汽車電子 第二章交流發(fā)電機

第二章交流發(fā)電機第二章交流發(fā)電機第一節(jié)概述第二節(jié)交流發(fā)電機的構(gòu)造第三節(jié)交流發(fā)電機的工作原理第四節(jié)交流發(fā)電機的特性第五節(jié)觸點式電壓調(diào)節(jié)器第六節(jié)電子節(jié)電壓調(diào)節(jié)器第一節(jié)概述一、發(fā)電機的作用發(fā)電機是汽車電器系統(tǒng)的另一個低壓電源。發(fā)電機的作用是將發(fā)動機的局部機械能變成電能，向除起動機以外的所有用電設(shè)備供電，并及時對蓄電池進行補充充電。二、交流發(fā)電機的優(yōu)點單機功率大，體積小，質(zhì)量輕，節(jié)約銅材低速充電性能好結(jié)構(gòu)簡單、故障少、壽命長、維修方便調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)簡單很少產(chǎn)生干擾電波第二節(jié)交流發(fā)電機的構(gòu)造

第二節(jié)交流發(fā)電機的構(gòu)造目前，汽車用交流發(fā)電機主要是三相同步交流發(fā)電機。它包括交流同步發(fā)電機和硅二極管整流器兩局部。 以下是交流發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖：一、交流發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖一、交流發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖二、交流發(fā)電機的主要組成局部轉(zhuǎn)子定子前后端蓋、風(fēng)扇及皮帶輪等1、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是三相同步交流發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)磁場局部。它是由轉(zhuǎn)軸、兩塊爪形磁極、磁軛、激磁繞組、滑環(huán)等部件構(gòu)成。1、轉(zhuǎn)子當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組接通直流電源時，激磁繞組中便有激磁電流流過，從而時繞組產(chǎn)生六對相互交錯的磁極。2、定子定子又稱電樞，是三相同步交流發(fā)電機產(chǎn)生三相交流電的部件。定子由鐵芯和三相繞組組成。2、定子〔定子繞組的繞線原那么〕1〕為使三相電動勢大小相等，每相繞組的線圈個數(shù)和每個線圈的節(jié)距與匝數(shù)都必須完全相等。2〕為使三相電動勢在相位上互差120度，三相繞組的起端A、B、C〔或末端X、Y、Z〕在定子槽內(nèi)的排列，必須相隔120度電角度〔兩個槽的寬度相等〕。3、端蓋端蓋分前端蓋〔驅(qū)動端益〕和后端蓋〔整流端蓋〕，其作用是支承轉(zhuǎn)子，安裝和封閉內(nèi)部構(gòu)件。它們由非導(dǎo)磁材料鋁合金制成，漏磁少，質(zhì)量輕，散熱性能好。端蓋的中心有球軸承，外圍有通風(fēng)孔和組裝螺孔。

3.1前端蓋前端蓋的外側(cè)為驅(qū)動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)的皮帶輪，所以又稱驅(qū)動端蓋。3.2后端蓋后端蓋內(nèi)裝有電刷和刷架。電刷有兩個，用于引入激磁電流。一個電刷引出線接到發(fā)電機后端蓋上的磁場接線柱〔標(biāo)記為“F〞或“磁場〞〕上；另一個接鐵電刷的引線，用螺釘固定在后端蓋上〔標(biāo)記為“一〞或“搭鐵〞〕。電刷都是利用壓簧與轉(zhuǎn)子上兩個滑環(huán)良好接觸。3.3風(fēng)扇發(fā)電機的后端蓋上有進風(fēng)口，前端蓋上有出風(fēng)口，當(dāng)皮帶輪與風(fēng)扇一起旋轉(zhuǎn)時，使空氣高速流經(jīng)電機內(nèi)部進行強力通風(fēng)冷卻。3.4皮帶輪皮帶輪是利用皮帶將發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩傳給轉(zhuǎn)子，通常用鋁合金制成。一般分為單槽和雙槽兩種。4、整流器其作用是將三相交流電變?yōu)橹绷飨蛲廨敵?。它由一塊元件板和六只硅二極管組成。4.1元件板〔又稱散熱板〕4.1元件板4.2硅整流二極管目前國內(nèi)外采用的交流發(fā)電機多為負極搭鐵。故壓裝在后端蓋上的三只硅二極管，其引線為二極管的負極，外殼為正極，俗稱負極管或反燒管，管殼底有黑色標(biāo)記；壓裝在元件板上的三只硅二極管，其引線為二極管的正極，外殼為負極，俗稱正極管或正燒管，管殼底有紅色標(biāo)記。交流發(fā)電機的整流器，由六只硅二極管組成。六只硅二極管的安裝如下圖:三、交流發(fā)電機的類型按搭鐵性質(zhì)分：根本都是負極搭鐵，僅有解放CA10B用的JF13D為正極搭鐵。按通風(fēng)性質(zhì)分：有風(fēng)冷式、封閉式兩種。按安裝方式分：有單掛腳式、雙掛腳式、無掛腳〔或稱抱持式〕三種。三、交流發(fā)電機的類型按結(jié)構(gòu)形式可分為四大類：一般交流發(fā)電機，即JF型；帶真空泵交流發(fā)電機，即JFB型；帶電壓調(diào)節(jié)器的整體式交流發(fā)電機，即JFZ型；沒有電刷及集電環(huán)的無刷交流發(fā)電機，即JFW型。四、交流發(fā)電機型號交流發(fā)電機的型號命名，依據(jù)的是QC/T73—1993?汽車電器設(shè)備型號編制方法?。目前國內(nèi)正規(guī)的命名方法：JFXXXXX例如，JFW1311頭兩個字母“JF〞表示交流發(fā)電機。后一個字母表示產(chǎn)品大類〔無字母為一般交流發(fā)電機；“Z〞表示帶調(diào)節(jié)器發(fā)電機；“B〞表示帶真空泵交流發(fā)電機；“W〞表示無刷交流發(fā)電機〕。第一位數(shù)字表示電壓等級〔“1〞表示14V，“2〞表示28V〕第二位數(shù)字表示功率〔W〕：“1〞表示≤180W“2〞表示≤250W“3〞表示≤350w、“5〞表示≤500W“7〞表示≤750W“8〞表示≤1000W“9〞表示＞1000W后兩位數(shù)字“11〞表示設(shè)計順序號。所以JFW1311表示無刷交流發(fā)電機，14V，350W，設(shè)計序號為11。第三節(jié)交流發(fā)電機的工作原理一、交流發(fā)電

機的發(fā)電原理交流發(fā)電機通電后產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場，其磁力線切割定子線圈，從而在線圈內(nèi)產(chǎn)生交變電動勢。它產(chǎn)生交流電的根本原理，仍然是電磁感應(yīng)原理。二、三相交流發(fā)電機的工作原理實際使用的交流發(fā)電機是三相同步交流發(fā)電機，即是指轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相同〔同步轉(zhuǎn)速〕的三相交流發(fā)電機。三相交流發(fā)電機的工作原理 當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，磁力線和定子繞組之間產(chǎn)生相對運動，在三相繞組中產(chǎn)生交變電動勢，其頻率為： 式中p——磁極對數(shù)；n——發(fā)電機轉(zhuǎn)速〔r／min〕。交流發(fā)電機每相繞組中所產(chǎn)生的電動勢的有效值為：式中，K為繞組系數(shù)，f為感應(yīng)電動勢的頻率〔Hz〕，N為每相繞組的匝數(shù)，為每極磁通〔Wb〕，n為發(fā)電機轉(zhuǎn)速。由于K、p、N對定型的發(fā)電機而言均為定值，故簡化為后者。三、整流原理利用硅二極管的單向?qū)щ娦钥砂呀涣麟娮優(yōu)橹绷麟?。三相橋式全波整流電路的整流原理如下圖。l、元件板上三個正極管D1、D3、D5的正極分別接在發(fā)電機三相繞組的首端A、B、C。D1、D3、D5分別在三相交流電正半周期內(nèi)導(dǎo)通，且哪相電壓最高，那么按該相繞組的正極管子導(dǎo)通。2、后端蓋上三個負二極管D2、D4、D6的負極分別接發(fā)電機三相繞組A、B、C。D2、D4、D6分別在三相交流電負半周期內(nèi)導(dǎo)通。且哪相電壓最低，那么接該相繞組的負極管子導(dǎo)通。3、同時導(dǎo)通的正、負管子各一個。4、同時導(dǎo)通的兩個管子總是將發(fā)電機的電壓加在負載R兩端。第四節(jié)交流發(fā)電機的特性交流發(fā)電機的特性有輸出特性、空載特性和外特性，其中以輸出特性最為重要。一、輸出特性〔曲線〕交流發(fā)電機的輸出特性又稱負載特性或輸出電流特性。它是指發(fā)電機向負載供電時，保持輸出電壓恒定的情況下，發(fā)電機的輸出電流與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。一、輸出特性〔曲線分析〕1、發(fā)電機的轉(zhuǎn)速甚低時，其端電壓低于額定電壓，此時發(fā)電機不能向外供電；當(dāng)轉(zhuǎn)速到達空載轉(zhuǎn)速n1時，電壓到達額定值；當(dāng)轉(zhuǎn)速高于空載轉(zhuǎn)速n1時，發(fā)電機才有能力在額定電壓下向外供電。所以空載轉(zhuǎn)速值n1常用作選擇發(fā)電機與發(fā)動機速比的主要依據(jù)。2、當(dāng)轉(zhuǎn)速超過n1時，發(fā)電機輸出電流I將隨著轉(zhuǎn)速n的升高而增大；當(dāng)轉(zhuǎn)速等于n2時，發(fā)電機輸出額定功率〔即額定電流與額定電壓之積〕，故將轉(zhuǎn)速n2稱為滿載轉(zhuǎn)速。3、當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速到達一定值時，發(fā)電機的輸出電流就不再隨轉(zhuǎn)速的升高而增大。這時的電流值稱為發(fā)電機的最大輸出電流或限流值。這個性能說明，交流發(fā)電機具有自動限制電流的自我保護能力。交流發(fā)電機的最大輸出電流約為額定電流的1.5倍。二、空載特性〔曲線〕空載特性是指發(fā)電機空載時，發(fā)電機的端電壓與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，即I=0時，u與n之間的函數(shù)關(guān)系。二、空載特性〔曲線分析〕從曲線可以看出，隨著轉(zhuǎn)速的升高。端電壓上升較快，由他激轉(zhuǎn)入自激發(fā)電時，即能向鉛蓄電池進行補充充電，進一步證實了低速充電性能好的優(yōu)點。因此，空載特性是判定硅整流發(fā)電機充電性能是否良好的重要依據(jù)。三、外特性〔曲線〕外特性是指轉(zhuǎn)速一定時，發(fā)電機的端電壓與輸出電流的關(guān)系。經(jīng)不同恒定轉(zhuǎn)速的試驗后，可輸出一組相似外特性曲線。三、外特性〔曲線分析〕發(fā)電機的轉(zhuǎn)速越高，端電壓也越高，輸出電流也越大。轉(zhuǎn)速對電壓的影響較大，當(dāng)保持在任一轉(zhuǎn)速時，端電壓均隨輸出電流的增大而相應(yīng)下降。注意：端電壓受轉(zhuǎn)速和負載變化影響的交流發(fā)電機，必須配用電壓調(diào)節(jié)器才能保持電壓的恒定。否那么，當(dāng)發(fā)電機在高速運轉(zhuǎn)時，假設(shè)突然失去負載，其電壓會突然升高，這時發(fā)電機中的二極管以及調(diào)節(jié)器內(nèi)的電子元件將有被擊穿的危險。第五節(jié)觸點式電壓調(diào)節(jié)器

汽車交流發(fā)電機必須配有電壓調(diào)節(jié)器與其聯(lián)合工作。這是因為交流發(fā)電機在結(jié)構(gòu)一定、磁場強度不變的條件下，其輸出電壓的大小與發(fā)電機的轉(zhuǎn)速成正比，而發(fā)電機由發(fā)動機帶動，汽車正常行駛時，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速變化范圍很大。為了使發(fā)電機電壓在不同的轉(zhuǎn)速下均能保持一定，這就必須裝置電壓調(diào)節(jié)器。電壓調(diào)節(jié)器有觸點式電壓調(diào)節(jié)器和電子電壓調(diào)節(jié)器。觸點式電壓調(diào)節(jié)器它又可分為雙級觸點式電壓調(diào)節(jié)器〔兩對觸點〕和單級觸點式電壓調(diào)節(jié)器〔一對觸點〕兩種。這兩種觸點式電壓調(diào)節(jié)器根本原理都是以發(fā)電機的轉(zhuǎn)速為根底，通過改變觸點的開閉時間，改變激磁電流，維持發(fā)電機電壓恒定。雙級觸點式電壓調(diào)節(jié)器一、FT61型雙級觸

點式電壓調(diào)節(jié)器工作原理硅整流三相同步交流發(fā)電機相電壓有效值的變化規(guī)律前面已表達過，其值為：又知硅整流發(fā)電機經(jīng)整流后輸出的直流電壓值為因此，整流發(fā)電機端電壓的上下，取決于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n和磁極磁通。保持電壓恒定的調(diào)控原理，只能在轉(zhuǎn)速升高時，相應(yīng)減弱磁通，而磁通的減弱又只能以減小激磁電流來實現(xiàn)。反之亦然。電

壓

調(diào)

節(jié)

過

程二、FT70型雙級觸點式電壓調(diào)節(jié)器

FT70型調(diào)節(jié)器，可與JF01、JF11、JF21系列交流發(fā)電機配合使用，裝在CA10B等汽車上。這種調(diào)節(jié)器根本構(gòu)造與FT61型調(diào)節(jié)器相似，但卻有以下特點：①靜觸點只有一個，且在中間位置，動觸點有兩個在動臂上，形成常閉的低速觸點，和常開的高速觸點。②所配電阻值與FT61型不同。該調(diào)節(jié)器的工作原理及工作過程與FT61型相同。三、雙級式調(diào)節(jié)器的缺乏之處雙級式調(diào)節(jié)器根本可滿足使用要求，但還存在一些缺乏之處：如觸點間隙過小〔0.2mm～0.4mm〕，易燒蝕；從一級調(diào)壓到二級調(diào)壓中間有一失控區(qū)，使工作電壓上升0.5V，對充電不利；同時調(diào)節(jié)電壓受負載影響大。單觸點式電壓調(diào)節(jié)器單觸點式電壓調(diào)節(jié)器帶滅弧系統(tǒng)的單級觸點式電壓調(diào)節(jié)器正是為了克服雙級式電壓調(diào)節(jié)器的以上缺乏而設(shè)計的。目前的帶滅弧系統(tǒng)的單級觸點式電壓調(diào)節(jié)器有兩種：FT111型調(diào)節(jié)器，配用12V發(fā)電機；FT211型調(diào)節(jié)器，配用24V發(fā)電機。FT111

型調(diào)節(jié)

器的構(gòu)

造一、FT111型調(diào)節(jié)器的構(gòu)造FT111型調(diào)節(jié)器的構(gòu)造與雙級式調(diào)節(jié)器根本相同，都是由磁軛、鐵芯、磁化線圈、加速電阻、調(diào)節(jié)電阻、溫度補償電阻和觸點等組成的。不同的是：①FT111型調(diào)節(jié)器將雙觸點變成了單觸點。②FT111型調(diào)節(jié)器給觸點并聯(lián)了一套滅弧系統(tǒng)。由二級管D、扼流線圈Q2、電容器C組成D—Q2—C觸點滅弧系統(tǒng)。二、滅弧電路的工作過程三、FT111調(diào)節(jié)器的優(yōu)點第六節(jié)電子電壓調(diào)節(jié)器一、電子電壓調(diào)節(jié)器的優(yōu)點二、電子調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)型式電子調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)型式一般有兩種：可拆式密封式三、晶體管調(diào)節(jié)器的根本組成局部信號檢出局部也叫電壓敏感電路，它的作用是檢出高于規(guī)定的供電電壓，并將其變?yōu)榱硪恍盘栯妷?。開關(guān)控制局部它的作用是把這一信號電壓變?yōu)榭刂齐娮娱_關(guān)通斷的控制電壓。電子開關(guān)局部它的作用是按控制電壓的變化，改變發(fā)電機激磁繞組電路通斷時間比例的開關(guān)裝置。四、晶體管調(diào)節(jié)器的工作過程當(dāng)發(fā)電機電壓高于規(guī)定供電電壓時，電子開關(guān)即切斷激磁電流，使發(fā)電機輸出電壓迅速下降。當(dāng)其降至規(guī)定電壓之后，開關(guān)又接通激磁電流。如此反復(fù)，實現(xiàn)如同振動式調(diào)壓器觸點振動的效果，控制發(fā)電機輸出電壓，使之穩(wěn)定不變。晶體管調(diào)節(jié)器的幾個實例1、JFT126、JFT246型調(diào)節(jié)器2、JFT106型調(diào)節(jié)器3、集成電路〔IC〕調(diào)節(jié)器集成電路，是指在一塊微小基片上，組裝著許多半導(dǎo)體元件和其它電路元件所構(gòu)成的電子電路。4、集成電路電壓調(diào)節(jié)器的優(yōu)點①體積很小，組裝到發(fā)電機內(nèi)部，簡化接線，使發(fā)電機的實際輸出功率提高5%～10％。②電壓調(diào)節(jié)精度高。采用集成電路調(diào)節(jié)器可使汽車電系的工作電壓保持穩(wěn)定，并且根本上不需要對調(diào)節(jié)器進行檢修和調(diào)整。③可增大發(fā)電機激磁電流，確保發(fā)電機自激和建壓。④集成電路調(diào)節(jié)器用塑料或樹脂封裝，故能承受惡劣工作環(huán)境的影響，它還可耐高溫1300°C。⑤由于內(nèi)部無可移動零件，能承受較大機械振動和沖擊。