汽車供電系統(tǒng)之交流發(fā)電機

2.3交流發(fā)電機2.3.1交流發(fā)電機的功用2.3.2交流發(fā)電機的構(gòu)造2.3.3交流發(fā)電機任務原理2.3.4常見交流發(fā)電機的分類及型號2.3.1發(fā)電機的功用發(fā)電機是汽車的主要電源，其功用是在發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)，向一切用電設備〔起動機除外〕供電，同時給蓄電池充電。轉(zhuǎn)子定子端蓋整流器電刷組件帶輪風扇普通交流發(fā)電機普通由轉(zhuǎn)子、定子、整流器、前后端蓋、風扇、帶輪等組成。以下圖為JFB2型6管普通交流發(fā)電機解體圖JFB2型交流發(fā)電機解體圖2.3.2交流發(fā)電機的構(gòu)造2.3.2交流發(fā)電機的構(gòu)造(1)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是磁極部分，功用是產(chǎn)生磁場。轉(zhuǎn)子由爪極、勵磁繞組、鐵心和滑環(huán)等組成，如下圖。兩塊爪極鳥嘴外形，壓裝轉(zhuǎn)子軸上，爪極空腔內(nèi)裝有鐵心和磁場繞組?；h(huán)由兩個彼此絕緣的銅環(huán)組成，磁場繞組的兩端焊接在兩個滑環(huán)上，滑環(huán)分別與發(fā)電機后端蓋上的兩個電刷相接觸。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，就構(gòu)成了旋轉(zhuǎn)的磁場。交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)子總成交流發(fā)電機轉(zhuǎn)子分解圖1－滑環(huán)2－轉(zhuǎn)子軸3－爪極4－鐵心5－磁場繞組(2)定子定子是電樞部分，功用是產(chǎn)生交流電。定子由定子鐵心和對稱的三相定子繞組組成，如下圖。定子鐵心由內(nèi)圈帶槽、相互絕緣的硅鋼片疊成。三相繞組按一定規(guī)那么對稱嵌放在槽內(nèi)。三相繞組的銜接方法有星形接法和三角形接法兩種，如圖a、b所示，都能產(chǎn)生三相交流電。2.3.2交流發(fā)電機的構(gòu)造交流發(fā)電機定子總成及銜接方式a〕星形銜接b)三角形銜接a〕b〕2.3.2交流發(fā)電機的構(gòu)造(3)整流器功用是將定子繞組的三相交流電變換為直流電。整流器由6個整流二極管和散熱板組成。6只整流二極管分別壓裝或焊接在相互絕緣的兩塊板上組成的，其中一塊為正極板，另一塊為負極板。整流二極管分為正極管和負極管兩種。引出電極為正極的稱為正極管，3只正極管安裝在正極板上；引出電極為負極的稱為負極管，3只負極管安裝在負極板上。交流發(fā)電機整流二極管安裝表示圖a〕焊接式b〕電路圖c)壓裝式1－正整流板2－負整流板2.3.2交流發(fā)電機的構(gòu)造汽車用硅整流二極管有如下特點：(1)允許的任務電流大，(2)接受反向電壓的才干高，可接受的反向反復峰值電壓在270V左右，反向不反復峰值電壓在300V左右(3)只需一根引線〔引出電極〕(4)根據(jù)引出電極的不同分為正二極管和負二極管。整流器和定子繞組的銜接如下圖。JF1522A型交流發(fā)電機整流器總成a)整流板b)整流器總成1-負整流板2-正整流板3-散熱片4-螺栓孔5-正極管6-負極管7-安裝孔8-絕緣墊9電樞接柱安裝孔a)b)交流發(fā)電機整流器和定子的銜接電路圖a〕星形銜接b〕三角形銜接2.3.2交流發(fā)電機的構(gòu)造(4)端蓋及電刷組件端蓋分兩部分〔前端蓋和后端蓋〕，起支撐轉(zhuǎn)子、定子、整流器和電刷組件的作用。端蓋普通用鋁合金鑄造，一是可有效的防止漏磁，二是鋁合金散熱性能好。后端蓋上裝有電刷件。電刷組件由電刷、電刷架和電刷彈簧組成。電刷架有兩種方式。電刷組件a)外裝式b)內(nèi)裝式電刷的作用是將電源經(jīng)過滑環(huán)引入磁場繞組。兩個電刷分別裝在電刷架的孔內(nèi)，借助彈簧壓力與滑環(huán)堅持接觸。本卷須知：電刷和滑環(huán)的接觸應良好，否那么會由于磁場電流過小，導致發(fā)電機發(fā)電缺乏。2.3.2交流發(fā)電機的構(gòu)造交流發(fā)電機有內(nèi)搭鐵型和外搭鐵型兩種，如下圖。a)內(nèi)搭鐵型發(fā)電機有一只電刷和殼體直接搭鐵的發(fā)電機b)外搭鐵型發(fā)電機兩只電刷和端蓋絕緣相連的發(fā)電機磁場繞組的一端經(jīng)滑環(huán)和電刷，經(jīng)過與發(fā)電機端蓋絕緣的磁場接線柱相連，另一端經(jīng)過引線與發(fā)電機外殼相連；磁場繞組的兩端經(jīng)滑環(huán)和電刷，經(jīng)過引線均與絕緣接線柱相連。2.3.2交流發(fā)電機的構(gòu)造(5)帶輪及風扇交流發(fā)電機的前端裝有帶輪和風扇，由發(fā)動機經(jīng)過傳動帶驅(qū)動發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軸和風扇一同旋轉(zhuǎn)。發(fā)電機任務時，定子繞組和磁場繞組中都會有熱量產(chǎn)生，溫度過高會燒壞導線的絕緣導致發(fā)電機不能正常任務，所以為發(fā)電機散熱是必需的。為了提高散熱才干，有的發(fā)電機裝有兩個風扇〔前后各一個〕。如豐田轎車的發(fā)電機。(1)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動使發(fā)電機發(fā)電；(2)風扇的轉(zhuǎn)動為發(fā)電機散熱。2.3.3交流發(fā)電機任務原理2.3.3.1發(fā)電原理2.3.3.2整流原理2.3.3.3交流發(fā)電機的勵磁2.3.3.1發(fā)電機發(fā)電原理發(fā)電機發(fā)電原理表示圖由發(fā)動機帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)由電刷給轉(zhuǎn)子通電產(chǎn)生磁場(有刷交流發(fā)電機，無刷直接通電)由定子產(chǎn)生交變感應電動勢由整流器整流為直流電輸出2.3.3.1發(fā)電機發(fā)電原理交流電動勢的波形也近似正弦規(guī)律，〔因轉(zhuǎn)子磁極呈鳥嘴形，其磁場的分布近似正弦規(guī)律〕三相電動勢對稱(因發(fā)電機定子的三相繞組是對稱繞制的〕感應電動勢輸出波形三相交流發(fā)電機的感應電動勢瞬時值表達式：

式中,－每相電動勢的最大值－每相電動勢的有效值－電角速度2.3.3.1發(fā)電機發(fā)電原理定子每相電動勢的有效值的表示

式中,-繞組系數(shù)(和發(fā)電機定子繞組的繞線方式有關)-每相繞組的匝數(shù)〔單位：匝〕-頻率〔單位：Hz〕-每極磁通〔單位：Wb〕-電機構(gòu)造常數(shù)〔〕-稱為相電動勢。

由此可見，當交流發(fā)電機構(gòu)造一定時〔構(gòu)造常數(shù)不變〕，相電動勢和發(fā)電機轉(zhuǎn)速、磁通成正比。2.3.3.1發(fā)電機發(fā)電原理1)整流原理:(1)二極管的導通原那么當3只正二極管負極端銜接在一同時，正極端電位最高者導通；當3只負二極管正極端銜接在一同時，負極端電位最低者導通。整流二極管導通分析2.3.3.2發(fā)電機整流原理2.3.3.2發(fā)電機整流原理交流發(fā)電機定子的三相繞組中，感應產(chǎn)生的是交流電，要經(jīng)過6只二極管組成的三相橋式整流電路整流為直流電的，整流電路如圖a所示。二極管具有單導游通性,當給二極管加上正向電壓時二極管導通,當給二極管加上反向電壓時二極管截止。將定子的三相繞組和6只整流二極管按圖a的電路銜接，發(fā)電機的輸出端B、E上就輸出一個脈動直流電壓，如下圖c，這就是發(fā)電機的整流原理。發(fā)電機整流原理

a)整流電路b)三相交流電壓c)整流電壓波形0～t1瞬時2.3.3.2發(fā)電機整流原理t1～t2瞬時2.3.3.2發(fā)電機整流原理t2～t3瞬時2.3.3.2發(fā)電機整流原理(2)整流過程的分析同時導通的二極管管子總是兩個，正、負管子各一個。三相橋式整流電路中二極管的依次循環(huán)導通,使得負載RL兩端得到一個比較平穩(wěn)的脈動直流電壓。2)中性點電壓在定子繞組為星形銜接時，三相繞組的公共結(jié)點稱為中性點。從三相繞組的中性點引一根導線到發(fā)電機外，標志為“N〞?！癗〞點電壓稱為中性點電壓。中性點電壓的瞬時值是一個三次諧波電壓,平均值為發(fā)電機輸出電壓〔平均值〕的一半，即：

2.3.3.2發(fā)電機整流原理2.3.3.3發(fā)電機的勵磁將電流引入到勵磁繞組使之產(chǎn)生磁場稱為勵磁。交流發(fā)電機勵磁方式有自勵和他勵兩種。1)他勵在發(fā)電機轉(zhuǎn)速較低時〔發(fā)動機未到達怠速轉(zhuǎn)速〕，本身不能發(fā)電，需求蓄電池供應發(fā)電機勵磁繞組電流，使勵磁繞組產(chǎn)生磁場來發(fā)電。這種由蓄電池供應磁場電流發(fā)電的方式稱為他勵發(fā)電。2)自勵隨著轉(zhuǎn)速的提高,當發(fā)電機的輸出電壓UB大于蓄電池電壓時，發(fā)電機就能對外供電了。當發(fā)電機能對外供電時，就可以把本身發(fā)的電供應勵磁繞組，這種本身供應磁場電流發(fā)電的方式稱為自勵發(fā)電。交流發(fā)電機勵磁過程是先他勵后自勵。2.3.3.3發(fā)電機的勵磁2.3.4發(fā)電機的分類及型號2.3.4.1交流發(fā)電機的分類2.3.4.2交流發(fā)電機的型號2.3.4.3交流發(fā)電機的任務特性

2.3.4.1交流發(fā)電機的分類1.按總體構(gòu)造分〔1〕普通交流發(fā)電機。這種發(fā)電機即無特殊安裝，也無特殊功能特點，運用時需求配裝電壓調(diào)理器。〔2〕整體式交流發(fā)電機，發(fā)電機和調(diào)理器制成一個整體的發(fā)電機?！?〕帶泵的交流發(fā)電機。發(fā)電機和汽車制動系統(tǒng)用真空助力泵安裝在一同的發(fā)電機?！?〕無刷交流發(fā)電機，不需求電刷的發(fā)電機?！?〕永磁交流發(fā)電機，轉(zhuǎn)子磁極為永磁鐵制成的發(fā)電機。交流發(fā)電機構(gòu)造外型a)JF1522A型交流發(fā)電機b)JFZ1813型交流發(fā)電機c)JFB1712型交流發(fā)電機2.3.4.1交流發(fā)電機的分類2.按整流器構(gòu)造分〔1〕6管交流發(fā)電機〔2〕8管交流發(fā)電機〔3〕9管交流發(fā)電機〔4〕11管交流發(fā)電機3.按勵磁繞組搭鐵型式分〔1〕內(nèi)搭鐵型交流發(fā)電機〔2〕外搭鐵型交流發(fā)電機2.3.4.1交流發(fā)電機的分類2.3.4.2交流發(fā)電機的型號根據(jù)中華人民共和國汽車行業(yè)規(guī)范QC/T73-1993<汽車電器設備產(chǎn)品型號編制方法>的規(guī)定，汽車交流發(fā)電機型號由五部分組成：1、產(chǎn)品代號JF——表示普通交流發(fā)電機；JFZ——表示整體式〔調(diào)理器內(nèi)置〕交流發(fā)電機；JFB——表示帶泵的交流發(fā)電機；JFW——表示無刷交流發(fā)電機。2、電壓等級代號電壓等級代號用一位阿拉伯數(shù)字表示1—表示12V系統(tǒng)；2—表示24V系統(tǒng)；6—表示6V系統(tǒng)3、電流等級代號電流等級代號也用一位阿拉伯數(shù)字表示。見表2－1電流等級代號12345678額定電流/A<19<29<39<49<59<69<79<894、設計序號5、變型代號設計序號用1～2位阿拉伯數(shù)字表示，表示產(chǎn)品設計的先后順序。交流發(fā)電機以調(diào)整臂位置作為變形代號Z—左調(diào)整臂；Y—右調(diào)整臂2.3.4.2交流發(fā)電機的型號桑塔哪、奧迪100型轎車用JFZ1913Z型交流發(fā)電機表示電壓等級為12V，電流等級為大于或等于90、第13次設計，調(diào)整臂在左邊的整體式交流發(fā)電機。2.3.4.2交流發(fā)電機的型號桑塔納奧迪100JFZ1913Z發(fā)電機2.3.4.3交流發(fā)電機的任務特性任務特點：傳動比大，任務轉(zhuǎn)速變化范圍大。交流發(fā)電機的特性包括：輸出特性、空載特性和外特性。輸出特性：是指堅持發(fā)電機的端電壓不變，其輸出電流與轉(zhuǎn)速之間的關系，即U=常數(shù)時，I＝f〔n〕的函數(shù)關系。空載轉(zhuǎn)速n1是指I=0,U=Ue時的發(fā)電機轉(zhuǎn)速；滿載轉(zhuǎn)速n2是指U=Ue，I=Ie時的發(fā)電機轉(zhuǎn)速。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速到達一定值時，輸出電流就不再隨轉(zhuǎn)速的添加而上升。具有自動限制電流的自我維護才干。由特性曲線可以看出：2.3.4.3交流發(fā)電機的任務特性空載特性是研討發(fā)電機空載時，發(fā)電機的端電壓U與轉(zhuǎn)速n之間的關系。即I=0時，U=f(n)曲線，如圖所示。從曲線可以看出，n↑→U↑，由他勵轉(zhuǎn)入自勵發(fā)電時，即能向蓄電池補充充電。2.3.4.3交流發(fā)電機的任務特性外特性是指發(fā)電機轉(zhuǎn)速一定時，其端電壓與輸出電流之間的關系，即n=常數(shù)時，U=f〔I〕的曲線，如下圖。從外特性曲線可以看出發(fā)電機電壓受負載影響的程度：假設發(fā)電機在高速運轉(zhuǎn)時，忽然失去負載，發(fā)電機電壓會忽然升高，致使發(fā)電機及調(diào)理器等內(nèi)部電子元件有被擊穿的危險。2.4電壓調(diào)理器2.4.1電壓調(diào)理器的功用2.4.2電壓調(diào)理器的分類2.4.3電壓調(diào)理器的調(diào)壓原理2.4.4電子調(diào)理器的任務原理2.4.1電壓調(diào)理器的功用為了滿足用電設備恒定電壓的要求，交流發(fā)電機必需配用電壓調(diào)理器才干任務。電壓調(diào)理器是將發(fā)電機輸出電壓控制在規(guī)定范圍內(nèi)的安裝，其功用是在發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化時，自動控制發(fā)電機電壓堅持恒定。從電動勢與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和磁極的磁通的關系。汽車用交流發(fā)電機任務時其轉(zhuǎn)速很不穩(wěn)定且變化范圍很大，假設對發(fā)電機不加以調(diào)理，其端電壓將隨轉(zhuǎn)速的變化而變化，這與汽車用設備要求電壓恒定不相順應。2.4.2電壓調(diào)理器的分類交流發(fā)電機電壓調(diào)理器1、按任務原理可分為：〔1〕觸點式電壓調(diào)理器〔2〕晶體管調(diào)理器〔3〕集成電路調(diào)理器

電子調(diào)理器〔1〕觸點式〔電磁振動式〕電壓調(diào)理器2.4.2電壓調(diào)理器的分類觸點式調(diào)理器經(jīng)過電磁線圈控制觸點開閉的方式來磁場繞組的勵磁電流，實現(xiàn)對發(fā)電機電壓的調(diào)理?！?〕晶體管調(diào)理器2.4.2電壓調(diào)理器的分類〔3〕集成電路調(diào)理器2.4.2電壓調(diào)理器的分類2、按所匹配的交流發(fā)電機搭鐵類型可分兩種(1)內(nèi)搭鐵型調(diào)理器適用于內(nèi)搭鐵型交流發(fā)電機的電子調(diào)理器稱為內(nèi)搭鐵型電子調(diào)理器；(2)外搭鐵型調(diào)理器適宜用于外搭鐵型交流發(fā)電機的電子調(diào)理器稱為外搭鐵型電子調(diào)理器。對于晶體管調(diào)理器，在運用過程中，最好運用汽車闡明書中指定的調(diào)理器，假設采用其他型號替代，除標稱電壓、功率等規(guī)定參數(shù)與原調(diào)理器一樣外，代用調(diào)理器必需與原調(diào)理器的搭鐵方式一樣，否那么，發(fā)電機能夠由于勵磁電路不通而不能正常任務。2.4.2電壓調(diào)理器的分類交流發(fā)電機的三相繞組產(chǎn)生的相電動勢有效值為交流發(fā)電機電壓調(diào)理器的調(diào)壓原理是：當發(fā)電機轉(zhuǎn)速升高時，調(diào)理器經(jīng)過減小發(fā)電機勵磁電流If來減小磁通Ф，使發(fā)電機的輸出電壓UB堅持不變；當發(fā)電機的轉(zhuǎn)速降低時，調(diào)理器經(jīng)過增大發(fā)電機的勵磁電流If來添加磁通Ф，使發(fā)電機的輸出電壓UB堅持不變。2.4.3電壓調(diào)理器的調(diào)壓原理調(diào)理器根本原理2.4.4調(diào)理器的任務原理2.4.4調(diào)理器的原理2.4.4觸電調(diào)理器的原理2.4.4觸電調(diào)理器的原理2.4.4觸電調(diào)理器的原理2.4.4電子調(diào)理器的任務原理三只電阻R1、R2、R3；兩只三極管VT1、VT2；一只穩(wěn)壓二極管VS；一只二極管VD組成1.外搭鐵型電子調(diào)理器的根本電路2.4.4電子調(diào)理器的調(diào)壓原理1.外搭鐵型電子調(diào)理器的根本電路電阻R1和R2組成一個分壓器，R1上得分壓為：2.4.4電子調(diào)理器的調(diào)壓原理穩(wěn)壓管VS是感受元件，串聯(lián)在VT1的基極電路中，并經(jīng)過VT1的發(fā)射結(jié)并聯(lián)于分壓電阻R1的兩端，以感受發(fā)電機的輸出電壓；1.外搭鐵型電子調(diào)理器的根本電路2.4.4電子調(diào)理器的調(diào)壓原理VT2是大功率三極管(NPN型)，和發(fā)電機的磁場繞組串聯(lián)，起開關作用，用來接通與切斷發(fā)電機的勵磁電路；VT1是小功率三極管(NPN型)，用來放大控制信號；1.外搭鐵型電子調(diào)理器的根本電路2.4.4電子調(diào)理器的調(diào)壓原理VD是續(xù)流二極管；磁場繞組由接通轉(zhuǎn)為斷開形狀時(F端為+，B端為－)，經(jīng)二極管VD構(gòu)成放電回路，防止三極管VT2被擊穿損壞1.外搭鐵型電子調(diào)理器的根本電路2.4.4電子調(diào)理器的調(diào)壓原理(1)點火開關SW接通，發(fā)電機電壓UB＜蓄電池端電壓時,VT1截止，VT2導通，蓄電池直接供電到磁場繞組。他勵發(fā)電，發(fā)電機電壓隨轉(zhuǎn)速升高而升高2.外搭鐵型電子調(diào)理器的任務原理2.4.4電壓調(diào)理器的調(diào)壓原理(2)發(fā)電機電壓雖然升高,但假設蓄電池端電壓＜發(fā)電機輸出電壓UB<調(diào)理上限時,VT1繼續(xù)截止，VT2繼續(xù)導通。發(fā)電機自勵且開場對外供電。2.外搭鐵型電子調(diào)理器的任務原理2.4.4電子調(diào)理器的調(diào)壓原理(3)當發(fā)電機電壓升高到等于調(diào)理上限U2時，調(diào)理器開場任務。電阻R1、R2分壓，UR1=UVS+Ube1，VS導通，VT1導通，VT2截止，磁場電路被切斷，發(fā)電機輸出電壓迅速下降。2.外搭鐵型電子調(diào)理器的任務原理2.4.4電子調(diào)理器的調(diào)壓原理當發(fā)電機電壓下降到等于調(diào)理下限U1時電阻R1、R2分壓減小，當UR1＜UW+Ube1，VS截止，VT1截止，VT2重新導通，磁場電路重新被接通，發(fā)電機電壓上升。2.外搭鐵型電子調(diào)理器的任務原理2.4.4電子調(diào)理器的調(diào)壓原理發(fā)電機電壓升到調(diào)理上限時，VT2就截止，磁場電路被切斷，輸出電壓下降；降到等于調(diào)理下限U1時，磁場電路被接通，發(fā)電機電壓上升，周而復始，發(fā)電機輸出電壓被控制在一定范圍內(nèi)。3.外搭鐵型電子調(diào)理器的任務原理4、內(nèi)搭鐵型電子調(diào)理器的根本電路內(nèi)搭鐵型電子調(diào)理器根本電路的特點是晶體管VT1、VT2采用PNP型，發(fā)電機的勵磁繞組銜接在VT2的集電極和搭鐵端之間，與外搭鐵型電路顯著不同，電路任務原理和構(gòu)造與外搭鐵型電子調(diào)理器類似。2.4.4電子調(diào)理器的任務原理電子調(diào)理器的任務特性曲線2.4.4電子調(diào)理器的任務原理發(fā)電機的輸出電壓UB、磁場電流If〔平均值〕隨轉(zhuǎn)速n的變化關系稱為電子調(diào)理器的任務特性。5、電子調(diào)理器的任務特性調(diào)理器經(jīng)過三級管VT2的通斷控制磁場電流，隨著轉(zhuǎn)速的提高，大功率三級管VT2的導通時間減小，截止時間添加，這樣可使得磁場電流平均值減小，磁通減小，堅持輸出電壓UB不變。從電子調(diào)理器的任務特性曲線可以看出，n1為調(diào)理器開場任務轉(zhuǎn)速，稱為任務下限，隨著發(fā)電機轉(zhuǎn)速的升高，磁場電流減小。當發(fā)電機轉(zhuǎn)速很高時，