第二節(jié) 交流發(fā)電機結構(王字號)

一、6管普通交流發(fā)電機的結構

主要部件有：轉子、定子、整流器。此外，還有電刷和滑環(huán)；使轉子平滑轉動的軸承；風扇。所有這些部件均裝在前后機架上。組成

（一）轉子

轉子的功用是產(chǎn)生旋轉磁場,主要由兩塊爪極、磁場繞組、磁軛、集電環(huán)、轉子軸組成。

由低碳鋼制成的兩塊六爪磁極壓裝在轉子軸上，其空腔內裝有導磁用的鐵心，即磁軛。鐵心上繞有勵磁繞組，勵磁繞組的二根引出線分別焊在與軸絕緣的兩個壓裝在軸上的滑環(huán)上。

滑環(huán)由兩個彼此絕緣的銅環(huán)組成，滑環(huán)壓裝在轉子軸上并與軸絕緣，兩個滑環(huán)分別與磁場繞組的兩端相連當兩滑環(huán)通過電刷通入直流電時，磁場繞組中就有電流通過，并產(chǎn)生軸向磁通，使爪極一塊被磁化為N極，另一塊被磁化為S極，從而形成六對相互交錯的磁極。當轉子轉動時，就形成了旋轉的磁場。交流發(fā)電機的磁路為：磁軛→N極→轉子與定子之間的氣隙→定子→定子與轉子間的氣隙→S極→磁軛，見圖。轉子結構轉子電路

（二）定子產(chǎn)生交流電動勢，由鐵心和三相繞組組成。定子鐵心由相互絕緣的且內帶有嵌線槽的圓環(huán)狀硅鋼片疊制成。三相繞組的聯(lián)接方法有星形接法即Y形、三角形（大功率）接法兩種方式。目前多數(shù)車用交流發(fā)電機采用星形連接，即每相繞組的首端分別與整流器的硅二極管相接，作為交流發(fā)電機的交流輸出端；每相繞組的尾端接在一起，形成中性點N。定子結構三相繞組中所產(chǎn)生的電動勢是對稱的，即電動勢的頻率相同、幅值相等、相位互差120°。為保證三相繞組中所產(chǎn)生的電動勢是對稱的，三相繞組在定子槽中的繞法必須滿足：（1）每相繞組線圈的個數(shù)，每個線圈的匝數(shù)，每個線圈的大小都必須相等，這樣可保證每相繞組所產(chǎn)生的電動勢大小相等。（2）每相繞組的首端在定子槽內的排列必須間隔120°電角度（單位“度”俗稱“電角度”，是“相位差”的單位）繞組連接方法

（三）整流器整流器的作用主要是將定子繞組產(chǎn)生的三相交流電變成直流電輸出；其次，可阻止蓄電池的電流向發(fā)電機倒流。

整流器

1．車用硅整流二極管特點（1）工作電流大。（2）承受反向電壓的能力高。（3）只有一根引線（引出電極）。

有的二極管引線是正極，有的二極管引線是負極，引出線為正極的管子叫正極管，引出線為負極的管子叫負極管，因此整流二極管有正二極管和負二極管之分。二極管

2．整流管的安裝

（1）正極管在管殼底標有紅色標記。在負極搭鐵的交流發(fā)電機中，三個正極管的外殼壓裝在元件板的三個座孔內（即負極在元件板上），共同組成發(fā)電機的正極，由一個與后端蓋絕緣的元件板固定螺栓通至機殼外，作為發(fā)電機的火線接線柱“B”（“＋”，“A”或“電樞”接線柱）。（2）負極管即，管殼底部有黑色標記。三個負極管的外殼壓裝在后端蓋的三個孔內（正極在元件板上），和發(fā)電機外殼一起成為發(fā)電機的負極。負整流板直接搭鐵并和殼體相聯(lián)接。正極板負極連一起，負極板正極連一起。

整流板的形狀有馬蹄形、長方形、半圓形等。CA1091型汽車用的外搭鐵交流發(fā)電機，把整流器單獨裝在后端蓋外。上海桑塔納轎車用JFZ1813Z型交流發(fā)電機整流器也安裝在后端蓋外側，只要打開塑料防塵罩，即可取出，不需將交流發(fā)電機解體、維修方便。有些交流發(fā)電機的整流器采用九只二極管，增加的是三只小功率勵磁二極管，專門用來供給勵磁電流，這樣可以提高發(fā)電機的電壓調節(jié)精度。采用勵磁二極管后，僅用簡單的放電警告燈即可以指示發(fā)電機的發(fā)電情況，節(jié)省了一只放電警告燈繼電器。另外，有些發(fā)電機為了提高中性點電壓，提高發(fā)電機輸出功率，增加了兩只二極管對中性點電壓進行整流，匯入發(fā)電機的輸出端。同時具備上述兩種功能的發(fā)電機整流器共有11只硅二極管，下圖為具有中性點和勵磁二極管的整流器。

（四）端蓋固定轉子、定子、整流器和電刷組件。在后端蓋內裝有電刷架和電刷。端蓋一般用非導磁性材料鋁合金鑄造，一是可有效的防止漏磁，二是鋁合金散熱性能好。前后端蓋上通常設有通風口。當傳動帶輪和風扇一起旋轉時，使空氣高速流經(jīng)發(fā)電機內部進行冷卻。而有些工作環(huán)境惡劣的工程機械、農(nóng)用拖拉機等為防止灰塵、泥土進入發(fā)電機內部，因此采用外型尺寸較大的封閉型交流發(fā)電機，以保證其散熱的需要。

（五）電刷與電刷架

將電源通過集電環(huán)引入勵磁繞組，兩個電刷分別裝在電刷架的孔內，借助彈簧壓力與集電環(huán)保持接觸。電刷與集電環(huán)接觸應良好，否則會因為磁場電流過小，導致發(fā)電機發(fā)電不足?；h(huán)和電刷總成勵磁繞組通過兩只電刷（F和E）和外電路相連，根據(jù)電刷和外電路的聯(lián)接形式不同，發(fā)電機可分為內搭鐵和外搭鐵兩種類型：

內搭鐵型發(fā)電機：磁場繞組的兩端通過電刷分別引至發(fā)電機后端蓋的接線柱，分別稱為“F”（“磁場”）接線柱，“E”（“搭鐵”接線柱），即勵磁繞組的一端在發(fā)電機的外殼上直接搭鐵；

外搭鐵型發(fā)電機：磁場繞組的兩端引至后端蓋上的接線柱分別稱為“F1”和“F2”接線柱，且兩個接線柱均與發(fā)電機的后端蓋絕緣，勵磁繞組再經(jīng)調節(jié)器搭鐵。

（六）帶輪及風扇發(fā)電機的前端蓋裝有帶輪，由發(fā)動機通過風扇傳動帶驅動發(fā)電機旋轉，在帶輪的后面裝有葉片式風扇，前后端蓋上分別有出風口和進風口。當發(fā)動機帶動發(fā)電機高速旋轉時，可使空氣流進發(fā)電機內部，冷卻發(fā)電機。對于一些高檔轎車，發(fā)電機功率大，體積小，為提高散熱效率，一般裝有兩個風扇，其將風扇葉直接焊接在轉子上。二、8管交流發(fā)電機其中6只組成三相全波橋式整流電路，另2只是中性點二極管，1只正極管接在中性點和正極之間，1只負極管接在中性點和負極之間。對中性點電壓進行全波整流。試驗表明：加裝中性點二極管的交流發(fā)電機在結構不變的情況下可以提高發(fā)電機的功率10%～15%。這種結構發(fā)電機的充電指示燈電路由調節(jié)器直接控制。三、9管交流發(fā)電機（日車應用較多）

由6只大功率整流二極管和3只小功率勵磁二極管組成的。其中6只大功率整流二極管組成三相全波橋式整流電路，對外負載供電；而3只小功率管二極管與三只大功率負極管也組成三相全波橋式整流電路專門為發(fā)電機磁場供電，所以稱3只小功率管為勵磁二極管。

四、11管交流發(fā)電機（桑塔納用發(fā)電機）

11管交流發(fā)電機的整流器由8只大功率整流二極管（其中包括2只中性點二極管）和3只磁場二極管組成。11管交流發(fā)電機在汽車上應用也較多，因為其中性二極管可提高發(fā)電機功率，勵磁二極管可控制充電指示燈電路。五、無刷交流發(fā)電機（一）爪極式無刷交流發(fā)電機磁場繞組是靜止不動，磁場繞組的兩端引出線可以直接引出，省去了電刷和集電環(huán)，爪極在磁場繞組的外圍旋轉。

爪極式無刷交流發(fā)電機的優(yōu)缺點：優(yōu)點是結構簡單、維護方便、工作可靠，不存在電刷與集電環(huán)接觸不良導致的發(fā)電不穩(wěn)或不發(fā)電故障；缺點是爪極間連接工藝困難，由于磁路中間隙加大，發(fā)電機相同輸出功率下需加大勵磁電流。

（二）激磁機式無刷交流發(fā)電機它實際上是在一臺爪極式三相交流發(fā)電機的基礎上增加了一部專為其激磁的小型硅整流交流發(fā)電機，稱為激磁機。當發(fā)電機轉動時，在激磁機轉子的三相繞組中感應出三相交流電，在發(fā)電機內部經(jīng)二極管整流后變?yōu)橹绷麟姡苯庸┙o爪極式三相交流發(fā)電機的磁場繞組激磁發(fā)電。這種無刷發(fā)電機的優(yōu)點是磁路中無附加氣隙，因而漏磁少，輸出功率大，但結構復雜。（三）永磁式無刷交流發(fā)電機它是以永久磁鐵作為轉子磁極而產(chǎn)生旋轉磁場，去掉了電刷和滑環(huán)，同時不需要磁場繞組和爪極。結構簡單可靠、使用壽命長。轉子常用的永磁材料有鐵氧體、鉻鎳鈷、稀土鈷、釹鐵硼等。由于轉子為永磁結構，所以產(chǎn)生的旋轉磁場強度是不變的、不可調的，因此，不能采用普通交流發(fā)電機通過調節(jié)器控制磁場電流的辦法來調節(jié)發(fā)電機的輸出電壓。為解決調壓問題可采用電壓調節(jié)器與三相半控橋式整流相配合的辦法，使發(fā)電機輸出電壓不隨轉速大幅度變化而變化。

永磁式交流發(fā)電機具有如下優(yōu)點：1、體積小、質量輕、結構簡單、維護方便，使用壽命長。如750W的鈦鐵硼永磁發(fā)電機與350W普通交流發(fā)電機重量相當。轉子上除軸承外無其他磨損件并開有通風孔，冷卻散熱好，因而壽命可提高兩倍以上。2、由于傳動比大，即發(fā)動機轉速低而發(fā)電機轉速高，所以發(fā)動機低速時發(fā)電機充電性能也好。3、比功率大，可節(jié)約金屬材料。4、無激磁損耗，效率可提高10％以上。5、在電壓控制器中，由于僅有約10mA的電流通過觸點，故可降低觸點磨損，電壓調節(jié)結構很簡單。

六、帶泵交流發(fā)電機

帶泵交流發(fā)電機結構與普通交流發(fā)電機完全一樣，不同的是轉子軸很長并伸出后端蓋，利用外花鍵與真空泵的轉子內花鍵相連接，驅動真空泵與發(fā)電機轉子同步旋轉，給汽車制動系中的真空筒抽真空，為制動系的真空增壓器提供真空源，主要用于沒有真空源的柴油機（汽油機可直接從進氣歧管處取得真空。制動時因節(jié)氣門幾乎關閉而在進氣歧管中形成高真空）。

七、汽車雙整流發(fā)電機

雙整流發(fā)電機是一種最新型交流發(fā)電機，大大改善了普通交流發(fā)電機低速充電性能和高速最大功率輸出，又不增設比較復雜的控制電路，因此也沒有增加充電系的故障率。

1、結構原理

在普通交流發(fā)電機三相定子繞組基礎上，增加繞組匝數(shù)并引出接線頭，增加一套三相橋式整流器。低速時由原繞組和增繞組串聯(lián)輸出，而在較高轉速時，僅由原三相繞組輸出。工作中高低速供電電路的變換是自動的，沒有增設任何機電控制裝置：

在低速范圍內，由于發(fā)電機轉速低，三相繞組串聯(lián)輸出，提高了發(fā)電機的輸出電壓，使發(fā)電機低速充電性能大大提高。在高速范圍內，隨著發(fā)電機轉速的增大，串接的三相繞組的感抗增大，內壓降增大，再加上電樞反應加強，使輸出電壓下降。這時原三相繞組A、B、C因內壓降較小，產(chǎn)生的感應電流相對較大，確保高速下的功率輸出。

2、雙整流發(fā)電機優(yōu)點

（1）既降低了發(fā)電機的充電轉速，又保證了高速大電流輸出，提高了發(fā)電機的有效功率。雙整流發(fā)電機比普通發(fā)電機最低充電轉速降低了200－300r／min，在低速下發(fā)電機即可輸出電流達10A；而額定電壓及額定電流下的轉速不大于2500r／min。

（2）結構簡單