汽车电气与电子技术-第2章-交流发电机与调节器.ppt

1、第2章 交流发电机及调节器,2.1 汽车电源系统的组成,汽车电源系统又称汽车充电系统，由蓄电池、发电机、电压调节器和充电指示灯等组成。蓄电池和发电机并联于汽车电路之中。,2.2 交流发电机的类型和构造,2.2.1 交流发电机的类型,2.2.2 交流发电机的构造,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,2.2.2 交流发电机的构造,1.转子 转子是交流发电机的磁场部分，主要是由爪极、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,1.转

2、子,磁极对数可为4对、5对和6对，我国设计的交流发电机的磁极对数多为6对。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。,2.定子,定子又称电枢，由定子铁心和定子绕组组成。定子铁心由一组相互绝缘且内圆带有嵌线槽的环状硅钢片叠制而成，定子槽内嵌有三相对称绕组。,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

3、发电机的交流输出端。,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

4、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。,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度电度角。 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，nl，2，3，），即2、5、8、11个槽均可,三相绕组的绕法示例-JF11发电机,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。,3.整

5、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电源输出端，并在后端盖上铸由标记“B”或“+”、“A”、“电枢”。,4.端盖与电刷总成,前、后端盖均由铝合金压铸或用砂模铸造而成。铝合金为非导磁材料，可减少漏磁并具有轻便、散热性能良好等优点。 后端盖上装有电刷架，它用酚醛塑料或玻璃纤维增强尼龙制成。两个电刷分别装在电刷架的孔内，借弹簧压力与滑环保持接触。,2.3交流发电机的工作原理,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度电角度的三相正弦交流电动

6、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）。,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，即可把交流电转变成直流电。,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

7、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）t0时，uA0，uB为负值，uC为正值，二极管VD5、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； （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,2.3.3励

8、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，为他励方式； 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。,2.3.4带中性点输出的交流发电机整流原理,1. 带中性点抽头的交流发电机电路 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，其大小为,2.中性点整流输出,在星形接法的交流发电机中，其中性点N不仅具有直流电压(等于发电机直流输出电压的一半)，而且还包含有交

9、流电压成分。中性点瞬时电压为三相基波电压整流得到的直流分量和三次谐波交流分量的叠加，三次谐波交流分量与发电机转速有关，转速越高，三次谐波交流分量的瞬时最高值越大。,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。,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 。,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,2.4

10、交流发电机的工作特性,2.4.1空载特性 当发电机空载运行（负载电流I=0）时，发电机端电压U和转速n之间的关系称为发电机的空载特性。空载特性可以判断发电机低速充电性能的好坏。 发电机达到额定电压时的转速称为空载转速n1 。空载转速n1通常作为选择发电机与发动机传动比的依据。,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。,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

11、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，电气设备中的电子元件将有击穿的危险。,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分为电磁振动式和电子式两大类。,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,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

12、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。,双级电磁振动式电压调节器的工作原理,（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。,双级电磁振

13、动式电压调节器的工作原理,（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。,2.5.4晶体管电压调节器,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,2.5.4晶体管电压调节器,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法应遵循哪些规则？ 3.

14、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。,2.5.5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，缺点是当发电机至蓄电池电路上的压降

15、损失较大时，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。,1.国产JFTl52型集成电路调节器,国产JFTl52型集成电路调节器是长沙汽车电器厂生产的一种厚膜混合集成电路调节器，适用于14V350W500W的外搭铁交流发电机，如东风EQl090汽车装用的JFZl32N,内搭铁与外搭铁,所谓内搭铁交流发电机是指磁场绕组的一端与发电机壳体相连后搭铁，而外搭铁交流发电机是指磁场绕组的一端经调节器后搭铁。,2.丰田和夏利轿车集成电路调节器,改进

16、电压检测 充电指示 外搭铁,3.奥迪100、桑塔纳轿车用交流发电机,发电机电压检测 充电指示 外搭铁,2.6充电系统电路实例分析,2.6.1 解放CA1091充电系统电路 内搭铁 采用中性点电压控制继电器,上海大众SANTANA2000系列轿车充电系统电路,采用中央线路板；发电机电压检测；充电指示 外搭铁,2.6.3 上海通用别克轿车充电系统电路,三角形连接方式 动力系控制模块2级串行数据接口向仪表组件2级串行数据接口传送数据，控制充电指示灯工作,2.7交流发电机与调节器的检测与实验,1.交流发电机的检测与实验 2.整机性能实验 空载特性 输出特性 外特性 3.调节器故障检查与调整,本章小结,汽车电源系统的组成：由蓄电池、发