汽车电器-交流发电机 课件

1、第2章 交流发电机及调节器,交流发电机,交流发电机利用电磁感应原理，将发动机带动发电机轴转动的机械能转变为电能输出。 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。 交流发电机主要由三相同步交流发电机和二极管整流器组成，一般被称为硅整流交流发电机，也简称交流发电机,根据法拉第电磁感应定律，当穿过一个闭合回路所包围的面积的磁通量（磁力线数）发生变化时（导体和磁场 之间存在相对运动），回路中就有感应电动势产生，如果回路为闭合导体回路，则有感应电流产生 。 交流发电机就是根据上述原理设计制成，只是发电机的磁场是电磁场。,2.2.2 交流发电机的构造,JF

2、132交流发电机的组件 1后端盖 2电刷架 3电刷 4电刷弹簧压盖 5硅整流管 6散热板 7转子 8定子总成 9前端盖 10风扇 11带轮,JF132交流发电机的组件 1后端盖 2电刷架 3电刷 4电刷弹簧压盖 5硅整流管 6散热板 7转子 8定子总成 9前端盖 10风扇 11带轮,1.转子 转子是交流发电机的磁场部分，主要是由两块爪极、磁场绕组、滑环等组成,爪极式转子结构图 1.集电环（滑环） 2.轴 3.爪极 4.转子磁轭 5.励磁绕组,转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有六个鸟嘴形磁极，爪极空腔内装有磁场绕组 (转子线圈)和磁轭。 磁场绕组两端的引线分别焊在与转子轴绝缘的两个滑环(集电环

3、) 集电环由两个彼此绝缘的铜环组成 滑环的外圆表面应平整光滑，以便转子高速运行时其与电刷满足滑动接触要求。 当两个电刷与直流电源相接时，激磁绕组中便有激磁电流通过，产生轴向磁通，使得一块爪极被磁化为N 极，另一块爪极为S极,从而形成六对相互交错的N,S磁极。,转子的磁极采用爪极结构，这是装在轴上的一个爪极，有六个鸟嘴形的磁极,在爪极内装有产生磁场的磁轭与励磁线圈，在转子轴上有向励磁线圈供电的滑环。,在转轴上再装上另一个爪极，使两个爪极的磁极交错排列,爪极的磁场，先观看没有两边爪极的情况，在轴上装上滑环向励磁线圈供电，当励磁线圈通电后，磁轭产生的磁场,装上两边爪极后，磁力线将沿爪极走动，将轴向磁

4、通转换为径向磁通。 将转子爪极设计成鸟嘴形的目的是使磁场呈正弦分布，以使电枢绕组产生的感应电动势有较好的正弦波形 。,交流发电机磁路,交流发电机的磁路为：磁轭N极转子与定子之间的气隙定子定子与转子间的气隙S极磁轭。,转子产生旋转磁场,当转子转动时，就形成了旋转的磁场。 爪极凸缘的外形呈鸟嘴形，当发电机工作时，可在定子铁心内部形成近似正弦变化的交变磁场。当转子旋转时，由于定子绕组与磁力线有相对的切割运动，可使定子绕组感应的交流电动势近似于正弦曲线的波形。,2、定子,定子的功用是产生交流电，又称电枢，固定在两端盖之间 。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

5、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。,2.定子,三相绕组的连接方法有星形接法（又称Y形接法）和三角形接法（又称形接法）两 种。,2.定子,Y形接法是将三相绕组的三个末端X、Y、Z接在一起，将三相绕组的首端A、B、C作为交流发电机的交流输出端，,形接法,形接法是将每相绕组的首端和另一相绕组的末端依次相连接，因而有三个接点，这三个接点即为交流发电机的交流输出端。,电角度,电角度的360是据电流完成一个完整的周期变化来定义的。,三相绕组必须按一定要求绕制： 1.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； 2.每相绕组相邻

6、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； 3.三相绕组的始边应相互间隔2+120度电角度（一对磁极占有的空间为360度电角度）。 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。,三相绕组的绕法,三相绕组的绕法,为了在三相绕组中产生大小相等，频率相同，且相位相差120度的对称电动势，应遵循以下原则： 规则1每相绕组的线圈个数和每个线圈的匝数应完全相等。 例如，JF11型交流发动机定子总槽数Z为36，每相绕组占用的槽数应为12。因采用单层集中绕法，即每个槽内放置1个有效边，故每相绕组又由六组线圈串联而成，若每个线圈有13匝，则每相绕组共有78匝。,规则2每个线圈的节距必

7、须相同。 节距y1和极距yp是两个重要的结构参数。y1在数据上等于线圈的两个有效边之间的定子槽数，而相邻异性磁极中心线之间的定子槽数则称为极距yp 要使线圈内能产生最大的感应电动势，线圈的两个有效边应分别置于异性的磁极下面。若每个线圈的节距y1相等并等于极矩yp时，便可获得最大感应电动势。 1.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；,规则3三相绕组的起端A、B、C在定子槽内的排列必须相隔120度电角度。 转子旋转时，磁场相对定子中的导体运动，在定子绕组中产生感应电动势。且每转过一对磁极时，线圈中的感应电动势就变化一个周期，即360度电角度，由此计算(P6，Z36)，每个

8、槽的电角度为60 度。 相邻两相绕组线圈的起端间隔距离应等于23n个槽（y13，n0，2，4，），即2、8、14个槽均可,三相绕组的绕法示例-JF11发电机,结构参数如下： 磁极对数p 6对；定子槽数z 36槽 定子绕组相数3相；每个线圈匝数N 13匝 绕组连接方法 Y型连接 一对磁极占6个槽的空间位置（每槽60度电度角）,3.整流器,整流器的作用是将定子绕组产生的三相交流电转换为直流电，并可阻止蓄电池电流向发电机倒流。,整流管安装图 整流管电路图 1绝缘散热板 2正极管 3负极管 4后端盖 B-电枢接线柱 E-搭铁,整流管的安装,将正极管安装在一块铝制散热板上，称为正整流板； 将负极管安装另

9、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板。见图。,（3）只有一根引线并且有的二极管引线是正极，有的二极管引线是负极， 引出线为正极的管子叫正极管，引出线为负极的管子叫负极管，所以说整流二极管有正二极管和负二极管之分。 整流管的安装 将正极管安装在一块铝制散热板上，称为正整流板；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板。 在正整流板上有一个输出接线柱B（发电机的输出端）；负整流板上直接搭铁。负整流板一定和壳体相联接。,3.整流器,为便于散热，散热板通常用铝合金制成，它与后端盖用绝缘材料垫片隔开，固定在后端盖上，用螺栓引至后端盖外部作为发电机的

10、电源输出端，并在后端盖上铸由标记“B”或“+”、“A”、“电枢”。,4.端盖(Front cover, Rear cover),交流发电机的前后端盖由铝合金铸成，铝合金为非导磁材料，可减少漏磁，并具有重量轻、散热性好的优点。 作用： 固定定子、转子和附件位置。 固定整机位置，可以张紧,5. 电刷组件(brush),作用：把静止电源提供给旋转部件。将电源通过集电环引入磁场绕组。 组成：电刷、电刷架和电刷弹簧。 电刷组件装在后端盖内，通过弹簧力作用与转子轴上的滑环(slip rings )保持接触。,a）外装式 b）内装式,6.附件说明,风扇(fan ) 作用：强制风冷 皮带轮(wheel) 作用

11、：动力传递,加上前后端盖，构成发电机的外观,5.交流发电机的型号,第一部分为产品代号，由字母表示，如JF、JFZ、JFB、JFW,第二部分为电压等级代号，用一位阿拉伯数字表示， 其中有： 112V、 224V、 66V,第三部分为电流等级代号，用一位阿拉伯数字表示， 各代号表示的电流等级见表1-5,第四部分为设计序号， 第五部分为变型代号,1. 产品代号,产品代号用中文字母表示，例： 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,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,

12、2.2 交流发电机的类型和构造,2.2.1 交流发电机的类型 (1.按照交流发电机总体结构),交流发电机的分类,（1）按总体结构不同 普通交流发电机 整体式交流发电机 带泵交流发电机 无刷交流发电机 永磁交流发电机 （2）按整流器结构不同 六管发电机 八管发电机 九管发电机 十一管发电机 （3）按磁场绕组搭铁型式不同 内搭铁式 外搭铁式,8管交流发电机除了三相桥式整流电路的6个二极管外， 还具有2个中性点二极管， 利用中性点二极管的输出可以提高发电机的输出功率,一只正极管接在中性点和正极之间， 一只负极管接在中性点和负极之间,9管交流发电机的特点是除了常用的6个二极管外，又增加了3个小功率二极

13、管，专门用来供给磁场电流，又称为磁场二极管。采用磁场二极管后，可以省去充电指示灯继电器，其线路连接关系如图所示。 3只小功率管二极管与三只大功率负二极管也组成三相全波桥式整流电路专门为发电机磁场供电。,11管交流发电机由6个三相桥式整流二极管，3个磁场二极管和2个中性点二极管组成，如图所示。 11管交流发电机兼有8管与9管交流发电机的特点和作用。,按磁场绕组搭铁形式两分类,1）内搭铁型交流发电机 磁场绕组（励磁线圈）的一端（负极）直接搭铁（和壳体相联）； 2）外搭铁型交流发电机 磁场绕组的两只电刷都和壳体绝缘。外搭铁型发电机的磁场绕组负极（负电刷）接调节器，通过后再搭铁。,探究感应电动势大小与

14、磁通量变化的关系,提出问题,既然闭合电路的磁通量发生改变就能产生感应电动势，那么感应电动势大小与磁通量的变化是否有关呢？,猜想或假设,感应电动势E的大小与磁通量的变化量有关。 也与完成磁通量变化所用的时间t有关。,也就是与磁通量变化的快慢有关（而磁通量变化的快慢可以用磁通量的变化率表示/ t ）,1、内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量变化率/ t成正比,二、法拉第电磁感应定律：,2、数学表达式,（单位 为 伏、韦伯、秒 则 k=1）,二、法拉第电磁感应定律：,若线圈有n匝，则相当于有n个电源串联，总电动势为：,注意：（1）公式中的计算方法， （2）电动势 E 为 平均值 （3

15、）感应电流的方向另行判断。,5、单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场。若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，则：( ),A、线圈中0时刻感应电动势最大 B、线圈中D时刻感应电动势为零 C、线圈中D时刻感应电动势最大 D、线圈中0到D时间内平均 感应电动势为0.4V,ABD,三、导体作切割磁感线运动 电动势E大小,如图所示闭合线圈一部分导体ab处于匀强磁场中，磁感应强度是B，ab以速度v匀速切割磁感线，求产生的感应电动势,回路在时间t内增大的面积为：,S=L(vt),产生的感应电动势为：,穿过回路的磁通量的变化为：,=BS,=BLvt,（V是相对于磁场的速度）,若导体斜切磁

16、感线,（为v与B夹角）,（若导线运动方向与导线本身垂直，但跟磁感强度方向有夹角）,说明：,1、导线的长度L应为有效长度,2、V方向和B平行时，=0 E=0,3、速度V为平均值，E就为平均值. 速度V为瞬时值，E就为瞬时值.,2.3交流发电机的工作原理,交流发电机的发电原理 整流原理和过程 交流发电机的励磁方式 不同形式交流发电机的电路连接方式和原理,2.3交流发电机的工作原理,一、交流发电原理,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度 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

17、绕组中通过的磁通量发生变化）而产生电动势。,转子旋转时，形成一个旋转磁场，使静止的电枢因切割磁力线而产生感应电动势； 由于磁极铁心的特殊设计，使磁极磁场近似于正弦规律分布，从而使三相电枢绕组产生的感应电动势按正弦规律变化：,定子3相绕组感生电动势的大小为：,其中：E m -每相电动势的最大值 -电角速度 E-每相电动势的有效值,eA=Emsint=2Esint eB=Emsin(t120)=2Esin(t-120) eC=Emsin(t240)=2Esin(t-240),2.3.1发电原理,当转子旋转时，定子绕组与磁力线之间产生相对运动，在三相绕组中产生频率相同、幅值相等、相位相差120度电角

18、度的三相正弦交流电动势。 每相电动势的有效值为 式中 每相电动势的有效值（）； 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） （p为磁极对数，n为转速）； N每相绕组的匝数（匝）； 每极磁通（Wb）。,交流电动势波形,交流电动势的幅值是发电机转速的函数。 因此，当转速n变化时，三相电动势的波形为变频率、变幅值的交流波形。,2.3.2整流原理,交流发电机定子绕组产生的交流电，通过硅整流二极管组成的整流电路转变为直流电。 二极管具有单向导电性，当二极管加上正向电压时，二极管导通，呈现低阻状态； 当二极管加上反向电压时，二极管截止，呈现高阻状态。 利用二极管的单向导电性，

19、即可把交流电转变成直流电。,2.整流原理,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。,二极管VD1、VD3、VD5为正极管子，其正极分别接在发电机三相绕组的首端，负极连接在一起，在某一瞬间，正极电位最高者导通；二极管VD2、VD4、VD6为负极管子，其负极分别接在发电机三相绕组的首端，正极连接在一起，某一瞬间负极电位最低者导通。,（1）二极管的整流原理 交流发电机通过六只二极管组成的三相桥式整流电路将电枢绕组产生的三相交流电动势转变为直流电流输出，其工作原理如下图：,（1）t0时，uA0，uB为负值，uC为正值，二极管V

20、D5、VD4获得正向电压而导通，电流由C相流出VD5RLVD4B相C相，形成电流回路；,（2）t1t2时间内，A相电压最高，B相电压最低，VD1、VD4管获得正向电压而导通，形成电流回路；这样电流从A相绕组出发，经VD1，负载电阻RL, VD4，回到B相绕组组成回路，A、B相之间的线电压加在负载RL上,（3）t2t3时间内，A相电压最高，C相电压最低，VD1、VD6管获得正向电压而导通，形成电流回路；,（4）t3t4时间内，B相电压最高，C相电压最低，VD3、VD6管获得正向电压而导通，形成电流回路；依此循环导通,思考与练习2,1.交流发电机的主要组成部分及其作用。 2.交流发电机三相绕组的绕

21、法应遵循哪些规则？ 3.何谓交流发电机的输出特性、空载特性和外特性？ 4.试分析交流发电机三相桥式电路和整流电路的整流过程。,2.3.4带中性点输出的交流发电机整流原理,在星形接法的交流发电机中，将三相绕组的中性点用导线引出，称为中性点抽头。其接线柱的标记为“N” 。由于是通过三个搭铁的负极管子整流后得到的直流电压，即三相半波整流电压， “N”接柱对地电压即为中性点电压的平均值，数值上是发电机端电压（平均值）的一半。即：,中性点作用,带有中性点接线柱的发电机可用中性点电压来控制各种用途的继电器。 有的发电机没有中性点接线柱，但是也把中性点电压充分的利用了（如夏利、桑塔纳发电机），这些发电机在中

22、性点处接上两只整流二极管，和三相绕组的六只整流二极管一道输出，可提高发电机功率。,中性点整流输出的基本电路,当发电机转速升高到超过2000rmin时，交流分量的最高瞬时值有可能超过发电机的直流输出电压UB（14V），最低瞬时值则可能低于搭铁电压（0V）。交流分量中高于发电机直流输出电压UB和低于0V时便有可能对外输出。,发电机高速运转时： 1）当中性点电压的瞬时值高于输出电压(14V)时，从中性点输出电流，如图211a所示。 其输出电路为：定子绕组中性点二极管VD7负载和蓄电池负极管定子绕组。 2）当中性点电压瞬时值低于负极电位时， 流过中性点二极管VD8的电流如图211b所示。 其输出电路为

23、：定子绕组正极管B接线柱 负载和蓄电池中性点二极管VD8定子绕组。,励磁方式,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。 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。,2.3.3励磁方式,交流发电机的励磁方式是先他励、后自励。 当发电机转速较低，其电压低于蓄电池电压时，由蓄电池向发电机磁场绕组供电输出，为他励； 当发电机转速升高、其电压高于蓄电池电压时，发电机向自身的磁场绕组供电，为自励方式。,2.3.5带励磁二极管的交流发电机,为进一步提高发电机的电流输出，增加发电

24、机的输出功率，在交流发电机中增加3只正整流管作为励磁二极管 。功用是向激磁电路提供激磁电流和使充电指示灯熄灭。,将充电指示灯连接在发电机的B、D两端。当接通点火开关而未启动时，调节器（D、F两端子之间）处于通路状态，充电指示灯亮。 路径：蓄电池+点火开关充电指示灯调节器磁场绕组搭铁蓄电池-。充电指示灯亮； 当发动机启动后，发电机正常工作时，发电机的B、D端电位升高且一致，使充电指示灯两端的电压降为0，充电指示灯灭,在发动机起动期间，发电机电压(为0)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。路径：蓄电池+点火开关充电指示灯调节器磁场绕组搭铁蓄电池-。充电指示

25、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,说明发电机有故障或充电指示灯电路有搭铁.,发电机工作时，充电指示灯由蓄电池端电压与磁场二极管输出端L的电压UL的差值控制。随着发电机转速升高，UL增高，指示灯亮度减弱。当发电机电压达到蓄电池充电电压时，发电机开始自励，此时指示灯因两端的电位相等而熄灭，表示发电机已经正常工作。当发电机转速降低或发电机有故障时，UL降低，指示灯发亮。这样利用充电指示灯，不仅可以在停车后发亮提醒驾驶员及时关断点火开关，还可以监视发电机的工作情况，同时

26、又省去了继电器。,但发动机起动后，随着发电机转速提高，发电机的端电压也不断升高，。当发电机的输出电压与蓄电池电压相等时，发电机“B”端和“”端的电位相等，此时，充电指示灯由于两端电位差为零而熄灭。指示发电机已经正常工作，励磁电流由发电机自己供给。 发电机中三相绕阻所产生的三相交流电动势经六只二极管整流后，输出直流电，向负载供电，并向蓄电池充电。 当发电机高速运转、充电系统发生故障而导致发电机不发电时，“”端无电压输出，所以充电指示灯由于两端电位差增大而发亮，警告驾驶员及时排除故障。九管交流发电机在停车后，蓄电池向充电指示灯继续提供电流，则充电指示灯会一直亮，提醒驾驶员断开点火开关。,接线端子D

27、+同时接充电指示灯。发动机启动时，点火开关闭合，发电机为他励方式工作，励磁电流经电压调节器到磁场绕组，充电指示灯点亮；发动机正常运转时，接线端子D+输出14v电压，充电指示灯熄灭。 若发电机不工作或者工作不良，充电指示灯经电压调节器、磁场绕组形成闭合回路，充电指示灯亮，表明发电机存在故障。,带励磁二极管和中性点整流输出的交流发电机的电路示例,发电机的性能指标,一、额定电压 二、空载转速 三、额定电流 四、额定转速,2.4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

28、。 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。,1.空载特性,空载特性足指发电机空载时，发电机端电压u与发电机转速n之间的关系。 即：负载电流 0时， 曲线。,图1-28交流发电机空载特性,从曲线的上升速率和达到蓄电池电压的转速高低可判断发电机的性能是否良好。,2.4.2输出特性,当发电机输出电压一定时，输出电流I与发电机转速n之间的关系，即U为常数时，的函数关系，称为发电机的输出特性 。 发电机达到额定功率时的转速称为额定转速n2，是判断发电机的性能的重要指标。,由特性曲线I=f（n）可以看出,（1）空载转速n1 发电机转速小于一定值n1时，对外输出电流为零。当发

29、电机达到额定电压并能对外输出电流时的最小转速为n1，称n1为空载转速。空载转速常用来作为测试发电机性能的参数之一。,由特性曲线I=f（n）可以看出,（2）最大电流Imax 发电机输出电流能力随转速的升高而增大，但曲越来越平坦，当转速达到一定值时，无论转速增加多少电流都不再增加，即一定结构的发电机具有限制最大输出电流Imax的作用。由此可见，交流发电机自身具有限制输出电流防止过载的能力，又称为自我保护能力。,交流发电机自我限流的原理,交流发电机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， XL2fL 感抗的单位是欧。 交流电的频率f(Hz)和线圈的电感L(H),由于XL 与n

30、成正比，故发电机定子绕组的阻抗Z随发电机的车速升高而增加。高速时，由于R与XL相比可忽略不计， 故阻抗Z约等于XL，定子阻抗Z与转速n成正比，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。,交流发电机自我限流的原理,（1）发电机的电枢反应增强 电枢反应指电枢电流产生的磁场对磁极磁场的影响。 当发电机有输出电流时，电枢电流产生的磁场会造成磁极磁场的削弱和扭斜，从而引起电枢绕组电动势下降。 随着发电机的输出电流的增大，电枢反应的影响也随之增大，

31、发电机电动势下降也越多。,交流发电机自我限流的原理结论,结论 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） 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即可。 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。 如果发电机电压过高通常损坏用电设备。,2.4.3外特性,当发电机转速一定时，发电机端电压U与输出电流I之间的关系，称为发电机外特性。 外特性曲线表明，在一定的转速下，输出电流增加时，发电机端电压有较大幅度的下降，因此，要使输出电压稳定，必须配备电压调节器。另外，在发电机高速运转时，如果突然失去负载，端电压会急剧升高，电气

32、设备中的电子元件将有击穿的危险。,2.5电压调节器,汽车在行驶过程中，由于发动机的转速随时都在变化，交流发电机的转速也之变化，因此发电机输出电压必然随转速变化而变化。 交流发电机电压调节器把交流发电机的电压控制在一定的规定范围内，当发电机转速发生变化时，自动调节发电机输出电压并使电压保持恒定, 防止输出电压过高而损坏用电设备和避免蓄电池过量充电。,2.5.2电压调节器的基本原理,每相绕组电动势的有效值 其中 故 令 则,式中 E 每相电动势的有效值（）； 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） （p为磁极对数，n为转速）； N每相绕组的匝数（匝）； 每极磁通（

33、Wb）。,2调节器的基本原理,（1）调节器的工作方式,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（空载转速以上），输出端电压达到极限，要想使发电机的输出电压UB不再随转速的升高而上升，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。 通过调节发电机的励磁电流实现发电机的输出电压的稳

34、定。,发电机的电压调节器串联在发电机的励磁电路中。当发电机工作在某一转速下其电压达到设定的上限值U2时，调节器起作用，降低或切断磁场绕组的励磁电流If，磁极的磁通量迅速减小而使发电机电压下降；当发电机电压下降至设定的下限值U1时，调节器又动作，使If电流增大，磁通量加强，发电机的电压有上升；当发电机的电压上升至U2时又重复上述过程。于是发电机的电压在设定的范围内波动，得到一个稳定的平均电压Ue。,2.5电压调节器,2.5.1 电压调节器的作用和类型 交流发电机电压调节器的作用 通过调节发电机的励磁电流实现发电机的输出电压的稳定。 电压调节器的类型 按照结构特点和工作原理，交流发电机电压调节器可

35、分为电磁振动式（触点式）和电子式两大类。 触点式：单触点和双触点 电子式：晶体管式和集成电路式,触点式电压调节器通过触点开闭，来改变磁场电流If大小；晶体管调节器、集成电路调节器等利用大功率三极管的导通和截止，接通和断开磁场电路，来改变磁场电流If大小。,单级触点式电压调节器,单触点式调节器,双触点式电压调节器,在单触点基础上增加一个常开触点K2，与发电机磁场绕组并联。当K2闭合时，磁场绕组被短路而无励磁电流通过，相当于串入了一个无穷大的电阻。,工作过程,常闭触点K1在发电机低速范围起作用，通过其不断的开闭，使发电机电压在一定的范围内波动。当发电机转速超出K1的工作范围时， K1失去调节作用，

36、发电机的电压将会高于原限定值，使调节器电磁线圈的电流增大，电磁线圈的磁力增强，将触点衔铁继续下吸直到K2闭合。 K2闭合后，发电机磁极绕组失去励磁电流而使发电机电压迅速下降，调节器电磁线圈的磁力减弱，触点K2在弹簧力的作用下又断开，发电机又有励磁电流，其电压有上升，直到K2又被吸合，如此反复， K2不断地震动，使发电机电压在稍高的范围内波动。,2.5.3双级电磁振动式电压调节器,双级电磁振动式电压调节器的工作原理 （1） 调节器不工作时，低速触点K1闭合，高速触点K2处于开启状态。,双级电磁振动式电压调节器的工作原理,（2）发电机低速运转时，低速触点K1闭合，励磁电流由蓄电池供给。随着发电机转

37、速的增加，输出电压增加，当输出电压大于蓄电池电动势时，发电机进入自励阶段。 当发电机转速低于n1时，电压调节器还未起调节作用，发电机电压将随其转速的上升而升高。,（3）当发电机转速升到n1，发电机电压稍高于第一级调节电压U1时，流经电磁铁线圈L的电流产生电磁吸力，克服弹簧拉力使K1打开，电阻R1串入励磁回路，励磁电流减小，发电机输出电压下降，铁心吸力减小，K1复位，输出电压又上升。当升至略高于调节电压U1时，K1又打开，如此往复，使发动机输出电压的平均值维持在U1不变。 当发电机的转速在n1 -n2范围内时，电磁线圈的吸力可使触点K1断开，但还不能使K2闭合。此时K1 工作，将发电机的电压稳定

38、在Ue1,当发电机的转速在n2 n3范围内时， K1打开后已不能使发电机的电压下降， K1失去调节作用，但是电磁线圈的吸力还不足以使K2闭合，K1一直打开， R1一直串入励磁回路中。此时发电机的电压和励磁电流将随其转速的上升而增加，活动触点处于中间位置，这是一段K1 和K2均不起作用的失控区。,（4）当发电机转速继续升高，高于n3时，电磁线圈L的电磁吸力使高速触点K2闭合，将励磁绕组短路，励磁电流减小到零，发电机电压随之迅速下降，电磁线圈的吸力减小，K2分开，活动触点处于中间位置，励磁回路又串入R1，发电机端电压又随之上升。 当发电机的转速高于n3时，电磁线圈的磁力可将K2闭合，此时K2工作，

39、将发电机的电压稳定在Ue2,在电路中增设一加速电阻以加速退磁，使加在电磁线圈上的电压Ux成为发电机的端电压减去加速电阻上的电压降（Ux=U-Ijs*Rjs）。 这样在触点闭合时，Ijs就是通过电磁线圈的电流Ik，电磁线圈的电阻较大，电流Ix很小，因此加速电阻电压降Ijs*Rjs很小，此时电磁线圈上的电压近似于发电机端电压U； 触点断开时，磁场绕组的励磁电流If也通过Rjs，由于磁场绕组的自感作用而使If不能突变，在触点断开瞬间的If比Ik大的多，因此使加速电阻Rjs上的电压降突然增大，加在电磁线圈上的电压迅速下降，使电磁线圈迅速退磁，触点迅速闭合，从而加快了触点的振动频率。,（3）温度变化对调

40、节电压的影响问题,当温度升高时，电磁线圈的电阻会随之增大。在相同的电压下其磁化电流减小，磁力减弱，因此需要比温度低时要高的电压才能吸动触点。即调节电压 将会随温度的上升而升高 解决温度变化时对 的影响的方法： 采用温度补偿电阻 （图132） 利用磁分路 （图132）,采用温度补偿电阻,即用电阻温度系数仅为铜丝1/800的康铜丝构成电磁线圈的一部分或制成电阻Rt串接到电磁线圈电路中，以使电磁线圈总电阻受温度的影响减小。 Rt用镍格合金线制成，其电阻基本上不随温度变化，当它串入电磁线圈电路中时，可使整个电磁线圈电路中的电阻值随温度变化相应减小，使调压值不随温度的升高而升高，起温度补偿的作用。,六、

41、电子调节器,1电子调节器的基本原理 （1）电压调节的工作原理 电子调节器都是利用三极管的开关特性，通过三极管导通和截止相对时间的变化来调节发电机的励磁电流。 电压调节的基本电路如图1-41所示。,2.5.4电子式电压调节器,电磁振动式电压调节器存在体积大、触电易烧蚀、机械惯性和磁惯性大、调节后的电压波动幅度大等缺点，已逐步被电子电压调节器取代。 电子电压调节器可分为： 晶体管调节器 集成电路调节器,图10-2 外搭铁型电子电压调节器的基本电路,（一）调节器基本电路 外搭铁型电子调节器的基本电路如图1-2所示，有信号监测电路、信号放大与控制电路、功率放大电路和保护电路四部分组成。 电阻R1和R2

42、、稳压管VS构成信号监测电路，电阻R1 、R2串联在交流发电机输出端子“B”和搭铁端子“E”之间,构成分压器，直接监测发电机输出电压U的变化。R1上的分压： 由此可见，发电机电压U升高时，分压电阻R1上的分压值UR1升高，反之，当发电机电压U下降时，分压值UR1下降。,稳压二极管VS一端连接三极管VT1的基极，另一端接在分压电阻R1、R2之间，VS与三极管VT1的发射极串联后再与分压电阻R1并联，从而监测发电机电压的变化，并控制三极管VT1的导通与截止。 电阻R1和R2构成分压器，将发电机的电压按一定比例加于稳压管VS； VS在发电机电压的控制下导通或截止。,三极管VT1为小功率晶体管，起放大

43、作用， VT1的导通和截止由VS控制。 其作用是将电压监测电路输入的信号进行放大处理后，控制功率三极管VT2导通与截止。电阻既是三极管VT1的负载电阻，又是功率三极管VT2的偏流电阻。三极管VT1为小功率三极管，接在大功率三极管VT2的前一级，起功率放大作用，也称为前级放大电路。,功率三极管VT2通常采用达林顿三极管构成功率放大电路，VT2为型大功率三极管，串联在励磁绕组与搭铁端之间，这是外搭铁型调节器的显著特点。 VT2用于控制励磁电流 励磁绕组的电阻是VT2的负载电阻。VT2导通时，励磁电路接通，有励磁电流；VT2截止时，励磁电流被切断。 因此，通过控制三极管的导通与截止，就可以改变励磁电

44、流使发电机输出电压稳定。,（二）电子电压调节器工作原理 1接通点火开关SW ，发电机电压U低于蓄电池电压时，蓄电池电压经过点火开关SW加在分压电阻R1 、R2两端。由于发电机电压低于调节电压上限值，稳压管VS处于截止状态，VT1基极无电流流过，也处于截止状态。 此时，蓄电池经点火开关、电阻向三极管 VT2提供基极电流，VT2导通并接通励磁电流，其电路为： 蓄电池正极电流表点火开关熔断器发电机端子发电机磁场绕组发电机磁场端子调节器磁场端子三极管调节器搭铁端子发电机搭铁端子发电机负极管蓄电池负极 此时，随着发电机转动，其电压也将随之上升。,2当发电机电压上升到高于蓄电池电压但还低于调节电压上限U2

45、时，发电机处于自励状态。（励磁电流由发电机自己提供） 当发电机电压高于蓄电池电压但还低于调节电压上限时U2时，VS与VT1仍截止，VT2保持导通。此时励磁电路为： 发电机定子绕组正极管发电机输出端子“B”点火开关SW 熔断器 F3 发电机端子“F1” 发电机励磁绕组 RF发电机端子“F2” 调节器磁场端子“F” 三极管VT2 调节器搭铁端子“E” 发电机搭铁端子“E” 发电机负极管 发电机定子绕组,3当发电机电压随转速升高到调节电压上限时U2，VS，VT1导通，VT2失去正向偏压而截止，励磁电流切断，发电机电压下降， 当降到R1上的分压不足以维持VS导通时， VS又截止，又使VT2导通，发电机

46、励磁回路又通路。如此反复励磁电流接通，发电机电压又重新升高。当发电机电压再次升高到调节电压上限U2时，调节器重复工作过程，将发电机电压控制在某一平均值不变。,续流二极管VD,当由VT2导通转为截止的瞬间，励磁绕组产生的自感电动势经二极管VD构成放电回路，防止三极管VT2击穿损坏。由于放电电流流经VD, 所以 VD称为续流二极管。 续流二极管VD构成保护电路，其功用是防止励磁绕组产生的自感电动势击穿三极管而造成损坏。,三极管VT1的开关频率过高，其集电极耗散功率过大，使三极管容易过热而烧坏 R2并联电容C1 利用电容的充放电时间，使稳压管VS1、VT1的导通和截止变得迟缓（即降低其开关频率，减小

47、VT1 的开关次数,基本电路的不足及改善措施,加C2、R4正反馈电路，用以加快晶体管V3导通和截止的变化过程,减小了晶体管的功率消耗 C1和C2、R4正反馈电路减小了晶体管的功率消耗，使晶体管不易过热烧坏,汽车电源如果产生反向瞬变电压，容易造成调节器电子元件损坏。 加 VD3 加 VD3后，反向瞬变电压通过加VD3形成通路，输入的反向电压只是加VD3的正向导通电压，从而防止了电源反向瞬变电压对调节器电子元件造成损坏,稳压管的导通电压（反向击穿电压）会随着温度的上升而上升，导致发电机的调节电压随之增大。 加温度系数为负的VD2 ，用作温度补偿，以使发电机的调节电压不随温度而变,V1饱和导通时，实

48、际的导通电压不为0，这有可能导致V2不能可靠截止。 加 VD5 加 VD5，由于其分压作用，使得V1饱和导通时， V2能可靠截止, V3 需要通过较大的励磁电流，加V2用于电流放大，以使V3可通过的电流增大，以提高发电机的输出功率。,2.5.4晶体管电压调节器,VT2、VT3接成复合管，目的是提高放大倍数，其作用与前述基本电路中的VT2相同； VT1、VD3、R5的作用与前述基本电路相同； R6、R7、R8是偏流电阻； R4是正反馈电阻，起提高三极管开关速度，提高三极管寿命的作用； R1、R2、R3组成分压器，R3是调整电阻。 C1、C1是降频电容，起降低三极管开关频率，提高三极管寿命的作用；

49、 VD1是VS1的温度补偿管; VD2是分压二极管，防止VT2、VT3的误导通； VS2起过压保护作用，限定发电机的输出电压不超出某定值，保护汽车上的用电设备不因瞬时过电压二损坏。,2.5.5集成电路调节器,由于集成电路具有体积小、可靠性高、成本低、适应性强等优点，因而被广泛用于汽车电子工业上。 用集成电路开发的电压调节器体积很小，可方便地安装在发电机内部与发电机组成一个整体，故装有集成电路调节器的交流发电机又称为整体式交流发电机。,集成电路调节器,集成电路调节器的工作原理与晶体管调节器的工作原理完全一样，都通过稳压管感应发电机的输出电压信号，利用三极管的开关特性控制发电机的励磁电流，使发电机

50、的输出电压保持恒定。,集成电路调节器的电压检测方法,集成电路调节器的基本电路又可分为发电机电压检测法和蓄电池电压检测法 前者控制电路所取信号直接来自于发电机的输出端，后者则来自于蓄电池端。,采用发电机电压检测法，可省去信号输入线，缺点是当发电机与蓄电池之间的连接线路上，因接触不良而有较大的压降时，可导致蓄电池的端电压偏低引起蓄电池充电不足。因此，一般大功率发电机多采用蓄电池电压检测法。但采用蓄电池电压检测法后，若发电机的电压输出线或信号输入线断路时，由于无法检测发电机的工作情况，会造成发电机失控。,发电机电压检测电路,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，所以该电路称为发电机电压检测电路（检测点在发电机上）。 发电机电压检测电路的优点：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，不致使检测电路检测不到信号。 发电机电压检测电路的缺点：当发电机到蓄电池之间连接电阻大时，蓄电池充电电压会偏低，使蓄电池充电不足,蓄电池电压检测电路,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，所以该电路称为蓄电池电压检测电路（检测