介绍交流发电机设计、内部结构和绕组设计相关

1、交流发电机设计、内部结构和绕组交流发电机设计、内部结构和绕组设计相关设计相关本文档介绍了本文档介绍了汽车发电机汽车发电机与整车电器的功率选与整车电器的功率选择、安装位置、汽车发电机各零部件组成、交择、安装位置、汽车发电机各零部件组成、交流电机绕组的设计流电机绕组的设计汽车发电机总成设计指南汽车发电机总成设计指南一、总成说明一、总成说明1.1发电机总成轮廓图、发电机总成轮廓图、组成组成图图1.1.螺母螺母 2. 2.带轮带轮 3. 3.前端盖前端盖 4. 4.滚动轴承滚动轴承 5. 5.转子转子 6. 6.垫圈垫圈 7. 7.定子定子 8. 8.刷架刷架 9. 9.后端盖后端盖 1.2 发电机总

2、成的功用发电机总成的功用 在发动机正常工作情况下，发电机对点火系即用在发动机正常工作情况下，发电机对点火系即用电设备供电，同时对蓄电池充电。电设备供电，同时对蓄电池充电。 1.3适用范围适用范围 适用汽油机、柴油机的发电机总成的设计。适用汽油机、柴油机的发电机总成的设计。 二、发电机总成设计二、发电机总成设计 1 设计原则。设计原则。 发电机总成要满足整车用电负荷的要求。发电机总成要满足整车用电负荷的要求。 发电机总成要满足在整个轮系上消耗的动能。发电机总成要满足在整个轮系上消耗的动能。 2 发电机总成零件设计参数确认发电机总成零件设计参数确认（如：如：台架性能试台架性能试验验数据、怠速输出电

3、流、数据、怠速输出电流、噪声噪声 ，如，如输出电流、输出电输出电流、输出电压、转速）压、转速） 2.1对样车发电机总成对样车发电机总成的的噪声噪声确认确认、怠速输出、怠速输出电流、电流、6000转试摸底试验。对有样车或样件的转试摸底试验。对有样车或样件的点火系统开发初期，对样件进行噪声测试，主点火系统开发初期，对样件进行噪声测试，主要是发电机总称的带轮与多楔带的加减速噪音要是发电机总称的带轮与多楔带的加减速噪音、发电机总成的滚动轴承噪音与扇叶进行声音、发电机总成的滚动轴承噪音与扇叶进行声音标定，确定样品。驾驶原车进行主观感受评价标定，确定样品。驾驶原车进行主观感受评价，了解原系统的噪声水平与整

4、车电器的使用情，了解原系统的噪声水平与整车电器的使用情况，为以后产品开发提供主观评价接受标准。况，为以后产品开发提供主观评价接受标准。 2.2件台架性能试验（输出电流、输出电压、转件台架性能试验（输出电流、输出电压、转速）速） 选择有试验能力的供应商，在供应商处与供应选择有试验能力的供应商，在供应商处与供应商一起对产品结构和工艺分析，并对原件的输商一起对产品结构和工艺分析，并对原件的输出电流、输出电压、转速等进行测试。为后期出电流、输出电压、转速等进行测试。为后期 开发提供数据基础。开发提供数据基础。 3发电机选配发电机选配 3.1确定发电机总成与整车电器的连接原理图确定发电机总成与整车电器的

5、连接原理图 3.2安装方式、空间位置和周围环境的选择安装方式、空间位置和周围环境的选择。随着现代随着现代汽车的小型轻量化，汽车发动机仓的空间变锝越来越汽车的小型轻量化，汽车发动机仓的空间变锝越来越小，要求部件也要小。而发电机的直径和轴向长度对小，要求部件也要小。而发电机的直径和轴向长度对于输出功率有一最佳值，但由于受空间的制约，有时于输出功率有一最佳值，但由于受空间的制约，有时不得不使用体积较小的发电机。不得不使用体积较小的发电机。 因此选择多大的发电机（包括径向和轴向大小），必因此选择多大的发电机（包括径向和轴向大小），必须同时考虑安装空间与保证输出两方面的问题。发电须同时考虑安装空间与保证

6、输出两方面的问题。发电机安装必须保证便于安装和拆卸，远离发电机的发热机安装必须保证便于安装和拆卸，远离发电机的发热部件，以提高发电机的输出功率。通常发电机安装在部件，以提高发电机的输出功率。通常发电机安装在发动机的前面，以便于风扇的冷却。发动机的前面，以便于风扇的冷却。 发电机周围环境对其寿命至管重要，环境温度应尽量发电机周围环境对其寿命至管重要，环境温度应尽量低，并注意改善通风条件，以保证发电机热态输出和低，并注意改善通风条件，以保证发电机热态输出和半导体器件不受影响，必要时可采取隔热措施。尘埃半导体器件不受影响，必要时可采取隔热措施。尘埃、泥土和水影响发电机的使用寿命，一般应优先考虑、泥土

7、和水影响发电机的使用寿命，一般应优先考虑将发电机装在尽量距地面高的位置。否则，应采取将发电机装在尽量距地面高的位置。否则，应采取防防尘防水措施。发动机的振动对发电机的影响也不可忽尘防水措施。发动机的振动对发电机的影响也不可忽视。应选择合适结构的发电机安装挂耳，避免发生共视。应选择合适结构的发电机安装挂耳，避免发生共振。同时应注意提高安装支架的刚性。振。同时应注意提高安装支架的刚性。确定发电机的安装位置确定发电机的安装位置 3.3发电机输出功率（电流）的选择：发电机输出功率（电流）的选择： 发电机功率的发电机功率的选择选择，应应保证供给用电设备电能和满足蓄电池充电保证供给用电设备电能和满足蓄电池

8、充电的要求。但汽车上用电设备种类多，工作时间难以确定，所以计的要求。但汽车上用电设备种类多，工作时间难以确定，所以计算发电机需要的功率比较困难算发电机需要的功率比较困难。 一般一般应遵循以下原则应遵循以下原则： 热态最大输出功率大于夜间常用负荷（热态最大输出功率大于夜间常用负荷（130%150%）；）； 怠速时输出电流大于发动机点火系统和供油系统所需要的电流；怠速时输出电流大于发动机点火系统和供油系统所需要的电流； 常用行使速度（常用行使速度（4050km/h）时的输出功率大于夜间常用负荷；）时的输出功率大于夜间常用负荷； 大城市堵车时的实际输出功率大于夜间常用负荷大城市堵车时的实际输出功率大

9、于夜间常用负荷。 此外，还要考虑以下几点：此外，还要考虑以下几点： 空调系统、音响设备等提高舒适性装置的负荷；空调系统、音响设备等提高舒适性装置的负荷； 发电机环境温度每上升发电机环境温度每上升10，发电机输出功率下降，发电机输出功率下降2%3%； 车辆电源线的电压稳定度和车用电子装置的要求。车辆电源线的电压稳定度和车用电子装置的要求。 通常计算交流发电机电量：通常计算交流发电机电量： 在发动机工作循环的选择上一般仍以在发动机工作循环的选择上一般仍以ECE15工况工况法则为依据。法则为依据。因此在电能平衡计算中，我们采用因此在电能平衡计算中，我们采用ECE15法则中规定的工况作法则中规定的工况

10、作为我们发动机的典型工作循环。为我们发动机的典型工作循环。 ECE循环的情况如图循环的情况如图2所示。所示。153260图图2然后应用公式：然后应用公式： ne ne RgjiVk式中式中 k k比例常数；比例常数； V V车速，车速，Km/hKm/h； i i传动系的传动比；传动系的传动比； gj gj齿轮箱在齿轮箱在j j档时档时的传动比的传动比; ; R R车轮动态半径；车轮动态半径； ne ne发动机转速，发动机转速， r/min r/min 便可得出对应的转速分布曲线，如图便可得出对应的转速分布曲线，如图3所示。所示。对于这种非规则转速，我们可以按秒逐点求出交流发电机在该转速下的对于

11、这种非规则转速，我们可以按秒逐点求出交流发电机在该转速下的电流，再取平均，即电流，再取平均，即：I I tneeigfii)/(1式中：式中：t t单循环所用的时间，单循环所用的时间，SpSp对于对于EOE15EOE15工况，工况，t t195s195s；ig/eig/e交流发电机交流发电机/ /发动机转速比发动机转速比nene发动机转速发动机转速这个平均电流这个平均电流 就是我们所需要的额定电流就是我们所需要的额定电流IgIg。 3.4整车电流的计算整车电流的计算 整车的基本负载应该是对各负载先分别加权再求和。数学表达式整车的基本负载应该是对各负载先分别加权再求和。数学表达式如下：如下： I

12、c整车基本负载的电流整车基本负载的电流; Ki第第i个负载的加权系数个负载的加权系数; Ii第第i个负载在个负载在13v下的电流下的电流. 下面列出桑塔纳轿车的主要负载和相应的加权系数（见表下面列出桑塔纳轿车的主要负载和相应的加权系数（见表1） 其中小件为制动灯，闪光灯各其中小件为制动灯，闪光灯各20再加上收音机。再加上收音机。 考虑到负载的各种组合和用户对选装件的不同要求，为使问题简考虑到负载的各种组合和用户对选装件的不同要求，为使问题简明起见，定义一个基本负载明起见，定义一个基本负载IB1、IB2，其中，其中IB1等于发动机、冷等于发动机、冷却风扇、后风窗加热、刮雨器、鼓风机、灯、后雾灯、

13、前雾灯、却风扇、后风窗加热、刮雨器、鼓风机、灯、后雾灯、前雾灯、小件和选择小件和选择1之和；之和；IB2等于发动机、进气预热、后风窗加热、鼓等于发动机、进气预热、后风窗加热、鼓风机、刮雨器、灯、后雾灯、前雾灯、小件、选择风机、刮雨器、灯、后雾灯、前雾灯、小件、选择1之和。之和。 区分区分IB1和和IB2主要是使问题细化。主要是使问题细化。IB1代表比较炎热地区的情况代表比较炎热地区的情况，IB2代表寒热地区的情况。代表寒热地区的情况。IikiIc序号序号名称名称I（A）加权加权1发动机4.512进气管预热2413冷却风扇12.50.54后风窗加热13.815刮雨一档216鼓风机230.47灯1

14、018选择1009后雾灯1.80.2510前雾灯9.20.2511小件2.5112驾驶员座椅加热6113副驾驶员座椅加热6114空调11.6115选择选择200整车在不同季节和环境下的用电量3 . 5传动比的选择传动比的选择 为充分发挥发电机的特性，减小质量和尺寸，传动比一般取得较大。但它为充分发挥发电机的特性，减小质量和尺寸，传动比一般取得较大。但它受以下因素制约：受以下因素制约：A）发电机皮带轮的最小允许直径和发电机皮带轮的最大允许直径；）发电机皮带轮的最小允许直径和发电机皮带轮的最大允许直径；B）皮带寿命；）皮带寿命；发电机连续使用最高转速发电机连续使用最高转速轴承及电刷寿命轴承及电刷寿

15、命怠速运行时的输出电流怠速运行时的输出电流现代汽车的传动比约为现代汽车的传动比约为1.733.6根据根据整车用电量确定发电机的定子尺寸整车用电量确定发电机的定子尺寸，并并确定发电机总成的外形安装尺寸与带轮轮整个轮系的位置。确定发电机总成的外形安装尺寸与带轮轮整个轮系的位置。3.7根据整车线束走向，确定发电机总成的主电源线和功能输出线的位置。根据整车线束走向，确定发电机总成的主电源线和功能输出线的位置。3.8 3.8 环境条件环境条件 需要满足的工作温度、压力范围等相需要满足的工作温度、压力范围等相关条件关条件，发电机总成设计时的工作温度在发电机总成设计时的工作温度在4040到到110110之间

16、，布置要合理，要考虑雨天不能进水，环境之间，布置要合理，要考虑雨天不能进水，环境温度不宜过高，一般要求在温度不宜过高，一般要求在8080以下。以下。3.9 3.9 影响装配位置因素影响装配位置因素3.9.1 3.9.1 发电机总成在发动机上必须固定在发动机发电机总成在发动机上必须固定在发动机或通过发动机上支架进行固定，一般要有三个定位点，或通过发动机上支架进行固定，一般要有三个定位点，不少于两紧固点。不少于两紧固点。3.9.2 3.9.2 紧固螺栓的位置要利于工人装配和装配工具回紧固螺栓的位置要利于工人装配和装配工具回转空间使用。转空间使用。3.10 3.10 根据粗模型，对发电机进行按机械件

17、与电根据粗模型，对发电机进行按机械件与电器件的结构和工艺特性，进行配合详细设计，器件的结构和工艺特性，进行配合详细设计，这过程中要保证发电机总成在带变速箱上的发这过程中要保证发电机总成在带变速箱上的发动机上的装配性及装配点的正确。动机上的装配性及装配点的正确。3.11 3.11 将设计完的发电机总成交将设计完的发电机总成交给给总布置进行设计布置验证，进一步完善总布置进行设计布置验证，进一步完善和冻结数模。和冻结数模。 交流发电机及调节器交流发电机及调节器 概述概述 交流发电机的工作原理交流发电机的工作原理 交流发电机的结构交流发电机的结构 交流发电机的工作特性交流发电机的工作特性 交流发电机的

18、电压调节器交流发电机的电压调节器 交流发电机与调节器使用与维护交流发电机与调节器使用与维护学习目标学习目标 了解交流发电机的功用、分类；了解交流发电机的功用、分类； 掌握发电机的结构、工作原理掌握发电机的结构、工作原理; ; 掌握汽车充电系的组成、电路掌握汽车充电系的组成、电路; ; 了解调节器的工作原理；了解调节器的工作原理； 掌握调节器的检测方法掌握调节器的检测方法 第一节第一节 交流发电机的结构交流发电机的结构 交流发电机一般由转子、定子、整流交流发电机一般由转子、定子、整流器、端盖四部分组成。器、端盖四部分组成。 JF132JF132型交流发电机组件图见图型交流发电机组件图见图交流发电

19、机的结构交流发电机的结构转子结构图转子结构图转子转子 转子轴上压装着两块爪转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有六个极，两块爪极各有六个鸟嘴形磁极鸟嘴形磁极, ,爪极空腔内爪极空腔内装有磁场绕组装有磁场绕组 ( (转子线转子线圈圈) )和磁轭。和磁轭。 集电环由两个彼此绝缘集电环由两个彼此绝缘的铜环组成，集电环压的铜环组成，集电环压装在转子轴上并与轴绝装在转子轴上并与轴绝缘，两个集电环分别与缘，两个集电环分别与磁场绕组的两端相连。磁场绕组的两端相连。二、定子二、定子 定子的功用定子的功用是产生交流是产生交流电。电。 定子由定子定子由定子铁心和定子铁心和定子绕组成。见绕组成。见图图定子定子 定子铁

20、心由内圈带槽的硅定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。线就嵌放在铁心的槽中。 定子绕组有三相，三相绕定子绕组有三相，三相绕组采用星形接法或三角形组采用星形接法或三角形（大功率）接法，都能产（大功率）接法，都能产生三相交流电。生三相交流电。 三相绕组的必须按一定要三相绕组的必须按一定要求绕制求绕制, ,才能使之获得频才能使之获得频率相同、幅值相等、相位率相同、幅值相等、相位互差互差120120的三相电动势。的三相电动势。 第二节第二节 概述概述 一、发电机的功用一、发电机的功用 发电机是汽车的主发电机是汽车的主要电源，其功用是在发要电源，其功用是

21、在发动机正常运转时（怠速动机正常运转时（怠速以上），向所有用电设以上），向所有用电设备（起动机除外）供电，备（起动机除外）供电，同时向蓄电池充电同时向蓄电池充电。(见见图图2-1)一、发电机的功用一、发电机的功用二、发电机的分类二、发电机的分类 汽车用发电机可分为直流发电机和交流发汽车用发电机可分为直流发电机和交流发电机。电机。 由于交流发电机在许多方面优于直流发电由于交流发电机在许多方面优于直流发电机，直流发电机已被淘汰，目前所有汽车机，直流发电机已被淘汰，目前所有汽车均采用交流发电机，交流发电机按照不同均采用交流发电机，交流发电机按照不同的分类方法分为以下几类：的分类方法分为以下几类：1

22、1. .按结总体结构分五类按结总体结构分五类 普通交流发电机普通交流发电机( (使用时需要配装电压调节器的使用时需要配装电压调节器的发电机发电机) ) 例例JF132 JF132 （EQ140EQ140用）用） 整体式交流发电机整体式交流发电机( (发电机和调节器制成一个整发电机和调节器制成一个整体的发电机体的发电机) ) 例别克轿车的发动机上装配的是例别克轿车的发动机上装配的是CSCS型发电机型发电机 带泵交流发电机带泵交流发电机( (和汽车制动系统用真空助力泵和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起的发电机安装在一起的发电机) ) 例例JFZB292JFZB292发电机。发电机。 无刷交流发电

23、机无刷交流发电机( (不需要电刷的发电机不需要电刷的发电机) ) 例例JFW1913JFW1913 永磁交流发电机永磁交流发电机( (磁极为永磁铁制成的发电机磁极为永磁铁制成的发电机) ) 发电机插图发电机插图2 2. .按整流器结构分四类按整流器结构分四类 六管交流发电机六管交流发电机 例例JF1522JF1522（东风汽车用）东风汽车用） 八管交流发电机八管交流发电机 例例JFZ1542JFZ1542（天津夏利汽天津夏利汽车用）车用） 九管交流发电机九管交流发电机 例（日本日立、三凌、马例（日本日立、三凌、马自达汽车用）自达汽车用） 十一管交流发电机十一管交流发电机 例例JFZ1913ZJ

24、FZ1913Z（奥迪、桑奥迪、桑塔纳汽车用）塔纳汽车用）3 3. .按磁场绕组搭铁形式两分类按磁场绕组搭铁形式两分类 内搭铁型交流发电机内搭铁型交流发电机 磁场绕组的一端（负磁场绕组的一端（负极）直接搭铁（和壳体相联）极）直接搭铁（和壳体相联） 外搭铁型交流发电机外搭铁型交流发电机 磁场绕组的一端（负磁场绕组的一端（负极）接入调节器，通过调节器后再搭铁。极）接入调节器，通过调节器后再搭铁。三、交流发电机的型号三、交流发电机的型号 根据中华人民共和国汽车行业标准根据中华人民共和国汽车行业标准QC/T73-QC/T73-9393汽车电器设备产品型号编制方法的汽车电器设备产品型号编制方法的规定，汽车

25、交流发电机型号组成如下规定，汽车交流发电机型号组成如下：1 1. . 产品代号产品代号 产品代号用中文字母表示，例：产品代号用中文字母表示，例： JFJF普通交流发电机普通交流发电机 JFZJFZ整体式（调节器内置）交流发电机整体式（调节器内置）交流发电机 JFBJFB带泵的交流发电机带泵的交流发电机 JFWJFW无刷交流发电机无刷交流发电机2 2. . 电压等级代号电压等级代号 电压等级代号用一位阿拉伯数字表示，电压等级代号用一位阿拉伯数字表示， 1 1表示表示1212V V系统系统 2 2表示表示2424V V系统系统 6 6表示表示6 6V V系统系统第二节第二节 交流发电机工作原理交流

26、发电机工作原理 交流发电原理交流发电原理 整流原理整流原理交流发电机发电原理图交流发电机发电原理图一、交流发电原理一、交流发电原理 1 1. .在发电机内部有一个在发电机内部有一个由发动机带动转子（旋由发动机带动转子（旋转磁场）转磁场） 2 2. .磁场外有一个定子绕磁场外有一个定子绕组组, , 绕组有绕组有3 3组线圈组线圈(3(3相绕组相绕组) )，3 3相绕组彼此相绕组彼此相隔相隔120120度度 3 3. .当转子旋转时，旋转当转子旋转时，旋转的磁场使固定的电枢绕的磁场使固定的电枢绕组切割磁力线（或者说组切割磁力线（或者说使电枢绕组中通过的磁使电枢绕组中通过的磁通量发生变化）而产生通量

27、发生变化）而产生电动势电动势。定子定子3 3相绕组感生电动势的大小为：相绕组感生电动势的大小为： 其中：其中：E m -E m -每相电动势的最大值每相电动势的最大值 -电角速度电角速度 f-f-交流电动势的频率（为转速的函数）交流电动势的频率（为转速的函数） p-p-磁极对数磁极对数 n-n-发电机转速（发电机转速（r/minr/min） E-E-每相电动势的有效值每相电动势的有效值定子每相电动势的有效值定子每相电动势的有效值 K-K-绕组系数绕组系数( (和发电机定子绕组的绕线方法有关和发电机定子绕组的绕线方法有关 ) ) N-N-每项匝数（匝）每项匝数（匝） -每极磁通（每极磁通（WbW

28、b） Ce-Ce-电机结构常数电机结构常数交流电动势波形交流电动势波形 交流电动势的交流电动势的幅值是发电机幅值是发电机转速的函数。转速的函数。 因此，当转速因此，当转速n n变化时，三相变化时，三相电动势的波形电动势的波形为变频率、变为变频率、变幅值的交流波幅值的交流波形。形。二、整流原理二、整流原理 交流发电机定子的三相交流发电机定子的三相绕组中，感应产生的是绕组中，感应产生的是交流电交流电 是靠六只二极管组成的是靠六只二极管组成的三相桥式整流电路变为三相桥式整流电路变为直流电的。直流电的。 二极管具有单项导电性二极管具有单项导电性, ,当给二极管加上正向电当给二极管加上正向电压时压时,

29、,二极管导通二极管导通, , 当给当给二极管加上反向电压时二极管加上反向电压时, ,二极管截止二极管截止, ,二极管的导二极管的导通原则如下通原则如下: :二极管的导通原则二极管的导通原则 当三只二极管负极端当三只二极管负极端相连时，正极端电位相连时，正极端电位最高者导通；最高者导通； 当三只二极管正极端当三只二极管正极端相连时，负极端电位相连时，负极端电位最低者导通。最低者导通。2 2. .整流过程分析整流过程分析整流时二极管导通条件整流时二极管导通条件 对于三个对于三个正极正极管子（管子（D1D1、D3D3、D5D5正极和定正极和定子绕组始端相联），在某瞬时，电压最高子绕组始端相联），在某

30、瞬时，电压最高一相的正极管导通。一相的正极管导通。 对于三个负极管子（对于三个负极管子（D2D2、D4D4、D6D6负极和定负极和定子绕组始端相联），在某瞬时，电压最低子绕组始端相联），在某瞬时，电压最低一相的负极管导通。一相的负极管导通。 但同时导通的管子总是两个，正、负管子但同时导通的管子总是两个，正、负管子各一个。各一个。整流过程整流过程 三相桥式整流电路中二极管的依次循环导三相桥式整流电路中二极管的依次循环导通通, ,使得负载使得负载RLRL两端得到一个比较平稳的脉两端得到一个比较平稳的脉动直流电压。动直流电压。 发电机输出的直流电压平均值为：发电机输出的直流电压平均值为： U=1.3

31、5UL=2.34U(Y)U=1.35UL=2.34U(Y)3 3. .中性点电压中性点电压 有的发电机具有中性点有的发电机具有中性点接线柱，如图，是从三接线柱，如图，是从三相绕组的中性点引出来相绕组的中性点引出来的，标记为的，标记为“N N”。输出输出电压为电压为UNUN，称为中性点称为中性点电压电压 图图4-30b4-30b带中心抽头的交带中心抽头的交流发电机流发电机 中性点电压的瞬时值是中性点电压的瞬时值是一个三次谐波电压，中一个三次谐波电压，中性点电压的平均值为发性点电压的平均值为发电机输出电压（平均值）电机输出电压（平均值）的一半的一半中性点电压中性点电压中性点作用中性点作用 带有中性

32、点接线柱的带有中性点接线柱的发电机可用中性点电发电机可用中性点电压来控制各种用途的压来控制各种用途的继电器。继电器。 有的发电机没有中性有的发电机没有中性点接线柱，但是也把点接线柱，但是也把中性点电压充分的利中性点电压充分的利用了（如夏利、桑塔用了（如夏利、桑塔纳发电机），这些发纳发电机），这些发电机在中性点处接上电机在中性点处接上两只整流二极管，和两只整流二极管，和三相绕组的六只整流三相绕组的六只整流二极管一道输出，可二极管一道输出，可提高发电机功率。提高发电机功率。第三节第三节 交流发电机的结构交流发电机的结构 交流发电机一般由转子、定子、整流交流发电机一般由转子、定子、整流器、端盖四部分

33、组成。器、端盖四部分组成。 JF132JF132型交流发电机组件图见图型交流发电机组件图见图交流发电机的结构交流发电机的结构交流发电机的结构交流发电机的结构交流发电机的电路交流发电机的电路一、转子一、转子 转子的功用是产生旋转磁场。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、转子由爪极、磁轭、磁场绕组、集电环、转子轴组成，见图。转子轴组成，见图。转子结构图转子结构图转子转子 转子轴上压装着两块爪转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有六个极，两块爪极各有六个鸟嘴形磁极鸟嘴形磁极, ,爪极空腔内爪极空腔内装有磁场绕组装有磁场绕组 ( (转子线转子线圈圈) )和磁轭。和磁轭。 集电

34、环由两个彼此绝缘集电环由两个彼此绝缘的铜环组成，集电环压的铜环组成，集电环压装在转子轴上并与轴绝装在转子轴上并与轴绝缘，两个集电环分别与缘，两个集电环分别与磁场绕组的两端相连。磁场绕组的两端相连。交流发电机磁路交流发电机磁路 交流发电机的磁路为：磁轭交流发电机的磁路为：磁轭N N极极转子与定子之间的转子与定子之间的气隙气隙定子定子定子与转子间定子与转子间的气隙的气隙S S极极磁轭。磁轭。转子产生旋转磁场转子产生旋转磁场 当两集电环通入当两集电环通入直流电时（通过直流电时（通过电刷），磁场绕电刷），磁场绕组中就有电流通组中就有电流通过，并产生轴向过，并产生轴向磁通，使爪极一磁通，使爪极一块被磁化

35、为块被磁化为N N极，极，另一块被磁化为另一块被磁化为S S极，从而形成六极，从而形成六对相互交错的磁对相互交错的磁极。当转子转动极。当转子转动时，就形成了旋时，就形成了旋转的磁场。转的磁场。二、定子二、定子 定子的功用定子的功用是产生交流是产生交流电。电。 定子由定子定子由定子铁心和定子铁心和定子绕组成。见绕组成。见图图定子定子 定子铁心由内圈带槽的硅定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。线就嵌放在铁心的槽中。 定子绕组有三相，三相绕定子绕组有三相，三相绕组采用星形接法或三角形组采用星形接法或三角形（大功率）接法，都能产（大功率）接法，都能产

36、生三相交流电。生三相交流电。 三相绕组的必须按一定要三相绕组的必须按一定要求绕制求绕制, ,才能使之获得频才能使之获得频率相同、幅值相等、相位率相同、幅值相等、相位互差互差120120的三相电动势。的三相电动势。定子绕组定子绕组 1 1 . .每个线圈的两个有效边之间的距离应和每个线圈的两个有效边之间的距离应和一个磁极占据的空间距离相等。一个磁极占据的空间距离相等。 2 2 . .每相绕组相邻线圈始边之间的距离应和每相绕组相邻线圈始边之间的距离应和一对磁极占据的距离相等或成倍数。一对磁极占据的距离相等或成倍数。 3 3. . 三相绕组的始边应相互间隔三相绕组的始边应相互间隔2 2+120o+1

37、20o电电角度（一对磁极占有的空间为角度（一对磁极占有的空间为360360o o电角度）电角度）JF13交流发电机三相绕组绕制交流发电机三相绕组绕制 结构参数如下：结构参数如下： 磁极对数磁极对数p 6p 6对；定子对；定子槽数槽数z 36z 36槽槽 定子绕组相数定子绕组相数3 3相；每个线圈匝数相；每个线圈匝数N 13N 13匝匝 绕组联结方法绕组联结方法 Y Y型联结型联结发电机定子展开图发电机定子展开图三、整流器三、整流器 交流发电机整流器的作交流发电机整流器的作用是将定子绕组的三相用是将定子绕组的三相交流电变为直流电交流电变为直流电 6 6管交流发电机的整流管交流发电机的整流器是由器

38、是由6 6只硅整流二极只硅整流二极管组成三相全波桥式整管组成三相全波桥式整流电路流电路 6 6只整流管分别压装只整流管分别压装（或焊装）在两块板上。（或焊装）在两块板上。整流器电路整流器电路汽车用硅整流二极管特点汽车用硅整流二极管特点 工作电流大，正向平均电流工作电流大，正向平均电流5050A A，浪涌电流浪涌电流600600A A； 反向电压高，反向重复峰值反向电压高，反向重复峰值电压电压270270V V，反向不重复峰值反向不重复峰值电压电压300300V V； 只有一根引线见图。并且有只有一根引线见图。并且有的二极管引线是正极，有的的二极管引线是正极，有的二极管引线是负极，二极管引线是负

39、极，引出线引出线为为正极正极的管子叫的管子叫正极管正极管，引，引出线为负极的管子叫负极管，出线为负极的管子叫负极管，所以说整流二极管有正二极所以说整流二极管有正二极管和负二极管之分。管和负二极管之分。汽车用二极管结构汽车用二极管结构整流管的安装整流管的安装 将正极管安装在一块铝制散热板上，称为将正极管安装在一块铝制散热板上，称为正整流板；正整流板； 将负极管安装另一块铝制散热板上，称为将负极管安装另一块铝制散热板上，称为负整流板，也可用发电机后盖代替负整流负整流板，也可用发电机后盖代替负整流板。见图。板。见图。二极管安装示意图二极管安装示意图整流管的安装整流管的安装 在正整流板上有一个在正整流

40、板上有一个输出接线柱输出接线柱B B（发电发电机的输出端）。机的输出端）。 负整流板上直接搭铁。负整流板上直接搭铁。负整流板上一定和壳负整流板上一定和壳体相联接。体相联接。 整流板的形状各异，整流板的形状各异，有马蹄形、长方形、有马蹄形、长方形、半圆形等见图半圆形等见图整流管的安装整流管的安装四、端盖四、端盖 端盖一般分两部分（前端盖端盖一般分两部分（前端盖和后端盖），起固定转子、和后端盖），起固定转子、定子、整流器和电刷组件的定子、整流器和电刷组件的作用。作用。 端盖一般用端盖一般用铝合金铝合金铸造，一铸造，一是可有效的防止漏磁，二是是可有效的防止漏磁，二是铝合金散热性能好。铝合金散热性能好

41、。 后端盖上装有电刷组件，有后端盖上装有电刷组件，有电刷、电刷架和电刷弹簧组电刷、电刷架和电刷弹簧组成。电刷的作用是将电源通成。电刷的作用是将电源通过集电环引入磁场绕组。过集电环引入磁场绕组。电刷架电刷架电刷架电刷架五、磁场绕组的内搭铁型和外搭铁五、磁场绕组的内搭铁型和外搭铁 内搭铁型发电机：磁内搭铁型发电机：磁场绕组负电刷直接搭场绕组负电刷直接搭铁的发电机（和壳体铁的发电机（和壳体直接相连）。外搭铁直接相连）。外搭铁型发电机：磁场绕组型发电机：磁场绕组的两只电刷都和壳体的两只电刷都和壳体绝缘的发电机。绝缘的发电机。 外搭铁型发电机的磁外搭铁型发电机的磁场绕组负极（负电刷）场绕组负极（负电刷）

42、接调节器，通过后再接调节器，通过后再搭铁。搭铁。磁场绕组的内搭铁型和外搭铁磁场绕组的内搭铁型和外搭铁六、六、8管交流发电机管交流发电机 8 8管交流发电机管交流发电机（如夏利车用）（如夏利车用）和和6 6管交流发电管交流发电机的基本机构机的基本机构是相同的，所是相同的，所不同的是整流不同的是整流器有器有8 8只硅整流只硅整流二极管二极管8管交流发电机管交流发电机 其中其中6 6只组成三相全波桥只组成三相全波桥式整流电路，还有式整流电路，还有2 2只是只是中性点二极管，中性点二极管，1 1只正极只正极管接在中性点和正极之管接在中性点和正极之间，间，1 1只负极管接在中性只负极管接在中性点和负极，

43、对中性点电点和负极，对中性点电压进行全波整流。压进行全波整流。 试验表明试验表明：加装中性点：加装中性点二极管的交流发电机在二极管的交流发电机在结构不变的情况下可以结构不变的情况下可以提高提高发电机的功率发电机的功率10%10%15%15%。之间。之间。中性点二极管提高发电机功率的原理中性点二极管提高发电机功率的原理 交流发电机交流发电机中性点电压中性点电压为三次谐波，为三次谐波，随着发电机随着发电机转速的提高，转速的提高，中性点三次中性点三次谐波电压也谐波电压也升高。升高。中性点二极管提高发电机功率的原理中性点二极管提高发电机功率的原理 当中性点电压瞬时值高于当中性点电压瞬时值高于三相绕组的

44、最高值时，中三相绕组的最高值时，中性点正极管导通对外输出性点正极管导通对外输出电流；电流回路为：中性电流；电流回路为：中性点点中性点正极管中性点正极管负载负载某一负极管某一负极管定子绕组定子绕组中性点。中性点。 当中性点电压瞬时值低于当中性点电压瞬时值低于三相绕组的最低值时，中三相绕组的最低值时，中性点负极管导通对外输出性点负极管导通对外输出电流；电流回路：中性点电流；电流回路：中性点定子绕组定子绕组某一正极管某一正极管负载负载中性点负极管中性点负极管中性点。中性点。七、七、9 9管交流发电机管交流发电机 9 9管交流发电机的管交流发电机的基本结构和基本结构和6 6管交管交流发电机相同，流发电

45、机相同，所不同的是整流所不同的是整流器。器。9 9管交流发电管交流发电机的整流器是由机的整流器是由6 6只大功率整流二只大功率整流二极管和极管和3 3只小功率只小功率励磁二极管组成励磁二极管组成的交流发电机。的交流发电机。9 9管交流发电机管交流发电机 其中其中6 6只大功率整流只大功率整流二极管组成三相全波二极管组成三相全波桥式整流电路，桥式整流电路，对外对外负载供电负载供电 3 3只小功率管二极管只小功率管二极管与三只大功率负极管与三只大功率负极管也组成三相全波桥式也组成三相全波桥式整流电路整流电路专门为发电专门为发电机磁场供电。机磁场供电。所以称所以称3 3只小功率管为励磁只小功率管为励

46、磁二极管二极管。八、八、1111管交流发电机管交流发电机（如桑塔纳车用发电机）（如桑塔纳车用发电机） 1111管交流发管交流发电机的整流电机的整流器由器由8 8只大功只大功率整流二极率整流二极管（其中管（其中2 2只只中性点二极中性点二极管）和管）和3 3只磁只磁场二极管组场二极管组成。其它结成。其它结构和构和6 6管交流管交流发电机相同。发电机相同。1111管交流发电机管交流发电机 1111管交流发电管交流发电机的整流器，机的整流器，相当于相当于9 9管交流管交流发电机的整流发电机的整流器加器加2 2只中性点只中性点整流管。整流管。 由于由于1111管交流管交流发电机既能提发电机既能提高率高

47、率又使充电又使充电指示灯电路简指示灯电路简化，因此应用化，因此应用较广。较广。九、无刷交流发电机九、无刷交流发电机 由于没有电刷和集电环，由于没有电刷和集电环，所以不会因为电刷和集所以不会因为电刷和集电环的磨损和接触不良电环的磨损和接触不良造成激磁不稳定或发电造成激磁不稳定或发电机不发电等故障；同时机不发电等故障；同时工作时无火花，也减小工作时无火花，也减小了无线电干扰。了无线电干扰。 无刷交流发电机分为爪无刷交流发电机分为爪极式、激磁机式和永磁极式、激磁机式和永磁式三种。式三种。第四节、交流发电机工作特性第四节、交流发电机工作特性 交流发电机的励磁交流发电机的励磁 交流发电机的工作特性交流发

48、电机的工作特性 一、交流发电机的励磁一、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，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。磁场绕组通电才会有磁场产生。 将电源引入到磁场绕组使之产生磁场称为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励磁，交流发电机励磁方式有自励和他励两种。两种。他励他励 在发动机起在发动机起动期间，需动期间，需要蓄电池供要蓄电池供给发电机磁给发电机磁场电流生磁场电流生磁使

49、发电机发使发电机发电。这种供电。这种供给磁场电流给磁场电流的方式称为的方式称为他励发电。他励发电。自励自励 随着转速的提高，随着转速的提高，发电机的电动势逐发电机的电动势逐渐升高并能对外输渐升高并能对外输出，出， 一般在发动机怠速一般在发动机怠速时发电机就能对外时发电机就能对外供电供电 当发电机能对外供当发电机能对外供电时，就可以把自电时，就可以把自身发的电供给磁场身发的电供给磁场绕组生磁发电，这绕组生磁发电，这种供给磁场电流的种供给磁场电流的方式称为自励。方式称为自励。内搭铁交流发电机励磁电路内搭铁交流发电机励磁电路外搭铁交流发电机励磁电路外搭铁交流发电机励磁电路充电指示灯的作用充电指示灯的

50、作用 在某些充电系电路中，在某些充电系电路中，接有充电指示灯，其接有充电指示灯，其作用是：作用是： 指示发电机是否有指示发电机是否有故障；故障； 警告驾驶员停车后警告驾驶员停车后关断点火开关。关断点火开关。 电流表的作用？电流表的作用？6管交流发电机电源系电路管交流发电机电源系电路九管交流发电机电源系电路九管交流发电机电源系电路九管交流发电机电源系电路九管交流发电机电源系电路 在发动机起动期间，在发动机起动期间，发电机电压发电机电压( (为为0 0)UD+)UD+蓄电池电压蓄电池电压时，整流二极管截时，整流二极管截止，发电机不能对止，发电机不能对外输出，由蓄电池外输出，由蓄电池供给磁场电流。路

51、供给磁场电流。路径：蓄电池径：蓄电池+点火点火开关开关充电指示灯充电指示灯调节器调节器磁场绕磁场绕组组搭铁搭铁蓄电池蓄电池- -。充电指示灯亮充电指示灯亮九管交流发电机电源系电路九管交流发电机电源系电路 当发动机转速升高当发动机转速升高到怠速及其以上时，到怠速及其以上时，发电机应能正常发发电机应能正常发电并对外输出，此电并对外输出，此时，发电机电压时，发电机电压蓄电池电压，发电蓄电池电压，发电机自励。机自励。UB=UD+UB=UD+，充电指示灯两端压充电指示灯两端压降为零，灯熄灭降为零，灯熄灭, ,若若没有熄灭没有熄灭, ,说明发电说明发电机有故障或充电指机有故障或充电指示灯电路有搭铁示灯电路

52、有搭铁二、交流发电机的工作特性二、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，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，其转速变化约对于一般汽油发动机来说，其转速变化约为为1 1：8 8，柴油机约为，柴油机约为1 1：5 5，因此分析汽车，因此分析汽车用交流发电机的特性必须以转速的变化为用交流发电机的特性必须以转速的变化为基础。基础。 交流发电机的特性有输出特性、空载特性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。和外特性，其中以输出特性最为重要。输出特性输出特性 输出特性是指在发输出特性是指在发电机端电压电机端电压U U不变不变（

53、对（对1212V V系列的交流系列的交流发电机规定为发电机规定为1414V V，对对2424V V 输出电流与转速之输出电流与转速之间的关系，即间的关系，即U=U=常常数时，数时，I If f（n n） 的函数关系。的函数关系。由特性曲线由特性曲线I=fI=f（n n）可以看出可以看出 （1 1）空载转速）空载转速n1n1 发电机转速小于一定发电机转速小于一定值值n1n1时，对外输出电时，对外输出电流为零。当发电机达流为零。当发电机达到额定电压并能对外到额定电压并能对外输出电流时的最小转输出电流时的最小转速为速为n1n1，称称n1n1为空载为空载转速。空载转速常用转速。空载转速常用来作为测试发

54、电机性来作为测试发电机性能的参数之一。能的参数之一。由特性曲线由特性曲线I=fI=f（n n）可以看出可以看出 （2 2）最大电流）最大电流ImaxImax 发电机输出电流能力随发电机输出电流能力随转速的升高而增大，但转速的升高而增大，但曲越来越平坦，当转速曲越来越平坦，当转速达到一定值时，无论转达到一定值时，无论转速增加多少电流都不再速增加多少电流都不再增加，即一定结构的发增加，即一定结构的发电机输出最大电流电机输出最大电流ImaxImax有一定限制。由此可见，有一定限制。由此可见，交流发电机自身具有限交流发电机自身具有限制输出电流防止过载的制输出电流防止过载的能力，又称为自我保护能力，又称

55、为自我保护能力。能力。交流发电机自我限流的原理交流发电机自我限流的原理 交流发电机定子交流发电机定子绕组具有一定的绕组具有一定的阻抗阻抗Z Z，它由绕组它由绕组的电阻的电阻r r及感抗及感抗XLXL两部分组成，两部分组成， XLXL2fL2fL交流发电机自我限流的原理交流发电机自我限流的原理 由于由于XL XL 与与n n成正比，故发电机定子绕组的阻抗成正比，故发电机定子绕组的阻抗Z Z随发电机的车速升高而增加。高速时，由于随发电机的车速升高而增加。高速时，由于R R与与XLXL相比可忽略不计，相比可忽略不计， 故阻抗故阻抗Z Z约等于约等于XLXL，定子阻抗定子阻抗Z Z与转速与转速n n成

56、正比，成正比，其值较大，产生较大的内压降。其值较大，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。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。阻的减小或转速的增加而增大。交流发电机自我限流的原理结论交流发电机自我限流的原理结论 结论结论 发电机电压（输出）一定时，发电机电流存在最发电机电压（输出）一定时，发电机电流存在最大值。（无论转速多高）大值。（无论

57、转速多高） 即发电机功率存在最大值。即发电机功率存在最大值。 限制发电机输出功率，只要限制发电机输出电压限制发电机输出功率，只要限制发电机输出电压即可。即可。 限制输出电压后，发电机转速增加，不会出现由限制输出电压后，发电机转速增加，不会出现由于电流过高，烧坏发电机的情况。于电流过高，烧坏发电机的情况。 如果发电机电压过高通常损坏用电设备。如果发电机电压过高通常损坏用电设备。输出特性输出特性 (3) (3) 额定转速额定转速n2 n2 额定电流额定电流IAIA 发电机出厂时，发电机出厂时，通过试验，规定通过试验，规定了空载转速与额了空载转速与额定转速。在使用定转速。在使用过程中，可通过过程中，

58、可通过检测这两个数据检测这两个数据来判断发电机性来判断发电机性能的好坏。能的好坏。输出特性输出特性 发电机达到额定电发电机达到额定电流流IAIA时的转速定为时的转速定为额定转速，图中用额定转速，图中用n2n2表示，额定电流表示，额定电流一般定为最大输出一般定为最大输出电流的电流的2 23 3。 空载转速与额定转空载转速与额定转速是测试交流发电速是测试交流发电机性能的重要依据。机性能的重要依据。空载特性空载特性 空载特性是研究空载特性是研究发电机在空载运发电机在空载运行时，其端电压行时，其端电压随转速变化的关随转速变化的关系，即系，即I I0 0时，时， U=fU=f（n n）的曲线，的曲线，如

59、图如图外特性外特性 外特性是研究当外特性是研究当发电机转速一定发电机转速一定时，其端电压与时，其端电压与输出电流的关系，输出电流的关系，即即n-=n-=常数时，常数时，U=fU=f（I I）的曲线，的曲线，如图所示。如图所示。外特性外特性 从外特性曲线可以从外特性曲线可以看出发电机电压受看出发电机电压受负载影响的程度：负载影响的程度： 如果发电机在高速如果发电机在高速运转时，突然失去运转时，突然失去负载，发电机电压负载，发电机电压会突然升高，致使会突然升高，致使发电机及调节器等发电机及调节器等内部电子元件有被内部电子元件有被击穿的危险。击穿的危险。第五节第五节 交流发电机的电压调节器交流发电机

60、的电压调节器 电压调节器的分类电压调节器的分类 电压调节器的调压原理电压调节器的调压原理 电子调节器结构与工作原理电子调节器结构与工作原理 电子调节器应用实例电子调节器应用实例交流发电机的电压调节器交流发电机的电压调节器 由于交流发电机的转子是由发动机通过皮带驱动由于交流发电机的转子是由发动机通过皮带驱动旋转的，且发动机和交流发电机的速比为旋转的，且发动机和交流发电机的速比为1 1. .7 73 3，因此交流发电机转子的转速变化范围非常大，这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。