第3章交流发电机.ppt

1、汽车电气设备构造与维修,麻江县中等职业学校 杨宗富,第2章 硅整流发电机第一节：硅整流发电机结构与型号,本节主要介绍内容： 1：硅整流发电机结构 2：硅整流发电机型号,汽车用发电机有直流发电机（DC generator）和交流发电机（AC generator）两大类，目前大多采用交流发电机。,交流发电机（alternator）与蓄电池协同工作，共同构成汽车电源系统。,交流发电机与电压调节器配合工作，其主要任务是对除起动机以外的所有用电设备供电，并向蓄电池充电。,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，一般称为硅整流交流发电机，亦简称交流发电机。,一：硅整流发电机结构 汽车用交流发

2、电机是由一个三相同步交流发电机及用硅二极管组成的整流器所组成，是汽车的主要电源，其功用是在发动机怠速以上运转时，向除起动机以外的所有用电设备供电，同时还向蓄电池充电。 三相同步交流发电机由转子、定子、电刷与电刷架、风扇、皮带轮、前后端盖等组成，如图所示。,交流发电机的构造,国产JF系列交流发电机结构图 1电刷；2弹簧；3盖板；4转子总成；5定子总成； 6定位圈；7前端盖；8风扇；9带轮；10后端盖,交流发电机分解图,国产JF系列交流发电机解体图 1紧固螺母及弹簧垫圈；2带轮；3风扇；4前轴承油封及护圈；5组装螺栓；6前端盖； 7前轴承；8定子；9转子；10“+”（电枢）接柱； 11散热板；12

3、“”（搭铁）接柱；13电刷及压簧；14电刷架外盖； 15电刷架；16“F”（磁场）接柱；17后轴承；18转轴固定螺母及弹簧垫圈；19后轴承纸垫及护盖；20安装臂钢套；21后端盖； 22后端盖轴承油封及护圈；23散热板固定螺栓,转子是交流发电机的磁场部分，主要由两块爪极、磁场绕组、轴和滑环等组成。两块爪极各具有6个鸟嘴形磁极，压装在转子轴上，在爪极的空腔内装有磁轭，其上绕有磁场绕组（又称励磁绕组或转子线圈）。磁场绕组的两引出线分别焊在与轴绝缘的两个滑环上，滑环与装在后端盖上的两个电刷接触。当两电刷与直流电源接通时，磁场绕组中便有磁场电流通过，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

4、极，从而形成了六对相互交错的磁极，实物如图所示。,1转子,交流发电机转子总成 1滑环；2转子轴；3磁爪；4磁轭；5磁场绕组,定子由定子铁心和定子绕组组成。定子铁心由相互绝缘的内圆带嵌线槽的圆环状硅钢片叠成。嵌线槽内嵌入三相对称的定子绕组。绕组的接法有星形（即Y形）、三角形两种方式。一般采用星形连接，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N，实物如图所示。,2定子,三相绕组的连接方法可分为星形连接和三角形连接两种。,星形连接是每相绕组的一根线头都接至公共接点，另外三根线头分叉成Y形。,定子绕组的连接方法（星形连接）,所以，星形连接又称Y形连接。星形连接有低

5、速发电性能好的优点，所以目前车用发电机多采用星形连接。,三角形连接是三相绕组的首尾线头彼此相接，就像三角形，所以称为三角形连接。,三角形连接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，如神龙富康轿车等。三角形连接的缺点是低转速时输出电压较低。,定子绕组的连接方法（三角形连接）,电刷及电刷架如图所示，电刷总成由两只电刷、电刷弹簧和电刷架组成。 两只电刷装在电刷架的孔内，借电刷弹簧的压力与滑环保持接触，用于给发电机转子绕组提供磁场电流。电刷架由酚醛玻璃纤维塑料模压而成或用玻璃纤维增强尼龙制成，安装在发电机的后端盖上。,3电刷与电刷架

6、,（a）外装式电刷 （b）内装式电刷 图3-19 电刷及电刷架,两个电刷中与发电机外壳绝缘的称为绝缘电刷，其引线接到发电机后端盖外部的接线柱“F”上，成为发电机的磁场接柱。另一个电刷是搭铁的，称为搭铁电刷。,搭铁电刷的搭铁方式有两种：引线用螺钉固定在后端盖上（标记为“”）直接搭铁，即内搭铁；搭铁引线与发电机机壳绝缘，接到后端盖外部的绝缘接线柱上（标记为“F”）通过调节器搭铁，即外搭铁。,交流发电机整流器如图所示，它的作用是将发电机定子绕组产生的三相交流电变换为直流电，一般由6只硅整流二极管及其散热板所组成。整流二极管的工作电流大、反向电压高。交流发电机整流二极管有正极管和负极管之分，引出线为二

7、极管正极的称为正极管，引出线为二极管负极的称为负极管。,4整流器,交流发电机用的整流二极管分为正极二极管和负极二极管两种。正极二极管的中心引线为正极，外壳为负极，管壳底部一般有红字标记。,三只正极二极管的外壳压装或者焊接在铝合金散热板的三个孔中，共同组成发电机的正极。由固定散热板的螺栓通至外壳外（元件板与外壳绝缘），作为交流发电机的输出接线柱“B”接线柱（也有标“”或“电枢”字样的）。,负极二极管的中心引线为负极，外壳为正极，管壳底部一般有黑字标记。三只负极二极管的外壳压装或焊接在另一散热板上（此板与后端盖相接），或者直接压装在后端盖的三个孔中，和发电机的外壳共同组成发电机的负极。,（a）二极

8、管安装示意图 （b）散热板总成 散热板二极管(压装型大功率二极管)的安装,小功率二极管(励磁二极管及中性点二极管 ),二极管命名及其符号代表的含义如下：,例如ZQ10表示为汽车用整流二极管，额定正向电流为10A。,如图所示，前端盖、后端盖是由非导磁材料铝合金制成的，漏磁少，并具有轻便、散热性能好等优点。在后端盖上装有电刷架和电刷。,5前、后端盖,内搭铁式的交流发电机，其励磁绕组的两端通过电刷分别引至发电机后端盖上的接线柱，分别称为“F”（或“磁场”）和“E”（或“搭铁”）接线柱，即励磁绕组的一端在发电机的外壳上直接搭铁。外搭铁式的交流发电机，其励磁绕组的两端引至后端盖上的接线柱，分别称为“F1

9、”和“F2”接线柱，且两个接线柱均与发电机的后端盖绝缘，励磁绕组需经调节器搭铁。,交流发电机的搭铁形式分为内搭铁和外搭铁两种,按结构形式分:晶体管式、集成电路调节器；按安装方式分：外装式、内装式；按搭铁形式分：内搭铁式、外搭铁式；按功能的多少：单功能型、多功能型。 电子式电压调节器利用三极管的开关特性，在发电机转速变化时，通过改变励磁绕组电路的接通和断开的时间比来调节励磁电路的平均电流。,6电子调节器,风扇及皮带轮实物如图所示。交流发电机的前端装有皮带轮，由发动机通过风扇传动带驱动发电机旋转。在皮带轮的后面装有叶片式风扇，前后端盖上分别有出风口和进风口。当发动机带动发电机高速旋转时，可使空气流

10、经发电机内部，对发电机进行冷却。,7风扇与皮带轮,二： 汽车用交流发电机的分类,1.按总体结构分,1）普通交流发电机,普通交流发电机的应用最为普遍，如东风EQ1090型载货汽车用JF132型交流发电机，解放CA1091型载货汽车用JF1522A型交流发电机等。,普通交流发电机,普通交流发电机,2）整体式交流发电机,整体式交流发电机(integrate alternator)是内装电压调节器的交流发电机，如一汽奥迪、上海桑塔纳等轿车用JFZ1813Z型交流发电机。,整体式交流发电机（匹配KIA PRIDE）,整体式交流发电机（匹配杭发潍柴斯太尔）,3）带泵交流发电机,带泵交流发电机是带有真空泵的

11、交流发电机，如JFWBZ27型交流发电机等。,龙口中宇 JFWBZ27带泵交流发电机,带泵交流发电机,4）无刷交流发电机,无刷交流发电机（brush-less alternator）是无电刷、滑环结构的交流发电机。如福建仙游电机厂生产的JFW14X 型交流发电机和山东龙口中宇电机厂生产的 JFWBZ27交流发电机。,山东龙口中宇电机厂生产的 JFWBZ27交流发电机,5）永磁交流发电机,永磁交流发电机（permanent-magnet alternator）是转子磁极采用永磁材料的交流发电机。,YJFW168永磁交流发电机,添锦牌汽车永磁发电机,2.按磁场绕组搭铁方式分,1）内搭铁式交流发电机

12、,内搭铁（internal earth）式交流发电机磁场绕组的一端与发电机壳相连接，如东风EQ1090车用的JF132型交流发电机。,2）外搭铁式交流电发机,外搭铁（external earth）式交流电发机磁场绕组的一端经电压调节器后搭铁，如解放CA1091型车用的JF152D、JF1522A型交流发电机。,3.按装用的二极管数量分,1）六管交流发电机,六管交流发电机的整流器由六只硅二极管组成，这种型式应用最为广泛，如东风EQ1090车用的JF132型、解放CA1091型车用JF1522A、JF152D型交流发电机等。,2）八管交流发电机,八管交流发电机是指具有两个中性点二极管（neutra

13、l-point diode）的交流发电机，其整流器总成共有八只二极管，如天津夏利TJ 7100、TJ7100U微型轿车所用的JFZ1542型交流发电机。,3）九管交流发电机,九管交流发电机是指具有三个磁场二极管的交流发电机，其整流器总成共有九只二极管，如北京BJ1022型轻型车用的JFZ14L型交流发电机。,4）十一管交流发电机,十一管交流发电机是指具有中性点二极管和磁场二极管的交流发电机，其整流器总成共有十一只二极管，如奥迪、桑塔纳轿车用JFZ1813Z、JFZ1913Z型交流发电机。,4.按冷却方式分,1）风冷式发电机,风冷式(air-cooled )发电机按通风方式不同可分为单风扇式和双

14、风扇式。,单风扇式是风扇安装在交流发电机的前端，风扇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。而双风扇式交流发电机是在转子两端各装有一个风扇，产生的是轴向和径向的两个方向的空气流。,2）水冷式发电机,在高档轿车上，出于降低运行噪音和增强冷却效果的考虑，多采用新型水冷式(water-cooled )发电机。,宝马车配装的水冷式交流发电机,汽车交流发电机的型号组成如下：,（1）产品代号 交流发电机的产品代号有JF、JFZ、JFB和JFW四种，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（字母J、F、Z、B和W分别为交、发、整、泵和无字的汉语拼音第一个大写字母）。

15、,三 国产硅整流发电机型号,电压、电流等级代号都用一位阿拉伯数字表示，其含义分别见表1-2、表1-3。,（2）电压等级代号和电流等级代号,（4）变型代号,（3）设计序号,按产品设计先后顺序，由12位阿拉伯数字组成。,交流发电机以调整臂位置作为变型代号。从驱动端看，在中间不加标记；在右边时用Y表示；在左边时用Z表示。 例如：JF152表示交流发电机，其电压等级为12V，电流等级为5059A，第二次设计。 桑塔纳、奥迪100型轿车用JFZ1913Z型交流发电机是电压等级为12V、电流等级为90A、第13次设计、调整臂在左边的整体式交流发电机。,第二节硅整流发电机的工作原理及特性,本节主要介绍内容

16、1：发电机工作原理 2：整流原理 3：电子调节器 4：工作特性,当外加的直流电压作用在励磁绕组两端点的接线柱之间时，励磁绕组中便有电流通过，产生轴向磁场，两块爪形磁极磁化，形成了6对相间排列的磁极。磁极的磁力线经过转子与定子之间的气隙、定子铁心形成闭合磁路。,1发电机原理,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流电动势。如上图所示，由于三相绕组是对称绕制的，所以产生的三相电动势亦是对称的。 每相绕组的电动势有效值的大小和转子的转速及磁极的磁通成正比。即：,式中：E电动势的有效值； C1电机常数； n转子的转速； 磁极磁通。,交流发电机定子绕组中感应产生的交流电，是靠

17、6只二极管组成的三相桥式全波整流电路变为直流电的。 利用二极管的单向导电特性，便可把交流电变为直流电。,（1）二极管的导通原则 由于3只正极管（VD1、VD3、VD5）的正极分别接在发电机三相绕组的始端（A、B、C）上，它们的负极又联接在一起，所以3只正极管的导通原则是，在某一瞬间正极电位最高者导通。 由于3只负极管（VD2、VD4、VD6）的负极分别接在发电机三相绕组的始端，它们的正极又联接在一起，所以3只负极管的导通原则是在某一瞬间负极电位最低者导通，三相整流电路如图a所示。,2整流原理,（2）发电机的励磁方式 交流发电机开始发电时，由于二极管死区电压的存在，需先由蓄电池供给励磁电流。当发

18、电机电压达到蓄电池电压时，即由发电机自己供给励磁电流，也就是由他励转变为自励。 由于交流发电机转子的爪极剩磁较弱，所以发电机在低速运转时，加在硅二极管上的正向电压也很小，此时二极管的正向电阻较大，较弱的剩磁产生的很小的电动势很难克服二极管的正向电阻，使发电机电压不能迅速建立起来。这样，发电机低速充电的要求就不能满足。 因此，汽车上发电机必须与蓄电池并联，开始由蓄电池向励磁绕组供电，使发电机电压很快建立起来并转变为自励状态，蓄电池被充电的机会就多一些，有利于蓄电池的使用维护。,硅整流发电机输出的直流电压U正比于交流发电机的感应电动势E，而感应电动势E正比于发电机转速与每极磁通，即：,因此，当发电

19、机转速变化时，相应地改变每极磁通才能达到保持电压恒定的目的，而每极磁通的大小取决于发电机磁场电流IF的大小，故在发电机转速变化时，只要自动调节发电机的磁场电流IF便可使发电机输出电压保持恒定。电压调节器就是利用这一原理调节发电机电压的。,3电压调节原理,电子调节器是利用三极管的开关特性制成的，即将三极管作为一只开关串联在发电机的磁场电路中，根据发电机输出电压的高低，控制三极管的导通和截止，调节发电机的磁场电流使发电机输出电压稳定在某一规定的范围之内。 电子调节器有内搭铁和外搭铁之分，分别与内搭铁或外搭铁式发电机匹配使用。,（1）电子调节器,上图所示为内搭铁式电子调节器的基本电路原理。通常由功率

20、开关三极管、信号放大和控制电路以及电压信号的检测电路等三部分电路组成。 当合上点火开关SW后，蓄电池电压便加在A、C两端，R1上的分压UAB通过三极管VT1的发射结加到稳压管VD上，由于蓄电池电压低于发电机的规定电压值，故此时加到稳压管VD上的电压值小于其反向击穿电压UVD，稳压管VD截止，VT1截止，VT2则由R3提供偏置电流而处于饱和导通状态，蓄电池便经VT2给磁场绕组提供磁场电流。当发电机电压超过规定值时，VD导通，VT1导通，使VT2的发射结被短路，因而VT2截止，从而切断了磁场电路，使得发电机电压迅速下降。如此反复，发电机的电压便被稳定于规定值。,集成电路调节器是利用集成电路（IC）

21、组成的调节器，如果它直接在发电机上检测发电机的输出电压称为发电机电压检测法；如果用连接导线检测蓄电池的端电压来调节发电机的输出电压称为蓄电池电压检测法。,（2）集成电路调节器,多功能调节器除具有电压调节功能以外，还具有充电指示控制、发电机故障检测和指示等多种功能。,调节器内有一单片集成电路，它的“IG”端经点火开关接至蓄电池，用于检测蓄电池和发电机电压，从而控制三极管VT2的导通与截止（即控制磁场电路的通断）。它的“P”端接至发电机定子绕组某一相上，该点电压为硅整流发电机直流输出电压的一半。单片集成电路调节器从“P”端检测到硅整流发电机的电压，从而控制三极管VT1的导通与截止。,（3）多功能集

22、成电路调节器,（4） 交流发电机电压调节器的型号,发电机调节器的产品型号编制方法如下：,（5）发电机及调节器使用注意事项,（1）蓄电池极性正确连接方法必须负极搭铁，不得接反。否则，会烧坏整流管。 （2）发电机工作时，不允许用试火的方法检查发电机的火线接线柱是否发电，否则将损坏发电机的整流器。 （3）当发现发电机不发电或发电量小时，应及时到修理厂检修，否则易导致蓄电池充电不足。 （4）发电机正常工作时，切不可任意拆动用电设备的连接线，以防止引起电路中的瞬时过电压，损坏电子元件。 （5）发动机自行熄火时，应及时关闭点火开关，以防止蓄电池通过励磁电路放电。 （6）选用专用调节器，特殊情况临时使用代用

23、调节器时，注意代用调节器的标称电压与搭铁极性。 （7）调节器与发电机的电压等级必须一致，否则电源系统不能正常工作。 （8）调节器与发电机（磁场线圈）的搭铁形式必须一致。,4：交流发电机的工作特性,1.输出特性,交流发电机的输出特性（out-put characteristic）也称负载特性或输出电流特性。输出特性是指在发电机保持输出电压一定（即U=const）时，发电机的输出电流与转速之间的关系。,一般对标称电压为12的硅整流发电机，其输出电压恒定在14V，对标称电压为24V的发电机，其输出电压恒定在28V。通过试验可以测得一条的输出特性曲线。,交流发电机的输出特性,由输出特性可以看出发电机在不同转速下的输出功率情况：,（1）发电机只需在较低的空载转速 时，就能达到额定输出电压值。表明交流发电机具有低速充电性能好的优点。空载转速值 是选择发电机与发动机传动比的主要依据。,（2）发电