汽车发电机.

1,汽 车 电 器,主讲：毛矛,2,第二章 交流发电机与调节器,2.1 汽车电源系统组成 蓄电池、“发电机+整流器+电压调节器”。 蓄电池与发电机并联。,3,2 .1 汽车电源系统的组成,起动前蓄电池供电； 起动后发电机供电+蓄电池辅助。 发电机供电过剩时，向蓄电池充电。,4,2 .2 交流发电机的结构,主要由转子、定子、整流器及前后端盖等组成。,5,6,7,8,2 .2 交流发电机的结构,发电机工作原理： 导线 切割 磁力线 （右手法则：手心面向N极，大拇指指向导线运动方向，则四指所指方向为导线中感应电流的方向。） 下面来看汽车交流发电机的具体组成部件,9,2.2.1 转 子,转子是交流发电机的磁场部分。 产生旋转的交变磁场 组成：爪级、磁轭、磁场绕组、集电环。,10,2.2.1 转子,两块爪级压装在转子轴上，内腔装有磁轭， 磁轭上绕有磁场绕组，,11,2 .2 .1 转子,绕组两端引线分别焊接在与转子绝缘的两个集电环上。 两个电刷：装在与端盖绝缘的电刷架内， 通过弹簧使电刷和集电环保持接触。,12,2 .2 .1 转子,发电机工作时， 两电刷与直流电源连通， 为磁场绕组提供定向电流产生轴向磁通,13,2 .2 .1 转子,两块爪级被分别磁化为N级和S级 形成犬牙交错的磁极，沿圆周方向均匀分布。,14,2 .2 .1 转子,磁极对数通常6对。 爪级凸缘呈鸟嘴型发电机工作时，在定子铁心内部形成近似正弦变化的交变磁场。,15,2 .2 .2 定子,组成：定子铁心、定子绕组 作用：切割磁力线产生交流电。,16,定子铁心由一组相互绝缘、内圆带嵌线槽的环状硅钢片叠制而成。,定子槽内嵌三相绕组。,17,2 .2 .2 定子,三相绕组的连接有Y形连接和连接两种。 Y形连接是将三个末端U2、V2、W2接在一起，将首端U1、V1、W1作为发电机的交流输出端。,18,2 .2 .2 定子,连接是将每相的首端和另一相的末端依次相连接 汽车发电机多用Y形，少数大功率交流发电机采用连接。,19,2 .2 .2 定子,为在三相绕组中产生大小相等、频率相同、相位差120度的对称电动势， 三相绕组的绕法原则： （1）每相绕组的线圈个数及每个线圈的匝数相等。,20,2 .2 .2 定子,例如，JF11型发电机定子总槽数Z为36，每相绕组为36/3=12槽。 因采用单层集中绕法，每个槽放1个有效边 每相绕组有6组线圈串联，每个线圈有13匝 每相绕组共有13×6=78匝。,21,2 .2 .2 定子,（2）每个绕组的节距相等 两个概念： 节距y1：等于线圈的两个有效边之间的定子槽数。,22,2 .2 .2 定子,极距yp：相邻异性磁极中心线之间的定子槽数。 而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分别置于异性的磁极下面。,23,2 .2 .2 定子,每个线圈的节距y1相等并等于极距yp时 满足上述条件 获得最大感应电动势。 极距yp可通过下面公式计算 y1=yp=Z/2P 式中Z定子铁心的总槽数； P磁极对数。,24,2 .2 .2 定子,（3）三相绕组的首端U,V,W在定子槽内的排列须间隔120°电角度。 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。 每转过一对磁极，线圈中的感应电动势就变化一个周期，即360°电角度。,25,2 .2 .2 定子,如果p=6，Z=36，每个槽的电角度为60° =（360×p）/Z=（360×6）/36=60 要使三相绕组的电动势相差120°相位角，须： 相邻两相绕组线圈的起端应间隔2+3n个槽（y1=3，n=1，2，3），即2，5，8，11个槽。,26,2 .2 .2 定子,如图2-5，JF11定子三相绕组的三个首端U1，V1，W1被依次嵌入第1，9，17三个槽中，而末端U2，V2，W2则相应嵌在34，6，14三个槽内，定子绕组展开图如下图,27,2 .2 .2 定子,28,29,2 .2 .2 定子,小结： （1）每相绕组的线圈个数及每个线圈的匝数相等。 （2）每个绕组的节距相等。 （3）绕组的首端U,V,W在定子槽内间隔120°电角度。 在三相绕组中产生大小相等、频率相同、相位差120°的对称电动势,定子绕组：绕法有规则，排列有秩序,30,2 .2 .3 整流器,整流器由硅整流二极管组成。 作用：将定子绕组产生的三相交流电转换为直流电；其次，可阻止蓄电池电流向发电机倒流。 由六只硅整流二极管组成三相桥式整流器， 通常直接装在散热板上或发电机后端盖上， 又称“整流桥”。,31,32,2 .2 .3 整流器,正极管子：3只，引线为正极，外壳为负极，通常压装在散热板上，管壳底部一般涂红； 负极管子：与上相反，管壳底部一般涂黑。 新型发电机将六只硅整流二极管分别压装在不同的散热板上。,33,2 .2 .3 整流器,散热板通常用铝合金制成。 “整流桥” 固定在后端盖上 引出至后端盖外部发电机的电源输出端。 后端盖上铸有标记“B”或“+”，“A”，“电枢”。,整流电路见下图,34,35,2. 2. 4 端盖和电刷总成,端盖由铝合金压铸或用沙模铸造而成。 铝合金为非导磁材料，具有漏磁少、轻便、散热性好等优点。 为了提高轴承孔的机械强度，增加其耐磨性，有的端盖轴承座内镶有钢套。 后端盖上装有电刷架，塑料或尼龙制成。,36,2. 2. 4 端盖和电刷总成,2个电刷装在电刷架的孔内，由弹簧压在集电环上。 电刷架2种形式：外装式；内装式（淘汰）。 电刷：铜粉+石墨粉（模压） 电刷引线 接“蓄电池（它励）” &后端盖接线端子（自励）,37,38,2 .2 .4 端盖和电刷总成,前端装有带轮， 其后有叶片式风扇 前后端盖上分别有出风口和进风口 风冷发电机,39,2 .2 .5 国产交流发电机的型号,根据行业标准QC/T73-93汽车电器设备产品型号编制方法，汽车交流发电机的型号为5部分: 为产品代号：有JF、JFZ、JFB、JFW四种,40,2 .2 .5 国产交流发电机的型号, 电压等级代号：112V、224V、66V。 为电流等级代号：数字，含义见表2-1 为设计序号：用阿拉伯数字表示。 为变型代号：以调整臂位置，从驱动端看，Y-右边、Z-左边、无-中间,41,2 .2 .5 国产交流发电机的型号,例如，桑塔拉,奥迪100型轿车用的JFZ1913Z，其含义为: 电压等级为12V、输出电流大于90A、第13次设计、调整臂位于左边、整体式交流发电机。 表2-1 电流等级代号,42,2 .3 交流发电机的工作原理,2.3.1 发电原理 交流发电机的工作原理如图所示。,F励磁端 E搭铁 B输出端,43,2.3.1 发电原理,1、发电机内部有一个由发动机带动的转子（旋转磁场） 2、磁场外有定子绕组，绕组有3组线圈(3相绕组)，三相绕组彼此相隔120°,44,2.3.1 发电原理,3、当转子旋转时，旋转的磁场使固定的电枢绕组切割磁力线（或者说使电枢绕组中通过的磁通量发生变化）而产生频率相同，幅值相等，相位相差120°的三相正弦交流电动势，波形如下图 。,45,2 .3 .1 发电原理,46,2 .3 .1 发电原理,每相电动势的有效值为 E = 4.44 k f N 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） f = pn/60（p为磁极对数，n为转速） N每相绕组的匝数（匝） 每极磁通（Wb）,47,2 .3 .2 整流原理,定子绕组产生交流电， 由硅整流二极管组成的整流电路转变为直流电。,48,2 .3 .2 整流原理,二极管具有单向导电性： 正向电压：导通、低阻； 反向电压：截止，高阻。 利用二极管的单向导电性，即可把交流电转变成直流电。,49,2 .3 .2 整流原理,由6只硅二极管组成的三相桥式整流电路如右图所示。 导通原则：,50,2 .3 .2 整流原理,二极管VD1，VD2，VD3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，正极电位最高者导通；,51,2 .3 .2 整流原理,二极管VD4，VD5，VD 6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。,52,2 .3 .2 整流原理,每一时刻只有2只二极管导通，负载两端得到一个平稳的直流脉动电压。,53,54,2 .3 .2 整流原理,有的发电机具有中性点接线柱，是从三相绕组的中性点引出来的，标记为“N”。 输出电压为UN ，称中性点电压。,55,2 .3 .2 整流原理,中性点电压的平均值为发电机输出电压（平均值）的一半 UN=1/2U 该电压一般用来控制各种用途的继电器。,56,2 .3 .2 整流原理,有的发电机没有中性点接线柱，但是也把中性点电压充分的利用了（如夏利、桑塔纳发电机）。,8管交流发电机,57,2 .3 .2 整流原理,这些发电机在中性点处接上两只整流二极管，和三相绕组的六只整流二极管一道输出，可提高发电机功率10%15%。,8管交流发电机,58,2. 3. 3 励磁方式,将电源引入到（转子）磁场绕组使之产生磁场称为励磁。 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，也就是说必须给磁场绕组通电才会有磁场产生。,59,2. 3. 3 励磁方式,励磁方式有自励和他励两种。 先他励，后自磁. 当发电机转速较低，其电压低于蓄电池电压时，先由蓄电池向磁场绕组供电；,60,2. 3. 3 励磁方式,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。,61,2. 3 .4 九管交流发电机,9管交流发电机的基本结构和6管交流发电机相同，所不同的是整流器。,62,2. 3 .4 九管交流发电机,9管交流发电机的整流器是由6只大功率整流二极管和3只小功率励磁二极管组成的交流发电机。,63,2. 3. 4 九管交流发电机,其中6只大功率整流二极管组成三相全波桥式整流电路， 对外负载供电,64,2. 3. 4 九管交流发电机,3只小功率二极管与三只大功率负极管也组成三相全波桥式整流电路，专门为发电机磁场供电。 所以称3只小功率管为励磁二极管。,65,2. 3. 5 十一管交流发电机,11管交流发电机的整流器由8只大功率整流二极管和3只磁场二极管组成。 其它结构和6管交流发电机相同。,66,2. 3. 5 十一管交流发电机,11管交流发电机的整流器，相当于9管交流发电机的整流器加2只中性点整流管,67,2. 3. 5 十一管交流发电机,11管发电机既能提高发电机功率，又使充电指示灯电路简化，应用较广。,68,2. 4 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，对于一般汽油机来说，其转速变化约为1 : 8，柴油机约为1 : 5。 因此分析汽车交流发电机的特性以转速的变化为基础。,69,2. 4 交流发电机的工作特性,交流发电机的工作特性： 是指发电机经整流后输出的直流电压U，电流I，和转速n之间的关系。 包括空载特性，输出特性和外特性。,70,2. 4. 1 空载特性,当发电机空载运行时，发电机端电压U和转速n之间的关系，即负载电流I=0时，U=F（n）的函数关系。 由空载特性可以判断发电机低速充电性能的好坏。,71,2. 4. 2 输出特性,输出特性是指在发电机端电压U不变（对12V系列的交流发电机规定为14V）输出电流与转速之间的关系，即U=常数时，If（n） 的函数关系。,72,2. 4. 2 输出特性,输出特征曲线表明，端电压保持不变，当nn1时，其输出电流I随着转速n的增加而逐渐增大。,73,2. 4. 2 输出特性,当nn1时，因为端电压低于额定值，发电机不能向外输送电流，汽车只能由蓄电池供电，故称n1为空载转速。,74,2. 4. 2