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第 2 章 交流发电机及调节器 - PowerPoint PPT Presentation


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第 2 章 交流发电机及调节器. 2.1 交流发电机概述 2.2 交流发电机的构造及原理 2.3 交流发电机的特性 2.4 电压调节器 2.5 晶体管调节器 2.6 充电指示灯的控制电路 2.7 交流发电机实例 2.8 充电系的故障判断 2.9 交流发电机及调节器的检查与调试 2.10 交流发电机及调节器的使用与维护. 本章学习目标. 了解交流发电机的功用、分类; 掌握发电机的结构、工作原理及检测维修方法; 掌握调节器的工作原理和检测方法 了解交流发电机的工作特性;. 返回本章首页.

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Presentation Transcript
2章 交流发电机及调节器

  • 2.1 交流发电机概述

  • 2.2 交流发电机的构造及原理

  • 2.3 交流发电机的特性

  • 2.4 电压调节器

  • 2.5 晶体管调节器

  • 2.6 充电指示灯的控制电路

  • 2.7 交流发电机实例

  • 2.8 充电系的故障判断

  • 2.9 交流发电机及调节器的检查与调试

  • 2.10 交流发电机及调节器的使用与维护


本章学习目标

  • 了解交流发电机的功用、分类;

  • 掌握发电机的结构、工作原理及检测维修方法;

  • 掌握调节器的工作原理和检测方法

  • 了解交流发电机的工作特性;

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§2.1 交流发电机概述

一、交流发电机的作用

二、交流发电机的优点

三、交流发电机的分类

四、交流发电机的组成

五、交流发电机的型号

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一、交流发电机的作用

交流发电机:

  • 主要电源;给蓄电池充电。

  • 目前汽车采用三相交流发电机,内部带有二极管整流电路,将交流电整流为直流电,所以,汽车交流发电机输出的是直流电。

  • 交流发电机配装电压调节器对发电机的输出电压进行控制,使其保持基本恒定,以满足汽车用电器的需求。

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二、交流发电机的优点

  • 交流发电机的优点(与直流发电机相比)

  • 体积小、重量轻

  • 结构简单、维修方便、使用寿命长(无整流子)

  • 发动机低速时对蓄电池充电性能好

  • 配用的调节器结构简单

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三、交流发电机的分类1

  • 按总体结构分五类

  • 普通交流发电机(使用时需要配装电压调节器)

    例JF132 (EQ1090用)

  • 整体式交流发电机(发电机和调节器制成一个整体)

    例别克轿车的发动机上装配的是CS型发电机、奥迪、桑塔纳用JF1813

  • 无刷交流发电机(不需要电刷) 例JFW1913

  • 永磁交流发电机(磁极为永磁铁制成)

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交流发电机的分类2

  • 按磁场绕组搭铁方式分

  • 内搭铁式---磁场绕组的一端与发动机壳体相连接

    (如东风EQ1090型用JF132 )

  • 外搭铁式---磁场绕组的一端经调节器后搭铁

    (解放CA1091型用JF1522A型)

  • 按装用二极管数量分

  • 六管(如东风EQ1090型用JF132型、解放CA1091型用JF1522A型)

  • 八管(夏利TJ7100型用JFZ1542型)

  • 九管(北京BJ1022型用JFZ141型)

  • 十一管(桑塔纳用JF1813Z型)


四、交流发电机的组成

  • 三相交流发电机(硅整流发电机)的组成

  • 交流发动机在车上的位置

  • 交流发电机解体图

发电机部分(三相同步交流发电机)---发出交流电

整流器部分(硅二极管)---把交流电变成直流电

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仪表

调整臂

V带

点火开关

支架

蓄电池

调节器

交流发电机在汽车上的位置


电刷弹簧压盖

电刷

电刷架

转子

定子

前端盖

风扇

带轮

后端盖

二极管

散热板

交流发电机的解体图


五、交流发电机的型号

调整臂位置

产品代号

电压等级代号

电流等级代号

设计序号

变型代号

  • 根据汽车行业标准QC/T73-93《汽车电器设备产品型号编制方法》的规定,汽车交流发电机型号组成如下:

例如:桑塔纳、奥迪100用JFZ1913Z---电压等级12V、输出电流大于90A、第13次设计、调整臂位于左边。

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产品代号

  • 产品代号用中文字母表示,例:

  • JF——普通交流发电机

  • JFZ——整体式(调节器内置)交流发电机

  • JFB——带泵的交流发电机

  • JFW——无刷交流发电机


电压等级代号

  • 电压等级代号用一位阿拉伯数字表示,

  • 1表示12V系统

  • 2表示24V系统

  • 6表示6V系统


§2.2 交流发电机的构造及原理

一、发电机的基本原理

二、单相交流发电机的原理

三、三相交流发电机的构造及原理

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一、发电机的基本原理1

  • 电磁感应现象

  • 所有充电系统都是利用电磁感应原理来产生电流。

  • 电磁感应现象:如果导体和磁场间有相对运动就会产生电压。导体中产生电压的强度取决于:

    磁场强度

    导体切割磁场的速度

    通过磁场的导体数量

  • 磁场的建立

  • 利用永久磁铁

  • 导线或线圈通电,周围产生磁场。电流的方向与产生磁场的方向的关系---右手螺旋定则。


发电机的基本原理2

  • 导体或线圈内感应电动势的产生方法

  • 使导体在磁场中运动(固定磁场)

  • 使线圈中的磁场发生变化(固定导体)

    -----都会在导体中产生感应电动势(右手定则)

  • 如何产生连续的电动势

  • 使导体在磁场中往复运动,或在磁场中旋转,有效地利用磁力线所穿过的有限空间来产生电动势

  • 也可以使导体不动,让磁场不断发生变化

  • 由于必须经常改变导体或磁场的方向,所产生的电动势的大小、方向经常变化-----交流电动势


二、交流发电机的基本原理-单相交流电

  • 普通交流发电机都是采用固定导体而使磁场运动的工作原理,如图1,在铁心上绕有线圈,在铁心之间夹有磁铁,工作时磁铁旋转,形成交变磁通。

  • 由于磁铁每转半周,铁心中的磁通方向就改变一次,所以线圈上产生的是交流电动势。

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三相交流发电机的基本原理

  • 结构特点:

  • 通电线圈绕在旋转铁心上产生旋转磁场

  • 三相绕组产生三相交流电。

  • 基本原理:

  • 当绕有磁场绕组的磁铁旋转时,通过各铁心的磁通发生变化,三相绕组中产生电动势,但因各相绕组的磁通变化存在时间差,故产生的电动势也有时间差


三、三相交流发电机的构造及原理

  • 三相交流发电机的组成(见图)

    转子组件 产生旋转磁场

    定子组件 产生三相交流电

    整流器 把交流电变成直流电

    前后端盖 减少发电机漏磁;安装电刷架和整流二极管.

    带轮及风扇 传递动力;散热.

  • 三相交流发电机的基本原理:

  • 三相交流发电机的工作原理

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交流发电机结构图

电刷弹簧压盖

电刷

电刷架

转子

定子

前端盖

风扇

带轮

后端盖

二极管

散热板


交流发电机的构造—转子组件

  • 功能:是用来建立磁场的。

  • 组成:

    两块爪极、(转子线圈)激磁绕组、轴和滑环等组成。

  • 磁场的产生

  • 磁场的磁力线分布及激磁电路


转子分解图

  • 转子轴上压装着两块各有数目相等的鸟嘴形磁极的爪极,其空腔内装有磁场绕组 (转子线圈)和磁轭。

  • 压装在转子轴上并与轴绝缘的集电环由两个彼此绝缘的铜环组成,两个集电环分别与磁场绕组的两端相连。

见装配图



转子如何产生旋转磁场

  • 电刷将直流电通入两个集电环时,磁场绕组中就有电流通过,并产生轴向磁通,使爪极一块被磁化为N极,另一块被磁化为S极,从而形成六对相互交错的磁极。当转子转动时,就形成了旋转的磁场。



交流发电机的构造—定子组件(电枢)

  • 功能:定子线圈产生三相交流电。

  • 组成:由铁芯和三相绕组组成 。

  • 连接方法

    星形连接

    三角连接

  • 定子线圈的绕制:在三相绕组中所产生的电动势应是对称电动势,即电动势的大小相等、电位差互差120º电角度。波绕法、叠绕法


定子组件的组成

  • 定子功用:是产生交流电。

  • 定子由定子铁心和定子绕组成。见图

说明


定子的组成说明

  • 定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成,定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。

  • 三相绕组的必须按一定要求绕制,才能使之获得频率相同、幅值相等、相位互差120°的三相电动势。

  • 定子绕组有三相,三相绕组采用星形接法或三角形(大功率)接法,都能产生三相交流电。


定子绕组的绕制要求

  • 每个线圈的两个有效边之间的距离应和一个磁极占据的空间距离相等。

  • 每相绕组相邻线圈始边之间的距离应和一对磁极占据的距离相等或成倍数。

  • 三相绕组的始边应相互间隔2π+120o电角度(一对磁极占有的空间为360o电角度)

  • JF13交流发电机三相绕组绕制


JF13交流发电机三相绕组绕制

  • 结构参数如下: 磁极对数p:6对;定子槽数z:36槽

  • 定子绕组相数:3相;每个线圈匝数N:13匝

  • 绕组联结方法:Y型联结




硅整流器

  • 交流发电机整流器的作用:

    将定子绕组的三相交流电变为直流电

  • 6管交流发电机的整流器的组成:

  • 由6只硅整流二极管组成三相全波桥式整流电路,6只硅整流二极管分别压装(或焊装)在相互绝缘的两块板上,其中一块为正极板(带有输出端螺栓),另一块为负极板,负极板和发电机外壳直接相连(搭铁),也可以将发电机的后盖直接作为负极板。

  • 汽车交流发电机整流二极管的特点:

  • 6管交流发电机的整流器的安装位置


说明

  • 压装在散热板上的三个二极管,引线为二极管正极--正极管子。

  • 压装在后端盖上的三个二极管,引线为二极管负极—负极管子。

  • 散热板必须与后端盖绝缘,并固定在后端盖上用螺栓引至后端盖外部作为发电机的火线接柱,标记为“B”(“A”、“+”、或“电枢”)。


硅整流器的安装位置

电刷弹簧压盖

电刷

电刷架

转子

定子

前端盖

风扇

带轮

后端盖

二极管

散热板

说明


交流发电机的组成示意图

发电机部分

整流器部分


汽车用硅整流二极管特点

  • 汽车用硅整流二极管是专用的,有如下特点:

    (1)允许的工作电流大,如ZQ50型二极管的正向平均电流为50A,浪涌电流为600A。

    (2)承受反向电压的能力高,可承受的反向重复峰值电压在270V左右,反向不重复峰值电压在300V左右。

    (3)只有一根引线(引出电极)

    (4)根据引出电极的不同分为正二极管和负二极管。

  • 即:整流二极管有正二极管和负二极管之分。


整流管的安装

  • 将正极管安装在一块铝制散热板上,称为正整流板;

  • 将负极管安装另一块铝制散热板上,称为负整流板,也可用发电机后盖代替负整流板。见图。


3.7 JF132发电机整流器总成

1-负整流板 2-正整流板 3-散热片 4-螺栓孔 5-正极管 6-负极管 7-安装孔 8-绝缘垫

图3.8 交流发电机整流器和定子的连接电路图

a)星形连接 b)三角形连接

整流管的安装

  • 在正整流板上有一个输出接线柱B(发电机的输出端)。

  • 负整流板上直接搭铁。负整流板上一定和壳体相联接。

  • 整流板的形状各异,有马蹄形、长方形、半圆形等见图


四、前后端盖

电刷弹簧压盖

电刷

电刷架

转子

定子

前端盖

风扇

带轮

后端盖

二极管

散热板

  • 端盖一般分两部分(前端盖和后端盖),起固定转子、定子、整流器和电刷组件的作用。一般用铝合金铸造,一是可有效的防止漏磁,二是铝合金散热性能好。

  • 后端盖上装有电刷组件,有电刷、电刷架和电刷弹簧组成。电刷的作用是将电源通过集电环引入磁场绕组。


后端盖

  • 后端盖上装有电刷架和电刷

  • 磁场绕组的搭铁形式及相应的电刷连接方式:

    内搭铁

    外搭铁


电刷组件

  • 电刷组件组成:由电刷、电刷架和电刷弹簧。

  • 电刷的作用:将电源通过滑环引入励磁绕组。两个电刷分别装在电刷架的孔内,借助弹簧压力与滑环保持接触。

  • 电刷和滑环的接触应良好,否则会因为磁场电流过小,导致发电机发电不足。

  • 外装式电刷架其拆装和更换在电机外部即可进行,检修方便.


内搭铁与外搭铁

  • 内搭铁型发电机:磁场绕组负电刷(E)直接搭铁的发电机(和壳体直接相连)。

  • 外搭铁型发电机:磁场绕组的两只电刷都和壳体绝缘的发电机。

  • 外搭铁型发电机的磁场绕组负极(负电刷)接调节器,后再搭铁。



交流发电机的工作原理

发电原理

整流原理

中性点电压

励磁方法

交流发电机工作原理包括:


交流发电原理

  • 当转子的励磁绕组通电时,便产生磁场,使爪极被磁化为N极和S极。

  • 磁场外有一个定子绕组, 绕组有3组线圈(3相绕组),3相绕组彼此相隔120度

  • 当转子旋转时,磁通交替地在定子绕组中变化,根据电磁感应原理可知,定子的三相绕组中便产生交变的感应电动势。


交流发电原理1

1. 交流电动势的变化频率f和转速、磁极对数成正比

式中 -磁极对数

-发电机转速(r/min)

在交流发电机中,由于转子磁极呈鸟嘴形,其磁场的分布近似正弦规律,所以交流电动势的波形也近似正弦规律,如果发电机定子的三相绕组是对称绕制的则产生的三相电动势也是对称的。


其中:

E m -每相电动势的最大值

ω-电角速度

f-交流电动势的频率(为转速的函数)

p-磁极对数

n-发电机转速(r/min)

Eφ-每相电动势的有效值

交流发电原理2

2. 三相交流发电机的感应电动势瞬时值表达式:


交流发电原理3

定子每相电动势的有效值

  • K-绕组系数(和发电机定子绕组的绕线方法有关 )

  • N-每项匝数(匝)

  • φ-每极磁通(Wb)

  • Ce-电机结构常数


交流电动势波形

  • 交流电动势的幅值是发电机转速的函数。

  • 因此,当转速n变化时,三相电动势的波形为变频率、变幅值的交流波形。


整流原理

  • 交流发电机定子的三相绕组中,感应产生的是交流电。

  • 是靠六只二极管组成的三相桥式整流电路变为直流电的。

  • 二极管具有单向导电性,当给二极管加上正向电压时,二极管导通, 当给二极管加上反向电压时,二极管截止,二极管的导通原则如下:

  • 整流过程:


二极管的导通原则

  • 当三只二极管负极端相连时,正极端电位最高者导通;

  • 当三只二极管正极端相连时,负极端电位最低者导通。



整流时二极管导通条件

  • 对于三个正极管子(D1、D3、D5正极和定子绕组始端相联),在某瞬时,电压最高一相的正极管导通。

  • 对于三个负极管子(D2、D4、D6负极和定子绕组始端相联),在某瞬时,电压最低一相的负极管导通。

  • 但同时导通的管子总是两个,正、负管子各一个。


整流过程

  • 三相桥式整流电路中二极管的依次循环导通,使得负载RL两端得到一个比较平稳的脉动直流电压。

  • 发电机输出的直流电压平均值为:

  • U=1.35UL=2.34UΦ


中性点电压

  • 中性点电压的概念(见图)

  • 在定子绕组为星形连接时,三相绕组的公共结点称为中性点,从三相绕组的中性点引一根导线到发电机外,标记为“N”。

  • 中性点对发电机外壳(搭铁)之间的电压Un称为中性点电压,是通过三个负极管整流后得到的直流电压(即三相半波整流)

  • 中性点电压为发电机输出电压的一半。

  • 中性点电压的用途

  • 中心点电压常用来控制各种用处的继电器(如磁场继电器、充电指示灯继电器等)

  • 增大功率输出


中性点电压1

带有中性抽头的交流发电机

说明


中性点电压 2

中性点电压的瞬时值是一个三次谐波电压,如图2.15所示,平均值为发电机输出电压(平均值)的一半,即:


中性点电压的作用—增大功率输出

说明


中性点电压的应用

  • 八管交流发电机的原理:

  • 1、中性点电压瞬时值高于输出电压平均值(14V)时:中性点正极管导通对外输出电流;电流回路为:中性点→中性点正极管→负载→某一负极管→定子绕组→中性点。

  • 2、中性点电压瞬时值低于搭铁电压(0V)时:中性点负极管导通对外输出电流;电流回路:中性点→定子绕组→某一正极管→负载→中性点负极管→中性点

  • 结论:通过整流二极管将中性点的输出提供给负载。


3.17 6管内搭铁型交流发电机的励磁

交流发电机的励磁


3.18 11管外搭铁型交流发电机的励磁

交流发电机的励磁


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