1、交流发电机的概述和工作原理一、发电机的功用 预习：1、发电 2、整流：利用整流器 3、调节电压：电压调节器 起动发动机时需利用蓄电池供应电动机及点火系统等各种电器所需的电流；充电系统就是将发动机一部分机械能转变为电能的装置。充电系统最重要的器件为产生电能的发电机，其次为控制发电机最高输出电压的调节器。图2-32充电系统的组成二、交流发电机的构造（一）交流发电机的分类 1.按总体结构分类 普通交流发电机 整体式交流发电机 带泵的交流发电机 无刷交流发电机 永磁交流发电机 2.按整流器结构分类 6管交流发电机 8管交流发电机 9管交流发电机 11管交流发电机 3.按励磁饶组搭铁形式分2类 内搭铁型
2、交流发电机，磁场绕组的一端（负极）直接搭铁。外搭铁型交流发电机，磁场绕组的一端（负极）接入调节器，通过调节器再搭铁。（二）交流发电机的结构 1.定子 2.转子 3.整流器 4.前后盖板 5.皮带轮及风扇 6.电压调节器 交流发电机的外形交流发电机的结构转子定子整流器端盖及电刷组件带轮及风扇 1、转子：用来产生磁场，由滑环、转子轴、爪极、磁轭、磁场绕组等组成。转子由磁极、磁场线圈、滑环及轴等所组成，结构如图2-35所示，分成两片爪形铁，交叉组合在一起，一边全为N极，另一边全为S极，N、S极相间排列，一般为816极。转子线圈电流的流动回路如下：由调节器来的电流电刷滑环磁场线圈滑环电刷搭铁。两个集电
3、两个集电环分别与环分别与磁场绕组磁场绕组的两端相的两端相连连转子轴上压装着转子轴上压装着两块爪极，两块两块爪极，两块爪极各有六个鸟爪极各有六个鸟嘴形磁极。嘴形磁极。2.定子铁心由内圈带槽的定子铁心由内圈带槽的硅钢片硅钢片叠成，定子绕组叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。定子绕组有三相，三的导线就嵌放在铁心的槽中。定子绕组有三相，三相绕组采用相绕组采用星形接法星形接法或或三角形三角形（大功率）接法，都（大功率）接法，都能产生三相交流电。能产生三相交流电。三相绕组必须按一定要求绕制三相绕组必须按一定要求绕制,才能使之获得频率才能使之获得频率相同、幅值相等、相位互差相同、幅值相等、相位互差120
4、的三相电动势。的三相电动势。图3.5 交流发电机定子总成及连接方式a）定子绕组星形连接 b)定子绕组三角形连接 3.整流器 整流器的作用：交流发电机产生的三相交流电变成直流电输出，还可阻止蓄电池的电流向发电机倒流。交流发电机整流器的作用是将定子绕组的三相交流电变为直流电。6管交流发电机的整流器是由6只硅整流二极管组成三相全波桥式整流电路 图2-37整流二极管的构造4.皮带轮及风扇 皮带轮装在转子轴的前端，由发动机皮带驱动。风扇装在转子轴的前端或发电机的内部，如图2-40所示，用以冷却转子线圈及整流管等。皮带轮及风扇5.前、后端盖6.电刷总成 电刷总成安装在后端盖内，包括电刷、电刷架和电刷弹簧。
5、图3.9 电刷组件整流管的安装整流管的安装7.交流发电机的型号 产品代号 电压等级代号 电流等级代号 设计序号 变形代号国产交流发电机的型号国产交流发电机的型号中国行业标准中国行业标准QC/T 73-93汽车电器设备产品型号编制方法汽车电器设备产品型号编制方法，汽车交流发电机的型号如下：汽车交流发电机的型号如下：123451-产品代号：常用的有产品代号：常用的有JF、JFZ、JFB和和JFW四种、四种、2-电压等级代号：电压等级代号：1表示表示12V，2 表示表示24V，6表示表示6V3-电流等级代号电流等级代号4-设计序号设计序号5-变型代号变型代号例如：桑塔纳、奥迪例如：桑塔纳、奥迪100
6、型轿车所使用的代号为型轿车所使用的代号为 JFZ1913Z型交流发电机，型交流发电机，含义为：电压等级为含义为：电压等级为12V、输出电流大于、输出电流大于90A、第第13次设计、调整臂位于左边的整体式交流发电机。次设计、调整臂位于左边的整体式交流发电机。1.交流发电机的发电原理 两个基本关系 f =pn/60 E=Ce n m 整流原理（图）整流电压平均值U与线电压UL、相电压U的关系U=3/ULm=32/UL=1.35 UL=2.34 U其中：U=整流电压平均值，ULm=线电压幅值，UL=线电压有效值，U=相电压有效值 三、交流发电机的工作原理交流发电机发电原理图交流发电机发电原理图1、交
7、流发电原理、交流发电原理 1.1.在发电机内部有一个由在发电机内部有一个由发动机带发动机带动转子动转子（旋转磁（旋转磁场）场）2.2.磁场外有一个磁场外有一个定子定子绕组绕组,绕组有绕组有3 3组线圈组线圈(3(3相绕组相绕组)，3 3相绕组彼此相隔相绕组彼此相隔120120度度 3.3.当转子旋转时，旋转的当转子旋转时，旋转的磁场使固定的电枢绕组磁场使固定的电枢绕组切切割磁力线割磁力线（或者说使电枢（或者说使电枢绕组中通过的磁通量发生绕组中通过的磁通量发生变化）变化）而产生电动势。而产生电动势。1 1、交流电动势的产生（公式）、交流电动势的产生（公式）交流电动势频率：60npftEeAsin
8、2)32sin(2tEeB)34sin(2tEeC 式中：p磁极对数；n发电机转速电动势：式中：表示电动势的有效值；表示电角速度，E302pnf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（WbWb）Ce-Ce-电机结构常数电机结构常数2.2.交流发电机的整流原理交流发电机的整流原理硅二极管具有单向导电性。整流过程实际上就是将具有单向导电性的硅二极管组成各种整流电路，把交流电变成直流电。图2-44整流回路 a）半波整流 b）全波整流二极管的导通原则二
9、极管的导通原则 当三只二极管负当三只二极管负极端相连时，正极端相连时，正极端电位最高者极端电位最高者导通；导通；当三只二极管正当三只二极管正极端相连时，负极端相连时，负极端电位最低者极端电位最低者导通。导通。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 对于三个正极管子（对于三个正极管子（D1D1、D3D3、D5D5正极和定子绕正极和定子绕组始端相联），在某瞬时，电压最高一相的正组始端相联），在某瞬时，电压最高一相的正极管导通。极管导通。对于三个负极管子（对于三个负极管子（D2D2、D4D4、D6D6负极和定子绕负极和定子绕组始端相联），在某瞬时，电压最低一相的负组始端相联），在某瞬时
10、，电压最低一相的负极管导通。极管导通。但同时导通的管子总是两个，正、负管子各一但同时导通的管子总是两个，正、负管子各一个。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通三相桥式整流电路中二极管的依次循环导通,使得负载使得负载RLRL两端得到一个比较平稳的脉动直流电压。两端得到一个比较平稳的脉动直流电压。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=1.35UL=2.34UU=1.35UL=2.34U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
11、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电刷架电刷架 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
12、、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。端盖一般用铝合金铸造，一端盖一般用铝合金铸造，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。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。电成。电刷的作用是将电源通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。3.交流发电机的励磁方式交流发电机的励磁方式 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，交流发电机都需要励磁，因为它们的
13、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。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。发电机励磁方式有自励和他励两种。他励：由蓄电池给励磁绕组供电 自励：由发电机给励磁绕组供电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四、交流发电机的工作特性四、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，其转速变化约为汽油发动机来说，其
14、转速变化约为1 1：8 8，柴油机约为，柴油机约为1 1：5 5，因此分析汽车用交流发电机的特性必须以转速的变，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。化为基础。交流发电机的特性有输出特性、空载特性和外特性，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。其中以输出特性最为重要。1、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，其行时，其端电压端电压随转速随转速变化的关变化的关系，即系，即I I0 0时，时，U=fU=f（n n）的曲线，）的曲线，如图如图2、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
15、电压U U不变不变（对（对12V12V系列的交流系列的交流发电机规定为发电机规定为14V14V，对对24V24V的交流发电机的交流发电机规定的电压为规定的电压为28V28V。）。）输出输出电流与转速电流与转速之之间的关系，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n1
16、n1，称，称n1n1为空载为空载转速转速。空载转速常用。空载转速常用来作为测试发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
17、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，又称为自我保护能力。能力。输出特性是指发电机端电压不变时，发电机的输出电流I与发电机转速n之间的关系。数学描述：U=C 时，I=f（n）。从图中可以看出：从图中可以看出：（1）空载）空载n1,低速充电性好；低速充电性好；（2）满载）满载n2,发电性能优良；发电性能优良；（3）n到一定值后，具有到一定值后，具有自身控制输出电流自身控制输出电流I的能力，的能力，无需限流器。无需限流器。补充补充n1,n2是判断发电机技术性能优劣的重要指标是判断发电机技术性能优劣的重要指标，具体数值在技术说明书上可查到或直接实物测量。，具体数
18、值在技术说明书上可查到或直接实物测量。输出特性输出特性(3)(3)额定转速额定转速n2 n2 当当额定电流额定电流IAIA=Imax2/3=Imax2/3，此时，此时的转速称为满载转的转速称为满载转速。速。发电机出厂时，通发电机出厂时，通过试验，规定了空过试验，规定了空载转速与额定转速。载转速与额定转速。在使用过程中，可在使用过程中，可通过检测这两个数通过检测这两个数据来判断发电机性据来判断发电机性能的好坏。能的好坏。输出特性：nn1（空载转速）:I=0，不能带负载。n1nn2：转速增加，I增长有限（限流能力）。IImax3、外特性外特性 外特性是研究当外特性是研究当发发电机转速一定电机转速一定时，其时，其端电压与端电压与输出电流输出电流的关系，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。
