汽車電工電子基礎電子教案27交流發(fā)電機的原理與應用

課題三電磁基礎知識教案編號27模塊四交流發(fā)電機的原理與應用課時數(shù)2教學目標【知識目標】掌握交流發(fā)電機的工作原理和應用【技能目標】能進行汽車發(fā)電機的拆裝與檢測【情感目標】具有對科學的求知欲，樂于探究求真，不畏困難的耐勞精神，善于觀察，勤于分析的科學精神，具有創(chuàng)新、樂于實踐精神教學重點交流發(fā)電機的工作原理和應用難點交流發(fā)電機的工作原理課前準備教師準備交流發(fā)電機學生預習交流發(fā)電機的工作原理和應用教學方法①講授法②比較分析、發(fā)現(xiàn)法③視頻演示法作業(yè)布置教學反思教學內(nèi)容或教學過程教學設計意圖一、課程思政三分鐘二、新課導入充電指示燈安裝在組合儀表內(nèi)，用于檢測充電系統(tǒng)是否工作正常。正常狀態(tài)時，該指示燈在發(fā)動機未運行時常亮，啟動后馬上熄滅。當發(fā)動機運行時而充電系統(tǒng)不發(fā)電時，該指示燈就會亮起，防止充電系統(tǒng)故障造成蓄電池嚴重虧電。如行駛途中發(fā)生該故障，說明充電系統(tǒng)可能存在故障，需要盡快維修。本任務通過相關知識的學習，讓學生掌握交流發(fā)電機的知識，知道拆裝，認識發(fā)電機的結(jié)構(gòu)特點，以及學會交流發(fā)電機的故障與維修方法。三、新課講授1、交流發(fā)電機由哪些部分組成？普通交流發(fā)電機一般由轉(zhuǎn)子、定子、整流器、前后端蓋、風扇和帶輪等組成,如圖4-41所示。圖4-41交流發(fā)電機解體圖1、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子的功用是通電后產(chǎn)生磁場。它主要由爪極、磁場繞組、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)電機轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)圖4-43發(fā)電機定子的結(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：為了保證三個繞組產(chǎn)生大小相等，相位差為120°的對稱電動勢，三個繞組的繞制遵循以下原則：①每相繞組的線圈個數(shù)和每個線圈的匝數(shù)要完全相等。②每個線圈的節(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、負整流板組成,每個整流板上安裝3~4個硅二極管。圖4-44交流發(fā)電機整流器總成外殼為正極、中心引線為負極的二極管,叫負極管；外殼為負極、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只負極管的整流板稱為負整流板。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。電刷一般與調(diào)節(jié)器裝為一體。電刷和集電環(huán)的接觸應良好,否則會因為磁場電流過小,導致發(fā)電機發(fā)電不足。5、帶輪與風扇交流發(fā)電機的前端裝有帶輪,內(nèi)部裝有風扇,由發(fā)動機的傳動帶通過帶輪驅(qū)動發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軸和風扇一起旋轉(zhuǎn)。發(fā)電機工作時,定子繞組和勵磁繞組中都會有熱量產(chǎn)生,若溫度過高會燒壞導線的絕緣部分,導致發(fā)電機不能正常工作,為了提高散熱能力,有的發(fā)電機還裝有兩個風扇(前、后各一個)。2、交流發(fā)電機是如何工作的？1、電磁感應現(xiàn)象電磁感應是指導體在變化的磁場中會產(chǎn)生感應電動勢,如圖4-47所示,當蓄電池通過電刷與集電環(huán)給轉(zhuǎn)子的線圈通電時,轉(zhuǎn)子線圈就會產(chǎn)生磁場,只要將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動,就會形成旋轉(zhuǎn)的磁場,在磁場內(nèi)的導體就會產(chǎn)生感應電動勢。圖4-47電磁感應現(xiàn)象圖4-48交流發(fā)電機發(fā)電原理示意圖2、發(fā)電原理發(fā)電機定子的三相繞組按一定規(guī)律分布在發(fā)電機的定子槽中,內(nèi)部有一個轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子上安裝著爪極和勵磁繞組。如圖4-48所示,當外電路通過電刷使勵磁繞組通電時,便產(chǎn)生磁場,使爪極被磁化為N極和S極。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時,磁通交替地在定子繞組中變化,根據(jù)電磁感應原理可知,定子的三相繞組中便產(chǎn)生三相交變的感應電動勢,這就是交流發(fā)電機的發(fā)電原理。3、整流原理交流發(fā)電機定子的三相繞組中,感應產(chǎn)生的是三相交流電,是通過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。當發(fā)動機起動后,發(fā)電機定子三相繞組產(chǎn)生三相交流電動勢(圖4-49b),輸送到整流器的二極管,由于二極管具有單向?qū)ㄐ?當給二極管加上正向電壓時二極管導通,當給二極管加上反向電壓時二極管截止,使發(fā)電機整流器的輸出端B、E上輸出一個脈動直流電壓,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)電機輸出圖4-49交流發(fā)電機整流原理三相橋式整流電路中二極管依次循環(huán)導通,當3只正二極管負極端連接在一起時,正極端電位最高者導通;當3只負二極管正極端連接在一起時,負極端電位最低者導通,如圖4-50所示。使得負載得到一個比較平穩(wěn)的脈動直流電壓。圖4-50二極管的導通順序3、交流發(fā)電機是怎樣勵磁的？汽車上使用的交流發(fā)電機都需要勵磁,因為它們的磁場都是電磁場,必須給勵磁繞組通電才會有磁場產(chǎn)生而發(fā)電,否則發(fā)電機將不能發(fā)電。將電流引入到勵磁繞組使之產(chǎn)生磁場稱為勵磁。交流發(fā)電機勵磁方式有自勵和他勵兩種。（1）他勵在發(fā)電機轉(zhuǎn)速較低時(發(fā)動機未達到怠速轉(zhuǎn)速),自身不能發(fā)電,需要蓄電池供給發(fā)電機勵磁繞組電流,使勵磁繞組產(chǎn)生磁場來發(fā)電。這種由蓄電池供給磁場電流發(fā)電的方式稱為他勵發(fā)電,如圖4-51所示。圖4-51他勵發(fā)電（2）自勵隨著轉(zhuǎn)速的提高(一般在發(fā)動機達到怠速時)，發(fā)電機定子繞組的電動勢逐漸升高并能使整流器二極管導通,當發(fā)電機的輸出電壓大于蓄電池電壓時,發(fā)電機就能對外供電了。當發(fā)電機能對外供電時,就可以把自身發(fā)的電供給勵磁繞組,這種自身供給磁場電流發(fā)電的方式稱為自勵發(fā)電,如圖4-52所示。圖4-52自勵發(fā)電交流發(fā)電機勵磁過程是先他勵后自勵。當發(fā)動機達到正常怠速轉(zhuǎn)速時，發(fā)電機的輸出電壓一般高出蓄電池電壓1~2V，以便對蓄電池充電，此時，由發(fā)電機自勵發(fā)電。四、練習與檢測1、普通交流發(fā)電機一般由哪些部分組成？2、普通交流發(fā)電機各部分有何作用？五、小結(jié)1、交流發(fā)電機是汽車的電源，其作用是在發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)時（怠速除外）時，向所有用電設備（起動機除外）供電，并向蓄電池充電。汽車用硅整流交流發(fā)電機由三相同步發(fā)電機和硅二極管整流器兩大部分組成。其工作過程是：交流發(fā)電機定子繞組中感應出交變電動勢,再經(jīng)硅二極管整流器整流,輸出直流電。普通交流發(fā)電機一般由轉(zhuǎn)子、定子、整流器、前后端蓋、風扇和帶輪等組成。2、交流發(fā)電機勵磁方式有自勵和他勵兩種。3、電壓調(diào)節(jié)器一般安裝在發(fā)電機的內(nèi)部，它的功用是使交流發(fā)電機的輸出電壓保持恒定。4、充電指示燈