汽车电子 第二章交流发电机

第二章交流发电机第二章交流发电机第一节概述第二节交流发电机的构造第三节交流发电机的工作原理第四节交流发电机的特性第五节触点式电压调节器第六节电子节电压调节器第一节概述一、发电机的作用发电机是汽车电器系统的另一个低压电源。发电机的作用是将发动机的局部机械能变成电能，向除起动机以外的所有用电设备供电，并及时对蓄电池进行补充充电。二、交流发电机的优点单机功率大，体积小，质量轻，节约铜材低速充电性能好结构简单、故障少、寿命长、维修方便调节器的结构简单很少产生干扰电波第二节交流发电机的构造

第二节交流发电机的构造目前，汽车用交流发电机主要是三相同步交流发电机。它包括交流同步发电机和硅二极管整流器两局部。 以下是交流发电机的结构示意图：一、交流发电机的结构示意图一、交流发电机的结构示意图二、交流发电机的主要组成局部转子定子前后端盖、风扇及皮带轮等1、转子转子是三相同步交流发电机的旋转磁场局部。它是由转轴、两块爪形磁极、磁轭、激磁绕组、滑环等部件构成。1、转子当转子绕组接通直流电源时，激磁绕组中便有激磁电流流过，从而时绕组产生六对相互交错的磁极。2、定子定子又称电枢，是三相同步交流发电机产生三相交流电的部件。定子由铁芯和三相绕组组成。2、定子〔定子绕组的绕线原那么〕1〕为使三相电动势大小相等，每相绕组的线圈个数和每个线圈的节距与匝数都必须完全相等。2〕为使三相电动势在相位上互差120度，三相绕组的起端A、B、C〔或末端X、Y、Z〕在定子槽内的排列，必须相隔120度电角度〔两个槽的宽度相等〕。3、端盖端盖分前端盖〔驱动端益〕和后端盖〔整流端盖〕，其作用是支承转子，安装和封闭内部构件。它们由非导磁材料铝合金制成，漏磁少，质量轻，散热性能好。端盖的中心有球轴承，外围有通风孔和组装螺孔。

3.1前端盖前端盖的外侧为驱动发电机旋转的皮带轮，所以又称驱动端盖。3.2后端盖后端盖内装有电刷和刷架。电刷有两个，用于引入激磁电流。一个电刷引出线接到发电机后端盖上的磁场接线柱〔标记为“F〞或“磁场〞〕上；另一个接铁电刷的引线，用螺钉固定在后端盖上〔标记为“一〞或“搭铁〞〕。电刷都是利用压簧与转子上两个滑环良好接触。3.3风扇发电机的后端盖上有进风口，前端盖上有出风口，当皮带轮与风扇一起旋转时，使空气高速流经电机内部进行强力通风冷却。3.4皮带轮皮带轮是利用皮带将发动机的转矩传给转子，通常用铝合金制成。一般分为单槽和双槽两种。4、整流器其作用是将三相交流电变为直流向外输出。它由一块元件板和六只硅二极管组成。4.1元件板〔又称散热板〕4.1元件板4.2硅整流二极管目前国内外采用的交流发电机多为负极搭铁。故压装在后端盖上的三只硅二极管，其引线为二极管的负极，外壳为正极，俗称负极管或反烧管，管壳底有黑色标记；压装在元件板上的三只硅二极管，其引线为二极管的正极，外壳为负极，俗称正极管或正烧管，管壳底有红色标记。交流发电机的整流器，由六只硅二极管组成。六只硅二极管的安装如下图:三、交流发电机的类型按搭铁性质分：根本都是负极搭铁，仅有解放CA10B用的JF13D为正极搭铁。按通风性质分：有风冷式、封闭式两种。按安装方式分：有单挂脚式、双挂脚式、无挂脚〔或称抱持式〕三种。三、交流发电机的类型按结构形式可分为四大类：一般交流发电机，即JF型；带真空泵交流发电机，即JFB型；带电压调节器的整体式交流发电机，即JFZ型；没有电刷及集电环的无刷交流发电机，即JFW型。四、交流发电机型号交流发电机的型号命名，依据的是QC/T73—1993?汽车电器设备型号编制方法?。目前国内正规的命名方法：JFXXXXX例如，JFW1311头两个字母“JF〞表示交流发电机。后一个字母表示产品大类〔无字母为一般交流发电机；“Z〞表示带调节器发电机；“B〞表示带真空泵交流发电机；“W〞表示无刷交流发电机〕。第一位数字表示电压等级〔“1〞表示14V，“2〞表示28V〕第二位数字表示功率〔W〕：“1〞表示≤180W“2〞表示≤250W“3〞表示≤350w、“5〞表示≤500W“7〞表示≤750W“8〞表示≤1000W“9〞表示＞1000W后两位数字“11〞表示设计顺序号。所以JFW1311表示无刷交流发电机，14V，350W，设计序号为11。第三节交流发电机的工作原理一、交流发电

机的发电原理交流发电机通电后产生的旋转磁场，其磁力线切割定子线圈，从而在线圈内产生交变电动势。它产生交流电的根本原理，仍然是电磁感应原理。二、三相交流发电机的工作原理实际使用的交流发电机是三相同步交流发电机，即是指转子的转速与旋转磁场的转速相同〔同步转速〕的三相交流发电机。三相交流发电机的工作原理 当转子旋转时，磁力线和定子绕组之间产生相对运动，在三相绕组中产生交变电动势，其频率为： 式中p——磁极对数；n——发电机转速〔r／min〕。交流发电机每相绕组中所产生的电动势的有效值为：式中，K为绕组系数，f为感应电动势的频率〔Hz〕，N为每相绕组的匝数，为每极磁通〔Wb〕，n为发电机转速。由于K、p、N对定型的发电机而言均为定值，故简化为后者。三、整流原理利用硅二极管的单向导电性可把交流电变为直流电。三相桥式全波整流电路的整流原理如下图。l、元件板上三个正极管D1、D3、D5的正极分别接在发电机三相绕组的首端A、B、C。D1、D3、D5分别在三相交流电正半周期内导通，且哪相电压最高，那么按该相绕组的正极管子导通。2、后端盖上三个负二极管D2、D4、D6的负极分别接发电机三相绕组A、B、C。D2、D4、D6分别在三相交流电负半周期内导通。且哪相电压最低，那么接该相绕组的负极管子导通。3、同时导通的正、负管子各一个。4、同时导通的两个管子总是将发电机的电压加在负载R两端。第四节交流发电机的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。一、输出特性〔曲线〕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，保持输出电压恒定的情况下，发电机的输出电流与转速之间的关系。一、输出特性〔曲线分析〕1、发电机的转速甚低时，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，发电机才有能力在额定电压下向外供电。所以空载转速值n1常用作选择发电机与发动机速比的主要依据。2、当转速超过n1时，发电机输出电流I将随着转速n的升高而增大；当转速等于n2时，发电机输出额定功率〔即额定电流与额定电压之积〕，故将转速n2称为满载转速。3、当发电机转速到达一定值时，发电机的输出电流就不再随转速的升高而增大。这时的电流值称为发电机的最大输出电流或限流值。这个性能说明，交流发电机具有自动限制电流的自我保护能力。交流发电机的最大输出电流约为额定电流的1.5倍。二、空载特性〔曲线〕空载特性是指发电机空载时，发电机的端电压与转速之间的关系，即I=0时，u与n之间的函数关系。二、空载特性〔曲线分析〕从曲线可以看出，随着转速的升高。端电压上升较快，由他激转入自激发电时，即能向铅蓄电池进行补充充电，进一步证实了低速充电性能好的优点。因此，空载特性是判定硅整流发电机充电性能是否良好的重要依据。三、外特性〔曲线〕外特性是指转速一定时，发电机的端电压与输出电流的关系。经不同恒定转速的试验后，可输出一组相似外特性曲线。三、外特性〔曲线分析〕发电机的转速越高，端电压也越高，输出电流也越大。转速对电压的影响较大，当保持在任一转速时，端电压均随输出电流的增大而相应下降。注意：端电压受转速和负载变化影响的交流发电机，必须配用电压调节器才能保持电压的恒定。否那么，当发电机在高速运转时，假设突然失去负载，其电压会突然升高，这时发电机中的二极管以及调节器内的电子元件将有被击穿的危险。第五节触点式电压调节器

汽车交流发电机必须配有电压调节器与其联合工作。这是因为交流发电机在结构一定、磁场强度不变的条件下，其输出电压的大小与发电机的转速成正比，而发电机由发动机带动，汽车正常行驶时，发动机的转速变化范围很大。为了使发电机电压在不同的转速下均能保持一定，这就必须装置电压调节器。电压调节器有触点式电压调节器和电子电压调节器。触点式电压调节器它又可分为双级触点式电压调节器〔两对触点〕和单级触点式电压调节器〔一对触点〕两种。这两种触点式电压调节器根本原理都是以发电机的转速为根底，通过改变触点的开闭时间，改变激磁电流，维持发电机电压恒定。双级触点式电压调节器一、FT61型双级触

点式电压调节器工作原理硅整流三相同步交流发电机相电压有效值的变化规律前面已表达过，其值为：又知硅整流发电机经整流后输出的直流电压值为因此，整流发电机端电压的上下，取决于转子的转速n和磁极磁通。保持电压恒定的调控原理，只能在转速升高时，相应减弱磁通，而磁通的减弱又只能以减小激磁电流来实现。反之亦然。电

压

调

节

过

程二、FT70型双级触点式电压调节器

FT70型调节器，可与JF01、JF11、JF21系列交流发电机配合使用，装在CA10B等汽车上。这种调节器根本构造与FT61型调节器相似，但却有以下特点：①静触点只有一个，且在中间位置，动触点有两个在动臂上，形成常闭的低速触点，和常开的高速触点。②所配电阻值与FT61型不同。该调节器的工作原理及工作过程与FT61型相同。三、双级式调节器的缺乏之处双级式调节器根本可满足使用要求，但还存在一些缺乏之处：如触点间隙过小〔0.2mm～0.4mm〕，易烧蚀；从一级调压到二级调压中间有一失控区，使工作电压上升0.5V，对充电不利；同时调节电压受负载影响大。单触点式电压调节器单触点式电压调节器带灭弧系统的单级触点式电压调节器正是为了克服双级式电压调节器的以上缺乏而设计的。目前的带灭弧系统的单级触点式电压调节器有两种：FT111型调节器，配用12V发电机；FT211型调节器，配用24V发电机。FT111

型调节

器的构

造一、FT111型调节器的构造FT111型调节器的构造与双级式调节器根本相同，都是由磁轭、铁芯、磁化线圈、加速电阻、调节电阻、温度补偿电阻和触点等组成的。不同的是：①FT111型调节器将双触点变成了单触点。②FT111型调节器给触点并联了一套灭弧系统。由二级管D、扼流线圈Q2、电容器C组成D—Q2—C触点灭弧系统。二、灭弧电路的工作过程三、FT111调节器的优点第六节电子电压调节器一、电子电压调节器的优点二、电子调节器的结构型式电子调节器的结构型式一般有两种：可拆式密封式三、晶体管调节器的根本组成局部信号检出局部也叫电压敏感电路，它的作用是检出高于规定的供电电压，并将其变为另一信号电压。开关控制局部它的作用是把这一信号电压变为控制电子开关通断的控制电压。电子开关局部它的作用是按控制电压的变化，改变发电机激磁绕组电路通断时间比例的开关装置。四、晶体管调节器的工作过程当发电机电压高于规定供电电压时，电子开关即切断激磁电流，使发电机输出电压迅速下降。当其降至规定电压之后，开关又接通激磁电流。如此反复，实现如同振动式调压器触点振动的效果，控制发电机输出电压，使之稳定不变。晶体管调节器的几个实例1、JFT126、JFT246型调节器2、JFT106型调节器3、集成电路〔IC〕调节器集成电路，是指在一块微小基片上，组装着许多半导体元件和其它电路元件所构成的电子电路。4、集成电路电压调节器的优点①体积很小，组装到发电机内部，简化接线，使发电机的实际输出功率提高5%～10％。②电压调节精度高。采用集成电路调节器可使汽车电系的工作电压保持稳定，并且根本上不需要对调节器进行检修和调整。③可增大发电机激磁电流，确保发电机自激和建压。④集成电路调节器用塑料或树脂封装，故能承受恶劣工作环境的影响，它还可耐高温1300°C。⑤由于内部无可移动零件，能承受较大机械振动和冲击。