電源系交流發(fā)電機(jī)概述

1、目錄：0前言11交流發(fā)電機(jī)概述21.1交流發(fā)電機(jī)的類型21.2交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造21.2.1轉(zhuǎn)子總成31.2.3硅整流器32交流發(fā)電機(jī)的工作原理52.1外置式交流發(fā)電機(jī)的工作原理52.2內(nèi)置式交流發(fā)電機(jī)的工作原理52.2.1內(nèi)置式交流發(fā)電機(jī)電氣原理52.2.2工作原理63交流發(fā)電機(jī)的工作特性83.1輸出特性83.2空載特性84交流發(fā)電機(jī)的故障檢測94.1整機(jī)檢測94.3轉(zhuǎn)子的檢測94.3.1 勵磁繞組的檢測94.3.2 轉(zhuǎn)子軸和滑環(huán)的檢修94.4定子的檢測104.5電刷組件的檢測105流發(fā)電機(jī)檢測的操作115.1手動操做115.1.1開機(jī)前檢查工作：115.1.2開機(jī)115.1.3關(guān)機(jī)115.2

2、自動操作115.3緊急狀況關(guān)機(jī)116汽車用交流發(fā)電機(jī)空載性能136.1影響交流發(fā)電機(jī)空載性能的主要因素136.1.2充電指示燈功率的大小146.1.3其它影響因素156.2改善空載性能的方法156.3總結(jié)167 交流發(fā)電機(jī)配用的電壓調(diào)節(jié)器197.1電壓調(diào)節(jié)器的分類197.1.2電子調(diào)節(jié)器按所匹配的交流發(fā)電機(jī)搭鐵型式可分為：208電壓調(diào)節(jié)器的調(diào)壓原理210前言 電能是現(xiàn)代社最主要的能源之一，發(fā)電機(jī)是將其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能的 機(jī)械設(shè)備，它由水輪機(jī)、汽輪機(jī)、柴油機(jī)或其他動力機(jī)械驅(qū)動，將水流、氣流、燃料燃燒或原子核裂變產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能傳給發(fā)電機(jī)，再由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。發(fā)電機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、

3、科技及日常生活中有廣泛的用途。交流發(fā)電機(jī)是汽車電源系統(tǒng)的重要組成部分。它與電壓調(diào)節(jié)器互相配合工作，其主要任務(wù)是對除起動機(jī)以外的所有用電設(shè)備供電，并向蓄電池充電。發(fā)電機(jī)的形式很多，但其工作原理都基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律。因此，其構(gòu)造的一般原則是：用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁和導(dǎo)電材料構(gòu)成互相進(jìn)行電磁感應(yīng)的磁路和電路，以產(chǎn)生電磁功率，達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。汽車上所用的交流發(fā)電機(jī)大多為三相交流發(fā)電機(jī)，主要由三相同步交流發(fā)電機(jī)和硅二極管整流器組成，其作用是使交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時輸出穩(wěn)定電壓。1交流發(fā)電機(jī)概述交流發(fā)電機(jī)（圖1-1）是汽車電源系統(tǒng)的重要組成部分。它與電壓調(diào)節(jié)其相互配合工作，其主要任務(wù)是對除起動機(jī)以外

4、的所有用電設(shè)備供電，并向蓄電池充電。汽車上所用的交流發(fā)電機(jī)大多為三相交流發(fā)電機(jī)，其主要由三相同步交流發(fā)電機(jī)和硅二極管整流器組成，所以又稱其為硅整流發(fā)電機(jī)，簡稱交流發(fā)電機(jī)。交流發(fā)電機(jī)必須配用電壓調(diào)節(jié)器，其作用是使發(fā)電機(jī)在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時輸出穩(wěn)定電壓 圖1-1交流發(fā)電機(jī)構(gòu)成1.1交流發(fā)電機(jī)的類型交流發(fā)電機(jī)按總體結(jié)構(gòu)的不同可分普通交流發(fā)電機(jī)、整體式交流發(fā)電機(jī)、帶泵的交流發(fā)電機(jī)、無刷交流發(fā)電機(jī)和永磁交流發(fā)電機(jī)五種類型；按整流器結(jié)構(gòu)的不同可分為6管交流發(fā)電機(jī)、8管交流發(fā)電機(jī)、9管交流發(fā)電機(jī)和11管交流發(fā)電機(jī)4種類型；按勵磁繞組搭鐵形式的不同可分為內(nèi)搭鐵型交流發(fā)電機(jī)和外搭鐵型交流發(fā)電機(jī)兩種類型。1.2

5、交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造 目前國內(nèi)外生產(chǎn)的汽車交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造基本相同，都主要由轉(zhuǎn)子總成，定子總成，展流器，前后端蓋及電刷組建，風(fēng)扇和皮帶輪等組成。如圖1-2所示：圖1-2 圖1-2交流發(fā)電機(jī)構(gòu)造 1.2.1轉(zhuǎn)子總成 轉(zhuǎn)子總成簡稱轉(zhuǎn)子，是用來建立磁場的。它主要由爪極，勵磁繞組，轉(zhuǎn)子軸和滑環(huán)等組成。兩塊爪極被壓裝在轉(zhuǎn)子軸上，爪極被加工成鳥嘴的形狀，爪極空腔內(nèi)裝有勵磁繞組和磁軛（導(dǎo)磁用的鐵芯）。勵磁繞組的兩端引線分別焊在兩個彼此絕緣的滑環(huán)上。兩個滑環(huán)被壓裝在轉(zhuǎn)子軸上并與軸絕緣。當(dāng)給兩滑環(huán)通入直流申（該電流被稱為發(fā)電機(jī)的勵磁電流）時，勵磁繞組中就有電流通過，并產(chǎn)生軸向磁通，使一塊爪極被磁化為N極，另一塊爪極

6、被磁化為S極，從而形成六對或八對相互交流的磁極。 1.2.2定子總成 定子總成簡稱定子或電樞，是用來產(chǎn)生三相交流電動勢的。它主要由定子鐵芯和三相繞組組成。定子鐵芯由相互絕緣的內(nèi)圓帶槽的環(huán)狀硅鋼片疊成，定子鐵心槽內(nèi)嵌入有三相對稱繞組。三相繞組的連接方法可以分為星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)。目前大多數(shù)車用交流發(fā)電機(jī)均采用星形聯(lián)結(jié)，也有采用三角聯(lián)結(jié)。例如：桑塔納、奧迪、豐田、本田等轎車交流發(fā)電機(jī)的定子繞組均采用星形聯(lián)結(jié)，而神龍富康轎車，北京切諾基轎車交流發(fā)電機(jī)定子繞組的聯(lián)結(jié)方法采用三角形聯(lián)結(jié)。 1.2.3硅整流器 硅整流器如圖1-3所示的作用是將三相繞組產(chǎn)生的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電輸出。它一般由六只硅整流二

7、極管和硅整流板組成。硅整流二極管分為正極管子和負(fù)極管子。引線為正極，外殼為負(fù)極的二極管稱為正極管子，管底涂有紅色標(biāo)記；引線為負(fù)極，外殼為正極的二極管成為負(fù)極管子，管底涂有黑色標(biāo)記。整流板通常用合金制成，以利散熱?，F(xiàn)代汽車用交流發(fā)電機(jī)都有兩塊整流板，安裝三只正極管子的整流板稱為正整流板，安裝三只負(fù)極管子的整流板稱為負(fù)整流板。 前后端蓋的作用是支撐轉(zhuǎn)子，定子，整流器和電刷組件。前后端蓋一般用鋁合金鑄造，一是可有效地防止漏磁，二是鋁合金散熱性能好。在后端蓋上裝有電刷組件。 發(fā)電機(jī)工作時，定子繞組和勵磁繞組中都會有熱量產(chǎn)生，溫度過高會燒壞導(dǎo)線的絕緣體導(dǎo)致發(fā)電機(jī)不能正常工作，所以為發(fā)電機(jī)散熱是必須的。交

8、流發(fā)電機(jī)的前端裝有風(fēng)扇和皮帶輪，由發(fā)動機(jī)通過傳動帶驅(qū)動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸和風(fēng)扇一起旋轉(zhuǎn)。前后端蓋上分別有出風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口。當(dāng)發(fā)動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時，可使空氣流經(jīng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部進(jìn)行冷卻。對于一些高檔轎車，其發(fā)電機(jī)的功率大，體積小，為了提高散熱能力，有的發(fā)電機(jī)裝有兩個大風(fēng)扇，且將風(fēng)扇葉直接焊在轉(zhuǎn)子上。 圖1-3硅整流器2交流發(fā)電機(jī)的工作原理2.1外置式交流發(fā)電機(jī)的工作原理外置式交流發(fā)電機(jī)電氣原理圖如圖2-1所示，一般外置式的電壓調(diào)節(jié)器有5根接線（很少用6根即圖一中虛線部分的B+端），IG端為發(fā)電機(jī)提供初始激勵電流及參考電壓用，L端為充電指示燈用，E端為發(fā)電機(jī)的勵磁線圈負(fù)極，P端為電壓調(diào)節(jié)器的控制參考電壓

9、，F(xiàn)端為發(fā)電機(jī)的勵磁線圈正極，B+端（如果調(diào)節(jié)器要求有）為發(fā)電機(jī)輸出參考電壓。圖2-1外置式交流發(fā)電機(jī)2 當(dāng)點火開關(guān)IG接通，但發(fā)動機(jī)未起動即發(fā)電機(jī)沒有轉(zhuǎn)動，B+端沒有電壓輸出時，中性點P的電壓為零，此時電壓調(diào)節(jié)器的內(nèi)部受P端控制的電路使得L端與負(fù)極E接通，充電指示燈兩端電壓為電瓶電壓約12V，指示燈亮，表示發(fā)電機(jī)沒有電流輸出，發(fā)電機(jī)不發(fā)電；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動發(fā)電時，中性P點有約為7V的電壓輸出，此電壓使得L端與E端斷開處于高電位懸空，充電指示燈的兩端電壓變?yōu)?V，指示燈熄滅，表示發(fā)電機(jī)發(fā)電，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高，輸出電壓升高大于額定電壓（一般為14V）時，調(diào)節(jié)器內(nèi)部電路使得F端斷開，發(fā)電機(jī)停止發(fā)電，輸

10、出電壓下降，當(dāng)電壓低于額定電壓時，F(xiàn)端又繼續(xù)重新接通電源，如此反復(fù)，使得發(fā)電機(jī)的輸出電壓平均值保持穩(wěn)定14V。2.2內(nèi)置式交流發(fā)電機(jī)的工作原理2.2.1內(nèi)置式交流發(fā)電機(jī)電氣原理內(nèi)置式的交流發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)器置于發(fā)電機(jī)的內(nèi)部，常用的調(diào)節(jié)器形式有兩種（另一種需與發(fā)動機(jī)電控單元連接的較為復(fù)雜的調(diào)節(jié)器在此不再論述），為5根線連接的調(diào)節(jié)器，IG端為發(fā)電機(jī)提供初始激勵電流，L端為充電指示燈用，E端為發(fā)電機(jī)的勵磁線圈的負(fù)極，D+端為電壓調(diào)節(jié)器的控制參考電壓及發(fā)電機(jī)自勵的電源，F(xiàn)端為發(fā)電機(jī)的勵磁線圈的正極。另一種為3根線連接的調(diào)節(jié)器，L端為充電指示燈用，E端為發(fā)電機(jī)的勵磁線圈的負(fù)極， F端為發(fā)電機(jī)極。 2.2.2

11、工作原理 當(dāng)點火開關(guān)IG接通，但發(fā)動機(jī)未起動即發(fā)電機(jī)沒有轉(zhuǎn)動，D+端沒有電壓輸出即電壓為零時，此時電壓調(diào)節(jié)器的內(nèi)部受D+端控制的電路使得L端與負(fù)極E相通，充電指示燈兩端電壓為電瓶電壓約12V，指示燈發(fā)亮，表示發(fā)電機(jī)沒有電流輸出，發(fā)電機(jī)不發(fā)電；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動發(fā)電時，D+點有與發(fā)電機(jī)輸出電壓相同的14V電壓輸出，此電壓使得L端處于高電位懸空，充電指示燈的兩端電壓變?yōu)?V，指示燈熄滅，表示發(fā)電機(jī)發(fā)電，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高時，點D+的電壓升高大于額定電壓（一般為14V）時，調(diào)節(jié)器內(nèi)部電路使得F端斷開，輸出電壓下降，當(dāng)電壓低于額定電壓時，F(xiàn)端又繼續(xù)重新接通電源，如此反復(fù)，使得發(fā)電機(jī)的輸出電壓平均值保持在額定電

12、壓（14V）范圍內(nèi)。如圖三的工作原理與圖二的相似：當(dāng)點火開關(guān)接通，但發(fā)電機(jī)沒有轉(zhuǎn)動不發(fā)電時，電瓶電源通過充電指示燈及電壓調(diào)節(jié)器的內(nèi)部電路為勵磁線圈提供初始激勵電流，并與負(fù)極相通形成回路，使得充電指示燈發(fā)亮，表明發(fā)電機(jī)不發(fā)電；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動開始發(fā)電時，D+端電壓與B+端電壓相同，即充電指示燈兩端電壓為零，充電指示燈滅，表明發(fā)電機(jī)發(fā)電；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高，輸出電壓升高于額定電壓（14V）時，調(diào)節(jié)器將勵磁線圈的電流斷開，輸出電壓開始下降，當(dāng)下降低于額定電壓時，調(diào)節(jié)器使勵磁線圈重新接通，輸出電壓又開始回升，如此反復(fù)，使輸出電壓平均值保持在額定電壓范圍之內(nèi)。 另外，對于內(nèi)置式的交流發(fā)電機(jī)，現(xiàn)在有一種較為復(fù)雜

13、的多用于高級轎車的多功能內(nèi)置式交流發(fā)電機(jī)。 發(fā)電機(jī)通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。 定子由定子鐵芯、線包繞組、機(jī)座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。定子的功用是產(chǎn)生交流電。 轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯(或磁極、磁扼)繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。轉(zhuǎn)子的功用是產(chǎn)生磁場。安裝在定子里邊。 由軸承及端蓋將發(fā)電機(jī)的定子，轉(zhuǎn)子連接組裝起來，使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn)，做切割磁力線的運(yùn)動，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢，通過接線端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流。 當(dāng)外電路通過電刷使勵磁繞組通電時，便產(chǎn)生磁場，使兩個爪機(jī)分別被磁化成N極和S極。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時磁力交替地在定子鐵芯中穿過，形成一個旋轉(zhuǎn)磁場，使穿過三相

14、繞組的磁通量發(fā)生變化，根據(jù)電磁感應(yīng)原理可知，在三相繞組內(nèi)產(chǎn)生的交流感應(yīng)電動勢。 3交流發(fā)電機(jī)的工作特性 交流發(fā)電機(jī)的工作特點是傳動比較大，轉(zhuǎn)速變化范圍也大。對于汽油發(fā)動機(jī)來說，其轉(zhuǎn)速變化可以達(dá)到68：對于柴油機(jī)來說，其轉(zhuǎn)速變化可以達(dá)到35.由于交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓變化規(guī)律可以知道，要研究和表征交流發(fā)電機(jī)的工作特性，必須以轉(zhuǎn)速的變化為基礎(chǔ)。交流發(fā)電機(jī)的工作特性有輸出特性，空載特性和外特征，期中以輸出特性最為重要。 3.1輸出特性 輸出特性也稱負(fù)載特性或輸出電流特性，它是指在發(fā)電機(jī)輸出電壓U保持一定時，發(fā)電機(jī)的輸出電流I與轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系。 3.2空載特性 空載特性是指發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時，其輸出電壓

15、U碎轉(zhuǎn)速n的變化規(guī)律，即I=0時，U=f(n)的函數(shù)關(guān)系。 4交流發(fā)電機(jī)的故障檢測 當(dāng)交流發(fā)電機(jī)出現(xiàn)不發(fā)電或發(fā)電量不足等故障時，應(yīng)判斷故障是發(fā)生在外電路還是發(fā)生在發(fā)電機(jī)內(nèi)部，若初步確定故障發(fā)生在發(fā)電機(jī)內(nèi)部，應(yīng)將交流發(fā)電機(jī)從車上拆下來，對其進(jìn)行檢測，修理。4.1整機(jī)檢測交流發(fā)電機(jī)如圖4-1所示： 圖4-1發(fā)電機(jī)波形與故障圖 在交流發(fā)電機(jī)接替之前，應(yīng)先對交流發(fā)電機(jī)進(jìn)行整機(jī)測試。目的是判定交流發(fā)電機(jī)有無故障和故障發(fā)生在那個部位，以便有的放矢地修理。 整機(jī)檢測包括：測量各接線柱之間的電阻，發(fā)電機(jī)的空載試驗和滿載試驗，用示波器觀察發(fā)電機(jī)輸出電壓波形。4.2二極管的檢測 先將二極管與定子繞組之間的連線斷開

16、，用萬用表的兩個表筆分別接到二極管的引線與殼體上。若正，反向電阻均為0，說明二極管短路：若正反向電阻均為無窮大，說明二極管斷路。更換二極管需要在壓床上進(jìn)行，或在臺虎鉗上使用專用工具，但不得使用錘子敲擊，以免損壞元件。4.3轉(zhuǎn)子的檢測4.3.1 勵磁繞組的檢測 可用萬用表檢測勵磁繞組是否短路，斷路。 可用萬用表檢測勵磁繞組是否搭鐵。4.3.2 轉(zhuǎn)子軸和滑環(huán)的檢修 轉(zhuǎn)子軸的彎曲會造成轉(zhuǎn)子與定子之間間隙過小而摩擦或碰撞，如發(fā)現(xiàn)發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)時阻力過大或有異響，應(yīng)檢查轉(zhuǎn)子軸是否彎曲。 滑環(huán)表面光滑，無燒灼，厚度應(yīng)大于1.5mm4.4定子的檢測 可用萬用表檢測定子繞組是否斷路。檢測時，每次任選兩個首端，測量3

17、次，每次阻值都應(yīng)小于0.5歐：若阻值無窮大，為勵磁繞組斷路，需要更換定子總成。 可用萬用表檢測定子繞組是否搭鐵。檢測時，分別測量3次，阻值均應(yīng)為無窮大，如果有不是無窮大的情況，說明定子繞組搭鐵，需要更換定子總成。、 無論定子繞組是斷路短路還是搭鐵，均需更換定子總成。 4.5電刷組件的檢測電刷如圖4-2所示，電刷和電刷架應(yīng)無破損或裂紋，電刷在電刷架中應(yīng)活動自如，不得出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象。電刷露出電刷架部分的長度叫電刷長度，電刷長度不應(yīng)超出磨損件極限，否則應(yīng)更換。 圖4-2電刷組件5交流發(fā)電機(jī)檢測的操作5.1手動操做5.1.1開機(jī)前檢查工作： 1.打開電源。 2.檢查下列各項是否正常： (1)水箱水位 (

18、2)機(jī)油及柴油油位 (3)電瓶電壓 (4)電瓶水位 3.檢查控制面板，將主開關(guān)切至停止位置，合上檢測開關(guān)，顯示正常后，打開檢測開關(guān)，各儀表應(yīng)顯示零，指示燈顯示關(guān)機(jī)。 5.1.2開機(jī) 1.將主開關(guān)切至手動啟動位置，發(fā)電機(jī)應(yīng)隨即啟動，指示燈顯示正常。 2.觀察控制面板上各種儀表，應(yīng)運(yùn)作正常3 .若需帶負(fù)載運(yùn)作，合上電源輸出開關(guān)。 5.1.3關(guān)機(jī) 1.先切斷后端負(fù)載再關(guān)閉電源輸出開關(guān)。 2.空載運(yùn)轉(zhuǎn)五分鐘后，再將主開關(guān)切向停止位置。 3.檢查一切正常后，將主開關(guān)切至自動啟動位置，合上電源輸出開關(guān)。 5.2自動操作1.開機(jī)前檢查工作請參照手動操作，但檢查后要將發(fā)電機(jī)切至自動啟動狀態(tài)，合上電源輸出開關(guān)。

19、 2.開機(jī)：切斷臺電電源，觀察是否自動啟動。 3.關(guān)機(jī)：打開臺電電源，觀察是否自動切換電源及自動關(guān)機(jī)。 5.3緊急狀況關(guān)機(jī) 1.若發(fā)生緊急狀況，發(fā)電機(jī)本身的保護(hù)裝置拒絕啟動時，應(yīng)緊急停機(jī)，將主開關(guān)切至關(guān)閉位置。 2.緊急關(guān)機(jī)后，立即對發(fā)電機(jī)進(jìn)行全面檢查，盡快恢后正常運(yùn)作。 注： （1）發(fā)電機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)不得超過十五分鐘。 （2）發(fā)電機(jī)啟動運(yùn)轉(zhuǎn)后，要對發(fā)電機(jī)的水位、機(jī)油位、柴油位、電瓶電壓、電瓶液進(jìn)行檢查，保持正常狀態(tài)。 （3）每次檢測或自動啟動運(yùn)轉(zhuǎn)均要做運(yùn)作記錄機(jī)的電壓6汽車用交流發(fā)電機(jī)空載性能汽車用的交流發(fā)電機(jī)按其電壓調(diào)節(jié)器所在發(fā)電機(jī)的位置可分為外置式和內(nèi)置式的交流發(fā)電機(jī)。外置式交流發(fā)電機(jī)的電壓

20、調(diào)節(jié)器位于發(fā)電機(jī)的外部，安裝于車子上；而內(nèi)置式交流發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)器安裝在發(fā)電機(jī)的內(nèi)部。相對于外置式的交流發(fā)電機(jī)而言，內(nèi)置式的交流發(fā)電機(jī)具有輸出的電壓較穩(wěn)定，由內(nèi)外因素引起的浪涌電流很小以及采用集成電路使其體積更小等優(yōu)點。所以外置式的交流電機(jī)一般應(yīng)用于柴油發(fā)動機(jī)和小排量用電質(zhì)量要求不高的汽油發(fā)動機(jī)；而內(nèi)置式的 交流發(fā)電機(jī)一般用于用電要求質(zhì)量較高的汽油發(fā)動機(jī)如電腦控制的電噴發(fā)動機(jī)。交流發(fā)電機(jī)以及所用電壓調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)基本上決定了交流發(fā)電機(jī)的空載性能，而交流發(fā)電機(jī)的空載性能是評價一臺發(fā)電機(jī)的低速發(fā)電能力好壞的關(guān)鍵指標(biāo)，該指標(biāo)的好壞對整車的低速用電乃至于整車能否正常工作起非常重要的作用。所以探討交流發(fā)

21、電機(jī)的空載性能改善的方法很有必要。6.1影響交流發(fā)電機(jī)空載性能的主要因素一般用初次充電轉(zhuǎn)速和零電流轉(zhuǎn)速來評價發(fā)電機(jī)的空載性能，試驗時，電瓶充満電，試驗電壓為電瓶電壓（一般電壓低于14V）。初次充電轉(zhuǎn)速是指發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速從零開始加速至發(fā)電機(jī)剛開始發(fā)電時的轉(zhuǎn)速，檢測過程非常直觀。零電流轉(zhuǎn)速指發(fā)電機(jī)正常發(fā)電后，逐步降低轉(zhuǎn)速使電流減少，至電流正好為零時的轉(zhuǎn)速，一般只在實驗室中做發(fā)電機(jī)的認(rèn)可試驗時采用。同一臺發(fā)電機(jī)，零電流轉(zhuǎn)速的絕對值小于初次充電轉(zhuǎn)速。所以為了檢測方便及傳統(tǒng)上都將初次充電轉(zhuǎn)速定義為空載性能。交流發(fā)電機(jī)在實際整車的使用過程中，它的空載性能即此時的低速發(fā)電性能的影響，有發(fā)電機(jī)內(nèi)部的和外部的因素

22、。6.1.1交流發(fā)電機(jī)外帶負(fù)載的大交流發(fā)電機(jī)的負(fù)載，除了整車的用電設(shè)備外，還有蓄電池的電壓太低以及線路上的電阻太大等原因，引起交流發(fā)電機(jī)所帶的負(fù)載太大，由發(fā)電機(jī)的輸出電動勢公式：E= Cen （1）以及發(fā)電機(jī)輸出電流公式：I=E/（Ra+RL） （2）式中，Ce發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，發(fā)電機(jī)的磁場強(qiáng)度，n發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，Ra線圈繞組總的電阻， RL發(fā)電機(jī)所帶負(fù)載對于一臺已設(shè)計完成的發(fā)電機(jī)來說，發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)Ce、發(fā)電機(jī)的磁場強(qiáng)度（只要勵磁電流不變）以及線圈繞組總的電阻Ra是不變的。由此可知，當(dāng)負(fù)載增加而需保證輸出電流不變或增加時，需提高輸出電動勢E即提高發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，才能保證輸出電流的增加。圖四為額

23、定電壓為14V，額定電流為70A的交流發(fā)電機(jī)的電流輸出特性圖。由圖可知，一般發(fā)電機(jī)外部只有充滿電的蓄電池作為負(fù)載時，其反映空載性能的初次充電轉(zhuǎn)速此時可約定為初次輸出電流轉(zhuǎn)速，大約在a點為10001300RPM（以額定容量為1000W左右的發(fā)電機(jī)）之間；如果發(fā)電機(jī)此時外部所帶的負(fù)載增加至2030A的電流，則發(fā)電機(jī)需提高轉(zhuǎn)速為原來的大約2倍即b點才發(fā)電，如果發(fā)動機(jī)的傳動皮帶輪轉(zhuǎn)速N1與發(fā)電機(jī)的皮帶輪轉(zhuǎn)速N2之比一般為2，那么如果以一般所配裝的發(fā)動機(jī)的正常怠速800RPM來計算，此時發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為1600RPM，發(fā)電機(jī)是不發(fā)電的，蓄電池就會虧電。所以發(fā)電機(jī)的外部所帶負(fù)載的大小直接影響到發(fā)電機(jī)的初次發(fā)

24、電情況，對發(fā)動機(jī)怠速時的用電至關(guān)重要。6.1.2充電指示燈功率的大小充電指示燈如圖6-1所示：圖6-1充電指示燈 除了電壓調(diào)節(jié)器外置式的交流發(fā)電機(jī)以及內(nèi)置式交流發(fā)電機(jī)（此發(fā)電機(jī)的初次充電流由調(diào)節(jié)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定）兩種情況外，現(xiàn)行使用最多的內(nèi)置式交流發(fā)電機(jī)的充電指示燈的功率大小直接影響到發(fā)電機(jī)空載性能的初次充電轉(zhuǎn)速，即發(fā)電機(jī)的初次輸出電流轉(zhuǎn)速，由于發(fā)電機(jī)的未發(fā)電時的初始磁場強(qiáng)度的建立電流需經(jīng)過充電指示燈的限流才得到，如果充電指示燈的功率為3W，則對于功率約為14V、1000W的交流發(fā)電機(jī)而言，其初始充電轉(zhuǎn)速為10001300RPM之間。而如圖所示的初始磁場強(qiáng)度建立的電流則直接由點火開關(guān)IG提供，

25、不經(jīng)過充電指示燈的限流，所以其初次充電轉(zhuǎn)速是由電壓調(diào)節(jié)器的內(nèi)部設(shè)計時確定的，一般也可由客戶提出（通常也為10001300RPM之間）。6.1.3其它影響因素 對于影響交流發(fā)電機(jī)的初次充電轉(zhuǎn)速的因素，除了上述關(guān)鍵因素以外，還有發(fā)電機(jī)所處的工作環(huán)境溫度，當(dāng)環(huán)境溫度在255時，發(fā)電機(jī)的輸出性能是最好的，相反當(dāng)溫度過低或過高時，其輸出性能會下降；另外發(fā)電機(jī)的磁場剩磁的大小也會直接影響發(fā)電機(jī)的初次充電轉(zhuǎn)速，剩余的磁場越多，初次充電轉(zhuǎn)速就越小，輸出性能就越好，相反，初次充電轉(zhuǎn)速就越大。6.2改善空載性能的方法為了改善發(fā)電機(jī)在低速時發(fā)電性能，對于已經(jīng)設(shè)計好了的定型發(fā)電機(jī)，由上述分析可知，在實際使用當(dāng)中，把發(fā)

26、電機(jī)的外帶負(fù)載盡量減少，發(fā)電機(jī)的初次充電轉(zhuǎn)速可以減小，對發(fā)電機(jī)的低速發(fā)電性能就有所提高；增大發(fā)動機(jī)與發(fā)電機(jī)之間的傳輸比，可以使得發(fā)動機(jī)在怠速情況下，發(fā)電機(jī)也可以正常發(fā)電，但發(fā)動機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，發(fā)電機(jī)就可能出現(xiàn)超高速運(yùn)轉(zhuǎn)工作狀態(tài)，對發(fā)電機(jī)長期使用不利；發(fā)電機(jī)的剩磁的多少，對發(fā)電機(jī)的初次充電轉(zhuǎn)速有很大的影響，剩磁越多，其所需的初次充電轉(zhuǎn)速就越低，反之，其所需的初次充電轉(zhuǎn)速就越高；還有對于外調(diào)節(jié)式的交流發(fā)電機(jī)和內(nèi)調(diào)節(jié)式的交流發(fā)電機(jī)，應(yīng)該盡量在設(shè)計時將初次充電轉(zhuǎn)速設(shè)計低一點；工作的環(huán)境溫度也會影響其低速發(fā)電性能。通過以上的分析可知，當(dāng)發(fā)電機(jī)的設(shè)計完成結(jié)構(gòu)定型后，以上的諸多影響因素都是外部的人為因素。在

27、此討論的是現(xiàn)使用較多的內(nèi)調(diào)節(jié)式交流發(fā)電機(jī)情況，這種發(fā)電機(jī)當(dāng)設(shè)計結(jié)構(gòu)定型后，其初次充電轉(zhuǎn)速需受充電指示燈的功率的大小，或者說由該充電線路上的情況來決定?？梢酝ㄟ^用功率約為1000W，電壓為14V的發(fā)電機(jī)做試驗：a、當(dāng)充電指示燈的功率P=2W時，發(fā)電機(jī)的初次充電轉(zhuǎn)速為1950r/min；b、當(dāng)充電指示燈的功率P=3W時，發(fā)電機(jī)的初次充電轉(zhuǎn)速為1250 r/min；c、當(dāng)充電指示燈的功率P=5W時，發(fā)電機(jī)的初次充電轉(zhuǎn)速為1050 r/min。由上述的試驗可知，充電指示燈的功率越大，發(fā)電機(jī)的初次充電轉(zhuǎn)速就越低；也就是說該線路的電阻的大小決定發(fā)電機(jī)的初次充電轉(zhuǎn)速的大小，由此可以從調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)入手，該調(diào)節(jié)

28、器只有一條L端，沒有IG端，我們可以在L端的兩邊增加一條旁通電路，增加一個用于改善發(fā)電機(jī)的初次充電轉(zhuǎn)速的改善電阻。 現(xiàn)在需要確定該改善電阻的大小，該電阻的阻值太大或太小都不能達(dá)到所需的效果；太大時，發(fā)電機(jī)的初次充電轉(zhuǎn)速得不到改善，太小時，點火開關(guān)關(guān)閉后，發(fā)電機(jī)的電流從該電阻反串到用電負(fù)載即發(fā)動機(jī)等，使得發(fā)動機(jī)不能熄火。需保證發(fā)動機(jī)在正常怠速時，發(fā)電機(jī)能正常發(fā)電。以排量為1升的發(fā)動機(jī)所裝配的電壓為14V 功率為1000W的發(fā)電機(jī)為例，在怠速時，如果車子的用電設(shè)備只有發(fā)動機(jī)及蓄電池（不虧電），一般所用電流約為10A15A；當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到初次充電轉(zhuǎn)速時，如需發(fā)出15A的電流，則轉(zhuǎn)速需在初次充電轉(zhuǎn)速的基

29、礎(chǔ)上增加約500 r/min600 r/min，這樣才能保證怠速時發(fā)電機(jī)能正常發(fā)電。一般發(fā)動機(jī)的怠速為800 r/min，發(fā)動機(jī)與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速比為1：2，即怠速時發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為1600 r/min，減去約15A電流所需的600 r/min轉(zhuǎn)速，則發(fā)電機(jī)所要求達(dá)到的初次充電轉(zhuǎn)速應(yīng)為約1000 r/min左右。由上面的試驗可知，充電指示燈為5W時，發(fā)電機(jī)的初次充電轉(zhuǎn)速為1050 r/min符合要求。但一般國家標(biāo)準(zhǔn)的充電指示燈的功率為2W，則需提高到等同于5W所需并聯(lián)的電阻值R為： 5W指示燈等效電阻：R1=12125=29 2W指示燈等效電阻：R2=12122=72 則所需并聯(lián)電阻由：72R（72

30、+R）=29得：R=7229（7229）=49所以如果充電指示燈的功率只有2W，而需確保發(fā)動機(jī)在怠速時且有15A的電流輸出時，發(fā)電機(jī)能正常發(fā)電，必須在充電指示燈的兩端并接一個阻值約為49的改善電阻。當(dāng)然，也可以更改充電指示燈的功率為5W，同樣達(dá)到相同的效果。6.3總結(jié)總之，發(fā)電機(jī)的初次充電轉(zhuǎn)速是發(fā)電機(jī)一個非常重要的參數(shù)，它在外部條件相同的情況下，對發(fā)電機(jī)的低速充電性能起決定性的作用，在發(fā)電機(jī)的設(shè)計時，需充分考慮到，以免在實際使用中出現(xiàn)低速不充電的情況。上述討論的方法，只是在發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)定型后，所采取的較為有效的改善初次充電轉(zhuǎn)速的方法，其實在實際中，可以根據(jù)車子的用電情況，改變外部條件，來提高低

31、速時的發(fā)電性能。7 交流發(fā)電機(jī)配用的電壓調(diào)節(jié)器 由于交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是由發(fā)動機(jī)通過皮帶驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的，且發(fā)動機(jī)和交流發(fā)電機(jī)的速比為173，因此交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速變化范圍非常大，這樣將引起發(fā)電機(jī)的輸出電壓發(fā)生較大變化，無法滿足汽車用電設(shè)備的工作要求。為了滿足用電設(shè)備恒定電壓的要求，交流發(fā)電機(jī)必須配用電壓調(diào)節(jié)器，使其輸出電壓在發(fā)動機(jī)所有工況下基本保持恒定。 7.1電壓調(diào)節(jié)器的分類7.1.1交流發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器按工作原理可分為： （1）觸點式電壓調(diào)節(jié)器 觸點式電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)用較早，這種調(diào)節(jié)器觸點振動頻率慢，存在機(jī)械性，電磁慣性，電壓調(diào)節(jié)精度低，觸點易產(chǎn)生火花，對無線電干擾大，可靠性，壽命短，現(xiàn)已被淘汰。

32、 （2）晶體管調(diào)節(jié)器 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，采用了晶體管調(diào)節(jié)器。其優(yōu)點是：三極管的開關(guān)頻率高，且不產(chǎn)生火花，調(diào)節(jié)精度高，還具有重量輕、體積小、壽命長、可靠性高、電波干擾小等優(yōu)點，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于東風(fēng)、解放及多種中低檔車型。 （3） 集成電路調(diào)節(jié)器 集成電路調(diào)節(jié)器除具有晶體管調(diào)節(jié)器的優(yōu)點外，還具有超小型，安裝于發(fā)電機(jī)的內(nèi)部（又稱內(nèi)裝式調(diào)節(jié)器），減少了外接線，并且冷卻效果得到了改善，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于桑塔納。奧迪等多種轎車車型上。 （4） 電腦控制調(diào)節(jié)器 電腦控制調(diào)節(jié)器是現(xiàn)在轎車采用的一種新型調(diào)節(jié)器，由電負(fù)載檢測儀測量系統(tǒng)總負(fù)載后，向發(fā)電機(jī)電腦發(fā)送信號，然后由發(fā)動機(jī)電腦控制發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器，適時地接通和斷開

33、磁場電路，即能可靠地保證電器系統(tǒng)正常工作，使蓄電池充電充足，又能減輕發(fā)動機(jī)負(fù)荷，提高燃料經(jīng)濟(jì)性。如上海別克、廣州本田等轎車發(fā)電機(jī)上使用了這種調(diào)節(jié)器。 7.1.2電子調(diào)節(jié)器按所匹配的交流發(fā)電機(jī)搭鐵型式可分為： （1）內(nèi)搭鐵型調(diào)節(jié)器：適合于與內(nèi)搭鐵型交流發(fā)電機(jī)所匹配的電子調(diào)節(jié)器稱為內(nèi)搭鐵型調(diào)節(jié)器； （2）外搭鐵型調(diào)節(jié)器：適合于與外搭鐵型交流發(fā)電機(jī)所匹配的電子調(diào)節(jié)器稱為外搭鐵型調(diào)節(jié)器。 在使用過程中，對于晶體管調(diào)節(jié)器，最好使用汽車說明書中指定的調(diào)節(jié)器，如果采用其他型號替代，除標(biāo)稱電壓等規(guī)定參數(shù)與原調(diào)節(jié)器相同外，代用調(diào)節(jié)器必須與原調(diào)節(jié)器的搭鐵形式相同，否則，發(fā)電機(jī)可能由于勵磁電路不通而不能正常工作。對

34、于集成電路調(diào)節(jié)器，必須是專用的，是不能替代的。 8電壓調(diào)節(jié)器的調(diào)壓原理由交流發(fā)電機(jī)的工作原理我們知道，交流發(fā)電機(jī)的三相繞組產(chǎn)生的相電動勢的有效值 E=Cen（V） 這里Ce為發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)，n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，為轉(zhuǎn)子的磁極磁通，也就是說交流發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和磁極磁通成正比。 當(dāng)轉(zhuǎn)速升高時，E增大，輸出端電壓UB升高，當(dāng)轉(zhuǎn)速升高到一定值時（空載轉(zhuǎn)速以上），輸出端電壓達(dá)到極限，要想使發(fā)電機(jī)的輸出電壓UB不再隨轉(zhuǎn)速的升高而上升，只能通過減小磁通來實現(xiàn)。又磁極磁通與勵磁電流If成正比，減小磁通也就是減小勵磁電流If。 所以，交流發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器的工作原理是：當(dāng)交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速升高時，調(diào)節(jié)器通

35、過減小發(fā)電機(jī)的勵磁電流If來減小磁通，使發(fā)電機(jī)的輸出電壓UB保持不變。 觸點式電壓調(diào)節(jié)器通過觸點開閉，接通和斷開磁場電路，來改變磁場電流If大小；晶體管調(diào)節(jié)器、集成電路調(diào)節(jié)器等利用大功率三極管的導(dǎo)通和截止，接通和斷開磁場電路，來改變磁場電流If大小。 發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n和勵磁電流I的變化，直接影響發(fā)電機(jī)輸出電壓U的大小。在汽車上，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n是隨發(fā)電動轉(zhuǎn)速的變化而變化的，不能調(diào)整。但可以通過調(diào)節(jié)勵磁電流I的大小使發(fā)電機(jī)輸出電壓U保持恒定，即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速n升高時，減小勵磁電流I的大??；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速n降低時，增大勵磁電流I的大小，從而保持發(fā)電機(jī)輸出電壓U 的恒定。電壓調(diào)節(jié)器的基本原理是通過適時地調(diào)節(jié)勵磁

36、電流I的大小，保持發(fā)電機(jī)輸出電壓U的恒定。結(jié)論 經(jīng)過這么多天的收集資料，并在周大軍老師殷勤的指導(dǎo)下，對汽車交流發(fā)電機(jī)與電壓調(diào)節(jié)器有了深刻的領(lǐng)悟，終于論文得以定稿。交流發(fā)電機(jī)的工作特點是傳動比較大，轉(zhuǎn)速變化范圍也大。對于汽油發(fā)動機(jī)來說，其轉(zhuǎn)速變化可以達(dá)到68：對于柴油機(jī)來說，其轉(zhuǎn)速變化可以達(dá)到35.由于交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓變化規(guī)律可以知道，要研究和表征交流發(fā)電機(jī)的工作特性，必須以轉(zhuǎn)速的變化為基礎(chǔ)。交流發(fā)電機(jī)的工作特性有輸出特性，空載特性和外特征，期中以輸出特性最為重要。電壓調(diào)節(jié)器的基本原理是通過適時地調(diào)節(jié)勵磁電流I的大小，保持發(fā)電機(jī)輸出電壓U的恒定。致謝這次畢業(yè)論文能夠得以順利完成，并非我一人之功勞，是所有指導(dǎo)過我的指 導(dǎo)老師，幫助過我的同學(xué)和一直關(guān)心支持著我的家人對我的教誨、幫助和鼓勵的結(jié)果。我要在這里對他們表示深深的謝意！ 感謝我的指導(dǎo)老師周大軍老師，沒有您的悉心指導(dǎo)就沒有這篇論文的順利完成。 感謝班主任周大軍老師，三年的生活相處不久，卻從您身上學(xué)到了太多，必將終身受益