第二節(jié) 交流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)(王字號)

一、6管普通交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)

主要部件有：轉(zhuǎn)子、定子、整流器。此外，還有電刷和滑環(huán)；使轉(zhuǎn)子平滑轉(zhuǎn)動的軸承；風(fēng)扇。所有這些部件均裝在前后機(jī)架上。組成

（一）轉(zhuǎn)子

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

由低碳鋼制成的兩塊六爪磁極壓裝在轉(zhuǎn)子軸上，其空腔內(nèi)裝有導(dǎo)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(zhuǎn)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(dāng)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(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，就形成了旋轉(zhuǎn)的磁場。交流發(fā)電機(jī)的磁路為：磁軛→N極→轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙→定子→定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙→S極→磁軛，見圖。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)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(nèi)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(jī)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(jī)的交流輸出端；每相繞組的尾端接在一起，形成中性點(diǎn)N。定子結(jié)構(gòu)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(nèi)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(jī)倒流。

整流器

1．車用硅整流二極管特點(diǎn)（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(fù)極，引出線為正極的管子叫正極管，引出線為負(fù)極的管子叫負(fù)極管，因此整流二極管有正二極管和負(fù)二極管之分。二極管

2．整流管的安裝

（1）正極管在管殼底標(biāo)有紅色標(biāo)記。在負(fù)極搭鐵的交流發(fā)電機(jī)中，三個正極管的外殼壓裝在元件板的三個座孔內(nèi)（即負(fù)極在元件板上），共同組成發(fā)電機(jī)的正極，由一個與后端蓋絕緣的元件板固定螺栓通至機(jī)殼外，作為發(fā)電機(jī)的火線接線柱“B”（“＋”，“A”或“電樞”接線柱）。（2）負(fù)極管即，管殼底部有黑色標(biāo)記。三個負(fù)極管的外殼壓裝在后端蓋的三個孔內(nèi)（正極在元件板上），和發(fā)電機(jī)外殼一起成為發(fā)電機(jī)的負(fù)極。負(fù)整流板直接搭鐵并和殼體相聯(lián)接。正極板負(fù)極連一起，負(fù)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(jī)，把整流器單獨(dú)裝在后端蓋外。上海桑塔納轎車用JFZ1813Z型交流發(fā)電機(jī)整流器也安裝在后端蓋外側(cè)，只要打開塑料防塵罩，即可取出，不需將交流發(fā)電機(jī)解體、維修方便。有些交流發(fā)電機(jī)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(jī)的電壓調(diào)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(jī)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(jī)為了提高中性點(diǎn)電壓，提高發(fā)電機(jī)輸出功率，增加了兩只二極管對中性點(diǎn)電壓進(jìn)行整流，匯入發(fā)電機(jī)的輸出端。同時具備上述兩種功能的發(fā)電機(jī)整流器共有11只硅二極管，下圖為具有中性點(diǎn)和勵磁二極管的整流器。

（四）端蓋固定轉(zhuǎn)子、定子、整流器和電刷組件。在后端蓋內(nèi)裝有電刷架和電刷。端蓋一般用非導(dǎo)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(shè)有通風(fēng)口。當(dāng)傳動帶輪和風(fēng)扇一起旋轉(zhuǎn)時，使空氣高速流經(jīng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部進(jìn)行冷卻。而有些工作環(huán)境惡劣的工程機(jī)械、農(nóng)用拖拉機(jī)等為防止灰塵、泥土進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部，因此采用外型尺寸較大的封閉型交流發(fā)電機(jī)，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(nèi)，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(yīng)良好，否則會因?yàn)榇艌鲭娏鬟^小，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)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(jī)可分為內(nèi)搭鐵和外搭鐵兩種類型：

內(nèi)搭鐵型發(fā)電機(jī)：磁場繞組的兩端通過電刷分別引至發(fā)電機(jī)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(jī)的外殼上直接搭鐵；

外搭鐵型發(fā)電機(jī)：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(jī)的后端蓋絕緣，勵磁繞組再經(jīng)調(diào)節(jié)器搭鐵。

（六）帶輪及風(fēng)扇發(fā)電機(jī)的前端蓋裝有帶輪，由發(fā)動機(jī)通過風(fēng)扇傳動帶驅(qū)動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，在帶輪的后面裝有葉片式風(fēng)扇，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，可使空氣流進(jìn)發(fā)電機(jī)內(nèi)部，冷卻發(fā)電機(jī)。對于一些高檔轎車，發(fā)電機(jī)功率大，體積小，為提高散熱效率，一般裝有兩個風(fēng)扇，其將風(fēng)扇葉直接焊接在轉(zhuǎn)子上。二、8管交流發(fā)電機(jī)其中6只組成三相全波橋式整流電路，另2只是中性點(diǎn)二極管，1只正極管接在中性點(diǎn)和正極之間，1只負(fù)極管接在中性點(diǎn)和負(fù)極之間。對中性點(diǎn)電壓進(jìn)行全波整流。試驗(yàn)表明：加裝中性點(diǎn)二極管的交流發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)不變的情況下可以提高發(fā)電機(jī)的功率10%～15%。這種結(jié)構(gòu)發(fā)電機(jī)的充電指示燈電路由調(diào)節(jié)器直接控制。三、9管交流發(fā)電機(jī)（日車應(yīng)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(fù)載供電；而3只小功率管二極管與三只大功率負(fù)極管也組成三相全波橋式整流電路專門為發(fā)電機(jī)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(jī)（桑塔納用發(fā)電機(jī)）

11管交流發(fā)電機(jī)的整流器由8只大功率整流二極管（其中包括2只中性點(diǎn)二極管）和3只磁場二極管組成。11管交流發(fā)電機(jī)在汽車上應(yīng)用也較多，因?yàn)槠渲行远O管可提高發(fā)電機(jī)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(jī)（一）爪極式無刷交流發(fā)電機(jī)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(zhuǎn)。

爪極式無刷交流發(fā)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、工作可靠，不存在電刷與集電環(huán)接觸不良導(dǎo)致的發(fā)電不穩(wěn)或不發(fā)電故障；缺點(diǎn)是爪極間連接工藝?yán)щy，由于磁路中間隙加大，發(fā)電機(jī)相同輸出功率下需加大勵磁電流。

（二）激磁機(jī)式無刷交流發(fā)電機(jī)它實(shí)際上是在一臺爪極式三相交流發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上增加了一部專為其激磁的小型硅整流交流發(fā)電機(jī)，稱為激磁機(jī)。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，在激磁機(jī)轉(zhuǎn)子的三相繞組中感應(yīng)出三相交流電，在發(fā)電機(jī)內(nèi)部經(jīng)二極管整流后變?yōu)橹绷麟?，直接供給爪極式三相交流發(fā)電機(jī)的磁場繞組激磁發(fā)電。這種無刷發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是磁路中無附加氣隙，因而漏磁少，輸出功率大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（三）永磁式無刷交流發(fā)電機(jī)它是以永久磁鐵作為轉(zhuǎn)子磁極而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，去掉了電刷和滑環(huán)，同時不需要磁場繞組和爪極。結(jié)構(gòu)簡單可靠、使用壽命長。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子為永磁結(jié)構(gòu)，所以產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場強(qiáng)度是不變的、不可調(diào)的，因此，不能采用普通交流發(fā)電機(jī)通過調(diào)節(jié)器控制磁場電流的辦法來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出電壓。為解決調(diào)壓問題可采用電壓調(diào)節(jié)器與三相半控橋式整流相配合的辦法，使發(fā)電機(jī)輸出電壓不隨轉(zhuǎn)速大幅度變化而變化。

永磁式交流發(fā)電機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便，使用壽命長。如750W的鈦鐵硼永磁發(fā)電機(jī)與350W普通交流發(fā)電機(jī)重量相當(dāng)。轉(zhuǎn)子上除軸承外無其他磨損件并開有通風(fēng)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(jī)轉(zhuǎn)速低而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高，所以發(fā)動機(jī)低速時發(fā)電機(jī)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(diǎn)，故可降低觸點(diǎn)磨損，電壓調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)很簡單。

六、帶泵交流發(fā)電機(jī)

帶泵交流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)與普通交流發(fā)電機(jī)完全一樣，不同的是轉(zhuǎn)子軸很長并伸出后端蓋，利用外花鍵與真空泵的轉(zhuǎn)子內(nèi)花鍵相連接，驅(qū)動真空泵與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，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(jī)（汽油機(jī)可直接從進(jìn)氣歧管處取得真空。制動時因節(jié)氣門幾乎關(guān)閉而在進(jìn)氣歧管中形成高真空）。

七、汽車雙整流發(fā)電機(jī)

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

1、結(jié)構(gòu)原理

在普通交流發(fā)電機(jī)三相定子繞組基礎(chǔ)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(zhuǎn)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(shè)任何機(jī)電控制裝置：

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

2、雙整流發(fā)電機(jī)優(yōu)點(diǎn)

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

（2）結(jié)構(gòu)簡單