汽車電工電子基礎(chǔ)電子教案27交流發(fā)電機(jī)的原理與應(yīng)用

課題三電磁基礎(chǔ)知識(shí)教案編號(hào)27模塊四交流發(fā)電機(jī)的原理與應(yīng)用課時(shí)數(shù)2教學(xué)目標(biāo)【知識(shí)目標(biāo)】掌握交流發(fā)電機(jī)的工作原理和應(yīng)用【技能目標(biāo)】能進(jìn)行汽車發(fā)電機(jī)的拆裝與檢測(cè)【情感目標(biāo)】具有對(duì)科學(xué)的求知欲，樂(lè)于探究求真，不畏困難的耐勞精神，善于觀察，勤于分析的科學(xué)精神，具有創(chuàng)新、樂(lè)于實(shí)踐精神教學(xué)重點(diǎn)交流發(fā)電機(jī)的工作原理和應(yīng)用難點(diǎn)交流發(fā)電機(jī)的工作原理課前準(zhǔn)備教師準(zhǔn)備交流發(fā)電機(jī)學(xué)生預(yù)習(xí)交流發(fā)電機(jī)的工作原理和應(yīng)用教學(xué)方法①講授法②比較分析、發(fā)現(xiàn)法③視頻演示法作業(yè)布置教學(xué)反思教學(xué)內(nèi)容或教學(xué)過(guò)程教學(xué)設(shè)計(jì)意圖一、課程思政三分鐘二、新課導(dǎo)入充電指示燈安裝在組合儀表內(nèi)，用于檢測(cè)充電系統(tǒng)是否工作正常。正常狀態(tài)時(shí)，該指示燈在發(fā)動(dòng)機(jī)未運(yùn)行時(shí)常亮，啟動(dòng)后馬上熄滅。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)而充電系統(tǒng)不發(fā)電時(shí)，該指示燈就會(huì)亮起，防止充電系統(tǒng)故障造成蓄電池嚴(yán)重虧電。如行駛途中發(fā)生該故障，說(shuō)明充電系統(tǒng)可能存在故障，需要盡快維修。本任務(wù)通過(guò)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握交流發(fā)電機(jī)的知識(shí)，知道拆裝，認(rèn)識(shí)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及學(xué)會(huì)交流發(fā)電機(jī)的故障與維修方法。三、新課講授1、交流發(fā)電機(jī)由哪些部分組成？普通交流發(fā)電機(jī)一般由轉(zhuǎn)子、定子、整流器、前后端蓋、風(fēng)扇和帶輪等組成,如圖4-41所示。圖4-41交流發(fā)電機(jī)解體圖1、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子的功用是通電后產(chǎn)生磁場(chǎng)。它主要由爪極、磁場(chǎng)繞組、集電環(huán)(滑環(huán))和轉(zhuǎn)子軸等組成,如圖4-42所示。圖4-42發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)圖4-43發(fā)電機(jī)定子的結(jié)構(gòu)2、定子定子的功用是產(chǎn)生三相交流電,其結(jié)構(gòu)如圖4-43所示,由定子鐵心和三相定子繞組兩部分組成。定子鐵心由相互絕緣的內(nèi)圓帶槽的環(huán)狀硅鋼片疊加而成。定子槽內(nèi)置有三相對(duì)稱繞組,三相繞組大多數(shù)采用Y形(也稱為星形)聯(lián)結(jié),也有用△形聯(lián)結(jié)的。重要提示：為了保證三個(gè)繞組產(chǎn)生大小相等，相位差為120°的對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)，三個(gè)繞組的繞制遵循以下原則：①每相繞組的線圈個(gè)數(shù)和每個(gè)線圈的匝數(shù)要完全相等。②每個(gè)線圈的節(jié)距必須相同。③三相繞組的起端在定子槽內(nèi)的排列必須相隔120°。3、整流器整流器的功用是將三相繞組產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?。如圖4-44所示,整流器由正、負(fù)整流板組成,每個(gè)整流板上安裝3~4個(gè)硅二極管。圖4-44交流發(fā)電機(jī)整流器總成外殼為正極、中心引線為負(fù)極的二極管,叫負(fù)極管；外殼為負(fù)極、中心引線為正極的二極管,稱為正極管。安裝3只正極管的整流板稱為正整流板。安裝3只負(fù)極管的整流板稱為負(fù)整流板。三相繞組與整流器連接的全波整流電路如圖4-45所示。圖4-45六管全波整流電路圖4-46電刷與電壓調(diào)節(jié)器組件4、端蓋及電刷組件端蓋一般分成兩部分,即前端蓋和后端蓋,起支撐轉(zhuǎn)子、定子、整流器和電刷組件的作用。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。后端蓋上裝有電刷組件。電刷組件由電刷、電刷架和電刷彈簧組成,如圖4-46所示。電刷的作用是將電源通過(guò)集電環(huán)引入勵(lì)磁繞組。兩個(gè)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。電刷一般與調(diào)節(jié)器裝為一體。電刷和集電環(huán)的接觸應(yīng)良好,否則會(huì)因?yàn)榇艌?chǎng)電流過(guò)小,導(dǎo)致發(fā)電機(jī)發(fā)電不足。5、帶輪與風(fēng)扇交流發(fā)電機(jī)的前端裝有帶輪,內(nèi)部裝有風(fēng)扇,由發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)帶通過(guò)帶輪驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸和風(fēng)扇一起旋轉(zhuǎn)。發(fā)電機(jī)工作時(shí),定子繞組和勵(lì)磁繞組中都會(huì)有熱量產(chǎn)生,若溫度過(guò)高會(huì)燒壞導(dǎo)線的絕緣部分,導(dǎo)致發(fā)電機(jī)不能正常工作,為了提高散熱能力,有的發(fā)電機(jī)還裝有兩個(gè)風(fēng)扇(前、后各一個(gè))。2、交流發(fā)電機(jī)是如何工作的？1、電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)是指導(dǎo)體在變化的磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),如圖4-47所示,當(dāng)蓄電池通過(guò)電刷與集電環(huán)給轉(zhuǎn)子的線圈通電時(shí),轉(zhuǎn)子線圈就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),只要將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng),就會(huì)形成旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng),在磁場(chǎng)內(nèi)的導(dǎo)體就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。圖4-47電磁感應(yīng)現(xiàn)象圖4-48交流發(fā)電機(jī)發(fā)電原理示意圖2、發(fā)電原理發(fā)電機(jī)定子的三相繞組按一定規(guī)律分布在發(fā)電機(jī)的定子槽中,內(nèi)部有一個(gè)轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子上安裝著爪極和勵(lì)磁繞組。如圖4-48所示,當(dāng)外電路通過(guò)電刷使勵(lì)磁繞組通電時(shí),便產(chǎn)生磁場(chǎng),使爪極被磁化為N極和S極。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí),磁通交替地在定子繞組中變化,根據(jù)電磁感應(yīng)原理可知,定子的三相繞組中便產(chǎn)生三相交變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),這就是交流發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理。3、整流原理交流發(fā)電機(jī)定子的三相繞組中,感應(yīng)產(chǎn)生的是三相交流電,是通過(guò)6只二極管組成的三相橋式整流電路整流為直流電的,整流電路如圖4-49a所示。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后,發(fā)電機(jī)定子三相繞組產(chǎn)生三相交流電動(dòng)勢(shì)(圖4-49b),輸送到整流器的二極管,由于二極管具有單向?qū)ㄐ?當(dāng)給二極管加上正向電壓時(shí)二極管導(dǎo)通,當(dāng)給二極管加上反向電壓時(shí)二極管截止,使發(fā)電機(jī)整流器的輸出端B、E上輸出一個(gè)脈動(dòng)直流電壓,如圖4-49c所示。a)整流電路圖b)三相繞組電壓波形圖c)整流后發(fā)電機(jī)輸出圖4-49交流發(fā)電機(jī)整流原理三相橋式整流電路中二極管依次循環(huán)導(dǎo)通,當(dāng)3只正二極管負(fù)極端連接在一起時(shí),正極端電位最高者導(dǎo)通;當(dāng)3只負(fù)二極管正極端連接在一起時(shí),負(fù)極端電位最低者導(dǎo)通,如圖4-50所示。使得負(fù)載得到一個(gè)比較平穩(wěn)的脈動(dòng)直流電壓。圖4-50二極管的導(dǎo)通順序3、交流發(fā)電機(jī)是怎樣勵(lì)磁的？汽車上使用的交流發(fā)電機(jī)都需要?jiǎng)?lì)磁,因?yàn)樗鼈兊拇艌?chǎng)都是電磁場(chǎng),必須給勵(lì)磁繞組通電才會(huì)有磁場(chǎng)產(chǎn)生而發(fā)電,否則發(fā)電機(jī)將不能發(fā)電。將電流引入到勵(lì)磁繞組使之產(chǎn)生磁場(chǎng)稱為勵(lì)磁。交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式有自勵(lì)和他勵(lì)兩種。（1）他勵(lì)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)(發(fā)動(dòng)機(jī)未達(dá)到怠速轉(zhuǎn)速),自身不能發(fā)電,需要蓄電池供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組電流,使勵(lì)磁繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)發(fā)電。這種由蓄電池供給磁場(chǎng)電流發(fā)電的方式稱為他勵(lì)發(fā)電,如圖4-51所示。圖4-51他勵(lì)發(fā)電（2）自勵(lì)隨著轉(zhuǎn)速的提高(一般在發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到怠速時(shí))，發(fā)電機(jī)定子繞組的電動(dòng)勢(shì)逐漸升高并能使整流器二極管導(dǎo)通,當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸出電壓大于蓄電池電壓時(shí),發(fā)電機(jī)就能對(duì)外供電了。當(dāng)發(fā)電機(jī)能對(duì)外供電時(shí),就可以把自身發(fā)的電供給勵(lì)磁繞組,這種自身供給磁場(chǎng)電流發(fā)電的方式稱為自勵(lì)發(fā)電,如圖4-52所示。圖4-52自勵(lì)發(fā)電交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁過(guò)程是先他勵(lì)后自勵(lì)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到正常怠速轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸出電壓一般高出蓄電池電壓1~2V，以便對(duì)蓄電池充電，此時(shí)，由發(fā)電機(jī)自勵(lì)發(fā)電。四、練習(xí)與檢測(cè)1、普通交流發(fā)電機(jī)一般由哪些部分組成？2、普通交流發(fā)電機(jī)各部分有何作用？五、小結(jié)1、交流發(fā)電機(jī)是汽車的電源，其作用是在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)（怠速除外）時(shí)，向所有用電設(shè)備（起動(dòng)機(jī)除外）供電，并向蓄電池充電。汽車用硅整流交流發(fā)電機(jī)由三相同步發(fā)電機(jī)和硅二極管整流器兩大部分組成。其工作過(guò)程是：交流發(fā)電機(jī)定子繞組中感應(yīng)出交變電動(dòng)勢(shì),再經(jīng)硅二極管整流器整流,輸出直流電。普通交流發(fā)電機(jī)一般由轉(zhuǎn)子、定子、整流器、前后端蓋、風(fēng)扇和帶輪等組成。2、交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式有自勵(lì)和他勵(lì)兩種。3、電壓調(diào)節(jié)器一般安裝在發(fā)電機(jī)的內(nèi)部，它的功用是使交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓保持恒定。4、充電指示燈