阻。VT2导通时，磁场电流接通；VT2截止时，磁场电流切断。因此，经过控制VT2导通与截止，就可改动磁场电

27、流使发电机输出电压稳定。辅助元器件及电路VD为续流二极管，与发电机磁场绕组反向并联，其作用是维护VT2，防止其过电压击穿，因VT2截止时磁场绕组中产生很高的自感电动势；C1为延时电容，与稳压管VS和电阻R1并联，其作用是利用电容的充、放电延时特性即电容两端的电压不会跃变的特性，延迟稳压管VS的导通与截止时间，以降低VT1、VT2的开关频率，减缓元件老化速度，延伸调理器运用寿命；R4、C2构成反响电路，其作用是提高伐节器的灵敏度，加速晶体管导通和截止的变化过程，改善调压质量；R3既是VT2的基极偏置电阻，也是VT1集电极限流电阻。2调理器详细任务过程电子调理器，将大功率晶体管作为一只开关串联在发

28、电机磁场电路中；根据发电机输出电压的高低，控制晶体管导通与截止来调理发电机磁场电流，从而使发电机输出电压稳定在某一规定的范围之内。过程如下：当闭合点火开关SW，蓄电池电压加在分压电阻R1、R2两端。由于发电机电压低于调理电压上限值，因此，分压电阻R1上的分压值UR1小于稳压管VS的稳定电压UW与晶体管VT1发射极压降Ube1之和，VS处于截止形状，VT1基极无电流流过而处于截止形状。此时蓄电池经点火开关、电阻R3向晶体管VT2提供基极电流，VT2导通并接通磁场电流If，发电机他励发电。其电路为：蓄电池正极点火开关SW晶体管VT2调理器“磁场端子“F发电机磁场绕组Wj蓄电池负极。此时，假设发电机

29、转动，那么其电压将随转速升高而升高。当发电机电压高于蓄电池电压但低于调理电压上限值U2时，稳压管VS与VT1依然截止，VT2坚持导通。发电机自励发电即磁场电流由发电机本人供应。此时磁场电路为：发电机定子绕组正极管点火开关SW 晶体管VT2c e 调理器“磁场端子“F 发电机磁场绕组Wj 发电机负极管定子绕组。当发电机电压升高到调理电压上限值U2时，稳压管VS导通，其任务电流从晶体管VT1基极流人，并从VT1发射极流出。由于稳压管VS的任务电流就是VT1的基极电流，所以VT1导通。当VT1导通时，VT2发射极几乎被短路，流过电阻R3的电流经VT1集电极和发射极构成回路，VT2因无基极电流而截止，

30、磁场电流被切断，磁极磁通迅速减小，发电机电压迅速下降。当发电机电压降到调理电压下限值U1时，稳压管VS截止，VT1随之截止，其集电极电位升高，发电机又经R3向VT2提供基极电流使VT2导通，磁场电流接通，磁极磁通增大，发电机电压重又升高，开场新一轮循环。外搭铁型电子调理器，接通与切断磁场电流的大功率晶体管VT2串联在磁场绕组与调理器搭铁端子“E之间，任务原理与内搭铁型电子调理器根本一样。外搭铁型电子调理器根本电路图中ns为开场任务转速，称为任务下限。当发电机转速超越任务下限时，开关晶体管随转速升高，相对导通率减小，磁场电流减小，从而使发电机输出电压稳定，电子调理器就是利用晶体管的开关特性来调理发电机电压的。当大功率开关晶体管截止时，磁场电流被切断，发电机仅靠剩磁发电，而交流发电机剩磁磁通很小，所以调理器的任务上限很高，调理范围很大。电子调理器任务特性曲线5调理器