情境一 汽車電源系統(tǒng) 子情境二 硅整流交流發(fā)電機

1、情境一情境一 汽車電源系統(tǒng)汽車電源系統(tǒng)子情境二子情境二 硅整流硅整流交流發(fā)電機交流發(fā)電機汽車工程系汽車工程系 武文俠武文俠子情境二硅整流交流發(fā)電機 交流發(fā)電機的結構交流發(fā)電機的結構 硅整流交流發(fā)電機的型號與類型硅整流交流發(fā)電機的型號與類型 交流發(fā)電機工作原理交流發(fā)電機工作原理 硅整流交流發(fā)動機的工作特性硅整流交流發(fā)動機的工作特性一、硅整流交流發(fā)電機的結構 轉子轉子 定子定子 電刷與電刷架電刷與電刷架 整流器整流器 前、后端蓋前、后端蓋 電子調節(jié)器電子調節(jié)器 風扇與皮帶輪風扇與皮帶輪汽車用交流發(fā)電機是由一個三相同步交流發(fā)電機及用汽車用交流發(fā)電機是由一個三相同步交流發(fā)電機及用硅二極管組成的整流器所

2、組成，是汽車的主要電源，其功硅二極管組成的整流器所組成，是汽車的主要電源，其功用是在發(fā)動機怠速以上運轉時，向除起動機以外的所有用用是在發(fā)動機怠速以上運轉時，向除起動機以外的所有用電設備供電，同時還向蓄電池充電。電設備供電，同時還向蓄電池充電。 三相同步交流發(fā)電機由轉子、定子、電刷與電刷架、三相同步交流發(fā)電機由轉子、定子、電刷與電刷架、風扇、皮帶輪、前后端蓋等組成，如圖所示。風扇、皮帶輪、前后端蓋等組成，如圖所示。轉子是交流發(fā)電機的磁場部分，主要由兩塊爪極、磁轉子是交流發(fā)電機的磁場部分，主要由兩塊爪極、磁場繞組、軸和滑環(huán)等組成。兩塊爪極各具有場繞組、軸和滑環(huán)等組成。兩塊爪極各具有6個鳥嘴形磁個鳥

3、嘴形磁極，壓裝在轉子軸上，在爪極的空腔內裝有磁軛，其上繞極，壓裝在轉子軸上，在爪極的空腔內裝有磁軛，其上繞有磁場繞組（又稱勵磁繞組或轉子線圈）。磁場繞組的兩有磁場繞組（又稱勵磁繞組或轉子線圈）。磁場繞組的兩引出線分別焊在與軸絕緣的兩個滑環(huán)上，滑環(huán)與裝在后端引出線分別焊在與軸絕緣的兩個滑環(huán)上，滑環(huán)與裝在后端蓋上的兩個電刷接觸。當兩電刷與直流電源接通時，磁場蓋上的兩個電刷接觸。當兩電刷與直流電源接通時，磁場繞組中便有磁場電流通過，產生軸向磁通，使得一塊爪極繞組中便有磁場電流通過，產生軸向磁通，使得一塊爪極被磁化為被磁化為N極，另一塊爪極為極，另一塊爪極為S極，從而形成了六對相互極，從而形成了六對相

4、互交錯的磁極，實物如圖所示。交錯的磁極，實物如圖所示。1轉子定子由定子鐵心和定子繞組組成。定子鐵心由相定子由定子鐵心和定子繞組組成。定子鐵心由相互絕緣的內圓帶嵌線槽的圓環(huán)狀硅鋼片疊成。嵌線槽互絕緣的內圓帶嵌線槽的圓環(huán)狀硅鋼片疊成。嵌線槽內嵌入三相對稱的定子繞組。繞組的接法有星形（即內嵌入三相對稱的定子繞組。繞組的接法有星形（即Y形）、三角形兩種方式。一般采用星形連接，即每相形）、三角形兩種方式。一般采用星形連接，即每相繞組的首端分別與整流器的硅二極管相接，每相繞組繞組的首端分別與整流器的硅二極管相接，每相繞組的尾端接在一起，形成中性點的尾端接在一起，形成中性點N，實物如圖所示，實物如圖所示。電

5、刷及電刷架如圖所示，電刷總成由兩只電刷、電電刷及電刷架如圖所示，電刷總成由兩只電刷、電刷彈簧和電刷架組成。刷彈簧和電刷架組成。 兩只電刷裝在電刷架的孔內，借電刷彈簧的壓力與兩只電刷裝在電刷架的孔內，借電刷彈簧的壓力與滑環(huán)保持接觸，用于給發(fā)電機轉子繞組提供磁場電流。滑環(huán)保持接觸，用于給發(fā)電機轉子繞組提供磁場電流。電刷架由酚醛玻璃纖維塑料模壓而成或用玻璃纖維增強電刷架由酚醛玻璃纖維塑料模壓而成或用玻璃纖維增強尼龍制成，安裝在發(fā)電機的后端蓋上。尼龍制成，安裝在發(fā)電機的后端蓋上。交流發(fā)電機整流器如圖所示，它的作用是將發(fā)電交流發(fā)電機整流器如圖所示，它的作用是將發(fā)電機定子繞組產生的三相交流電變換為直流電，

6、一般由機定子繞組產生的三相交流電變換為直流電，一般由6只硅整流二極管及其散熱板所組成。整流二極管的工只硅整流二極管及其散熱板所組成。整流二極管的工作電流大、反向電壓高。交流發(fā)電機整流二極管有正作電流大、反向電壓高。交流發(fā)電機整流二極管有正極管和負極管之分，引出線為二極管正極的稱為正極極管和負極管之分，引出線為二極管正極的稱為正極管，引出線為二極管負極的稱為負極管。管，引出線為二極管負極的稱為負極管。如圖所示，前端蓋、后端蓋是由非導磁材料鋁合如圖所示，前端蓋、后端蓋是由非導磁材料鋁合金制成的，漏磁少，并具有輕便、散熱性能好等優(yōu)點。金制成的，漏磁少，并具有輕便、散熱性能好等優(yōu)點。在后端蓋上裝有電刷

7、架和電刷。在后端蓋上裝有電刷架和電刷。 內搭鐵式的交流發(fā)電機，其勵磁繞組的兩端通內搭鐵式的交流發(fā)電機，其勵磁繞組的兩端通過電刷分別引至發(fā)電機后端蓋上的接線柱，分別稱過電刷分別引至發(fā)電機后端蓋上的接線柱，分別稱為為“F”（或（或“磁場磁場”）和）和“E”（或（或“搭鐵搭鐵”）接）接線柱，即勵磁繞組的一端在發(fā)電機的外殼上直接搭線柱，即勵磁繞組的一端在發(fā)電機的外殼上直接搭鐵。外搭鐵式的交流發(fā)電機，其勵磁繞組的兩端引鐵。外搭鐵式的交流發(fā)電機，其勵磁繞組的兩端引至后端蓋上的接線柱，分別稱為至后端蓋上的接線柱，分別稱為“F1”和和“F2”接接線柱，且兩個接線柱均與發(fā)電機的后端蓋絕緣，勵線柱，且兩個接線柱均

8、與發(fā)電機的后端蓋絕緣，勵磁繞組需經調節(jié)器搭鐵。磁繞組需經調節(jié)器搭鐵。按結構形式分按結構形式分: :晶體管式、集成電路調節(jié)器；按晶體管式、集成電路調節(jié)器；按安裝方式分：外裝式、內裝式；按搭鐵形式分：內安裝方式分：外裝式、內裝式；按搭鐵形式分：內搭鐵式、外搭鐵式；按功能的多少：單功能型、多搭鐵式、外搭鐵式；按功能的多少：單功能型、多功能型。功能型。 電子式電壓調節(jié)器電子式電壓調節(jié)器利用三極管的開關特性，利用三極管的開關特性，在發(fā)電機轉速變化時，在發(fā)電機轉速變化時，通過改變勵磁繞組電路通過改變勵磁繞組電路的接通和斷開的時間比的接通和斷開的時間比來調節(jié)勵磁電路的平均來調節(jié)勵磁電路的平均電流。電流。風扇

9、及皮帶輪實物如圖所示。交流發(fā)電機的前端裝風扇及皮帶輪實物如圖所示。交流發(fā)電機的前端裝有皮帶輪，由發(fā)動機通過風扇傳動帶驅動發(fā)電機旋轉。有皮帶輪，由發(fā)動機通過風扇傳動帶驅動發(fā)電機旋轉。在皮帶輪的后面裝有葉片式風扇，前后端蓋上分別有出在皮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，可使空氣流經發(fā)電機內部，對發(fā)電機進行冷卻?？諝饬鹘洶l(fā)電機內部，對發(fā)電機進行冷卻。二、硅整流交流發(fā)電機的型號及類型二、硅整流交流發(fā)電機的型號及類型汽車交流發(fā)電機的型號組成如下汽車交流發(fā)電機的型號組成如下：交流發(fā)電機的產品代號有交流發(fā)電

10、機的產品代號有JF、JFZ、JFB和和JFW四四種，分別表示交流發(fā)電機、整體式交流發(fā)電機、帶泵交種，分別表示交流發(fā)電機、整體式交流發(fā)電機、帶泵交流發(fā)電機和無刷交流發(fā)電機（字母流發(fā)電機和無刷交流發(fā)電機（字母J、F、Z、B和和W分別分別為交、發(fā)、整、泵和無字的漢語拼音第一個大寫字母）。為交、發(fā)、整、泵和無字的漢語拼音第一個大寫字母）。電壓、電流等級代號都用一位阿拉伯數(shù)字表電壓、電流等級代號都用一位阿拉伯數(shù)字表示，其含義分別見表示，其含義分別見表1-2、表、表1-3。（2 2）電壓等級代號和電流等級代號）電壓等級代號和電流等級代號（3 3）設計序號）設計序號按產品設計先后順序，由按產品設計先后順序，

11、由12位阿拉伯數(shù)字組成。位阿拉伯數(shù)字組成。 交流發(fā)電機以調整臂位置作為變型代號。從驅動端交流發(fā)電機以調整臂位置作為變型代號。從驅動端看，在中間不加標記；在右邊時用看，在中間不加標記；在右邊時用Y表示；在左邊時用表示；在左邊時用Z表示。表示。 例如：例如：JF152表示交流發(fā)電機，其電壓等級為表示交流發(fā)電機，其電壓等級為12V，電流等級為電流等級為5059A，第二次設計。，第二次設計。 桑塔納、奧迪桑塔納、奧迪100型轎車用型轎車用JFZ1913Z型交流發(fā)電機型交流發(fā)電機是電壓等級為是電壓等級為12V、電流等級為、電流等級為90A、第、第13次設計、調次設計、調整臂在左邊的整體式交流發(fā)電機。整臂

12、在左邊的整體式交流發(fā)電機。三、發(fā)電機的工作原理三、發(fā)電機的工作原理 發(fā)電機原理發(fā)電機原理 整流原理整流原理 當外加的直流電壓作用在勵磁繞組兩端點的接線當外加的直流電壓作用在勵磁繞組兩端點的接線柱之間時，勵磁繞組中便有電流通過，產生軸向磁場，柱之間時，勵磁繞組中便有電流通過，產生軸向磁場，兩塊爪形磁極磁化，形成了兩塊爪形磁極磁化，形成了6對相間排列的磁極。磁極對相間排列的磁極。磁極的磁力線經過轉子與定子之間的氣隙、定子鐵心形成的磁力線經過轉子與定子之間的氣隙、定子鐵心形成閉合磁路。閉合磁路。當轉子旋轉時，磁力線和定子繞組之間產生相對運當轉子旋轉時，磁力線和定子繞組之間產生相對運動，在三相繞組中產

13、生交流電動勢。如上圖所示，由于動，在三相繞組中產生交流電動勢。如上圖所示，由于三相繞組是對稱繞制的，所以產生的三相電動勢亦是對三相繞組是對稱繞制的，所以產生的三相電動勢亦是對稱的。稱的。 每相繞組的電動勢有效值的大小和轉子的轉速及磁每相繞組的電動勢有效值的大小和轉子的轉速及磁極的磁通成正比。即：極的磁通成正比。即：式中：式中：E電動勢的有效值；電動勢的有效值； C1 電機常數(shù)；電機常數(shù)； n 轉子的轉速；轉子的轉速； 磁極磁通。磁極磁通。交流電動勢的計算交流電動勢的計算交流發(fā)電機定子繞組中感應產生的交流電，是靠交流發(fā)電機定子繞組中感應產生的交流電，是靠6只二只二極管組成的三相橋式全波整流電路變

14、為直流電的。極管組成的三相橋式全波整流電路變?yōu)橹绷麟姷摹?利用二極管的單向導電特性，便可把交流電變?yōu)橹绷麟?。利用二極管的單向導電特性，便可把交流電變?yōu)橹绷麟姟Ｓ捎谟捎?只正極管（只正極管（VD1、VD3、VD5）的正極分別接在發(fā)）的正極分別接在發(fā)電機三相繞組的始端（電機三相繞組的始端（A、B、C）上，它們的負極又聯(lián)接）上，它們的負極又聯(lián)接在一起，所以在一起，所以3只正極管的導通原則是，在某一瞬間正極電只正極管的導通原則是，在某一瞬間正極電位最高者導通。位最高者導通。 由于由于3只負極管（只負極管（VD2、VD4、VD6）的負極分別接在發(fā)）的負極分別接在發(fā)電機三相繞組的始端，它們的正極又聯(lián)接在一

15、起，所以電機三相繞組的始端，它們的正極又聯(lián)接在一起，所以3只只負極管的導通原則是在某一瞬間負極電位最低者導通，三負極管的導通原則是在某一瞬間負極電位最低者導通，三相整流電路如圖相整流電路如圖a所示。所示。交流發(fā)電機開始發(fā)電時，由于二極管死區(qū)電壓的存在，交流發(fā)電機開始發(fā)電時，由于二極管死區(qū)電壓的存在，需先由蓄電池供給勵磁電流。當發(fā)電機電壓達到蓄電池電需先由蓄電池供給勵磁電流。當發(fā)電機電壓達到蓄電池電壓時，即由發(fā)電機自己供給勵磁電流，也就是由壓時，即由發(fā)電機自己供給勵磁電流，也就是由他勵他勵轉變轉變?yōu)闉樽詣钭詣睢?由于交流發(fā)電機轉子的爪極剩磁較弱，所以發(fā)電機在由于交流發(fā)電機轉子的爪極剩磁較弱，所以

16、發(fā)電機在低速運轉時，加在硅二極管上的正向電壓也很小，此時二低速運轉時，加在硅二極管上的正向電壓也很小，此時二極管的正向電阻較大，較弱的剩磁產生的很小的電動勢很極管的正向電阻較大，較弱的剩磁產生的很小的電動勢很難克服二極管的正向電阻，使發(fā)電機電壓不能迅速建立起難克服二極管的正向電阻，使發(fā)電機電壓不能迅速建立起來。這樣，發(fā)電機低速充電的要求就不能滿足。來。這樣，發(fā)電機低速充電的要求就不能滿足。 因此，汽車上發(fā)電機必須與蓄電池并聯(lián)，開始由蓄電因此，汽車上發(fā)電機必須與蓄電池并聯(lián)，開始由蓄電池向勵磁繞組供電，使發(fā)電機電壓很快建立起來并轉變?yōu)槌叵騽畲爬@組供電，使發(fā)電機電壓很快建立起來并轉變?yōu)樽詣顮顟B(tài)，蓄電

17、池被充電的機會就多一些，有利于蓄電池自勵狀態(tài)，蓄電池被充電的機會就多一些，有利于蓄電池的使用維護。的使用維護。（3 3）汽車用三相橋式整流電路的類型）汽車用三相橋式整流電路的類型 a. 六管交流發(fā)電機整流原理六管交流發(fā)電機整流原理 六個大功率二極管六個大功率二極管VD VD 1、VD2、 VD3、 VD4、 VD5、 VD6連接如上圖所示。連接如上圖所示。 VD 1、VD3、 VD5是正極管，它們的正極分別與是正極管，它們的正極分別與發(fā)動機三相繞組的首端連接，三個負極通過散熱板連發(fā)動機三相繞組的首端連接，三個負極通過散熱板連在一起。在一起。 VD2、 VD4、 VD6是負極管，它們的負極分別與

18、是負極管，它們的負極分別與發(fā)動機三相繞組的首端連接，三個正極通過散熱板或發(fā)動機三相繞組的首端連接，三個正極通過散熱板或發(fā)電機后端蓋連在一起。發(fā)電機后端蓋連在一起。 同一時刻三相電壓最高的那相正極管導通，而三同一時刻三相電壓最高的那相正極管導通，而三相電壓最低的那相負極管導通。相電壓最低的那相負極管導通。 按照以上的導通原則，六管整流裝置給汽車用電按照以上的導通原則，六管整流裝置給汽車用電器輸送了一個脈動比較平穩(wěn)的直流電壓。器輸送了一個脈動比較平穩(wěn)的直流電壓。正極管、負極管與散熱板正極管、負極管與散熱板b. 八管交流發(fā)電機整流原理八管交流發(fā)電機整流原理 八管整流是在六管整流八管整流是在六管整流基

19、礎上，從星形連接的三相基礎上，從星形連接的三相整流電路的中性點引出兩個整流電路的中性點引出兩個二極管二極管（只有星形連接的三（只有星形連接的三相整流電路才可能有八管整相整流電路才可能有八管整流）流）。 在汽車發(fā)電機整流電路在汽車發(fā)電機整流電路中中性點的電壓是整流輸出中中性點的電壓是整流輸出電壓的一半。電壓的一半。 增加中性點二極管后，增加中性點二極管后，發(fā)電機的輸出功率可提高發(fā)電機的輸出功率可提高1015%。八管交流發(fā)電機整流電路八管交流發(fā)電機整流電路c. 九管交流發(fā)電機整流原理九管交流發(fā)電機整流原理 九管發(fā)電機整流電路也是建立在六管整流電路九管發(fā)電機整流電路也是建立在六管整流電路基礎上。基礎

20、上。 無論發(fā)電機整流電路是星形接法，還是三角形無論發(fā)電機整流電路是星形接法，還是三角形接法，都可以在六管整流基礎上擴展為九管整流電接法，都可以在六管整流基礎上擴展為九管整流電路，路， 它是在六個大功率二極管的基礎上增加三只小它是在六個大功率二極管的基礎上增加三只小功率二極管。連接方法是三只小功率二極管與三只功率二極管。連接方法是三只小功率二極管與三只大功率正極管并聯(lián)，它們被稱為大功率正極管并聯(lián)，它們被稱為VD7、VD8、VD9。其負極接勵磁繞組和充電指示燈，所以經常被稱為其負極接勵磁繞組和充電指示燈，所以經常被稱為勵磁二極管或勵磁二極管或磁場二極管。磁場二極管。 具體電路請看教材具體電路請看教

21、材25頁、頁、26頁。頁。九管交流發(fā)電機整流電路九管交流發(fā)電機整流電路d. 十一管交流發(fā)電機整流原理十一管交流發(fā)電機整流原理 在星形連接的汽車發(fā)電機整流電路中，可以在星形連接的汽車發(fā)電機整流電路中，可以有六管、八管的整流電路，也可以有九管的整流有六管、八管的整流電路，也可以有九管的整流電路。十一管整流電路就是綜合了八管和九管的電路。十一管整流電路就是綜合了八管和九管的電路特點，既提高了汽車發(fā)電機輸出功率，又增電路特點，既提高了汽車發(fā)電機輸出功率，又增加了發(fā)電機勵磁繞組和充電指示燈電路。加了發(fā)電機勵磁繞組和充電指示燈電路。 在這個電路中具有在這個電路中具有六只整流二極管、兩只中六只整流二極管、兩

22、只中性點二極管、三只磁場二極管性點二極管、三只磁場二極管。 它們的連接方法如教材上它們的連接方法如教材上26頁圖頁圖130所示。所示。注意：它只能出現(xiàn)在發(fā)電機是星形連接的電路中注意：它只能出現(xiàn)在發(fā)電機是星形連接的電路中十一管交流發(fā)電機整流電路十一管交流發(fā)電機整流電路+B搭鐵搭鐵四、硅整流交流發(fā)電機四、硅整流交流發(fā)電機的工作特性的工作特性 本節(jié)主要講硅整流交流本節(jié)主要講硅整流交流發(fā)電機的輸出特性發(fā)電機的輸出特性 發(fā)電機電壓保持一定，并在達到最大輸出發(fā)電機電壓保持一定，并在達到最大輸出電流前，其輸出電流隨著轉速的升高而增加電流前，其輸出電流隨著轉速的升高而增加 1、空載轉速、空載轉速n1 ： 在發(fā)電機空載時輸出電壓達到額定值（汽油機在發(fā)電機空載時輸出電壓達到額定值（汽油機14V、柴油機、柴油機