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汽车发电机工作原理分解
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  第二章、交流发电机及调节器 第二章、交流发电机及调节器 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 主要内容 ?交流发电机的构造 ?交流发电机的工作原理 ?交流发电机的工作特性 ?交流发电机的调节器 ?交流发电机的使用与维护 ?发电机与充电系统的测试 ?充电系统的常见故障 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 发电机是汽车用电设备的主要电源。在汽车正 常运行期间,发电机向除起动机之外的其它用电设 备供电,并向蓄电池充电。 汽车上所用的发电机大多为三相交流发电机。 汽车上采用硅整流交 流发电机,它以硅二极管 为整流器,将交流电转变 成直流电。具有结构简单、 体积小、重量轻、功率高、 工作可靠、寿命长、维修 方便等特点。 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 汽车用交流发电机的分类 按结构分为: 普通式 整体式 真空泵式 固定磁场式(无刷式) 按工作原理分 旋转磁场式(常用) 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 §2-1、交流发电机的构造 交流发电 机由转子、定 子、电刷与滑 环机构、三相 桥式整流器、 轴承、风扇和 前后端盖等组 成。 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 一、转子 (教材P23) 转子由爪极(每个爪极有6个鸟嘴形磁极)、 转子绕组、滑环和转轴等组成。 在转子 在发动 机的带动下 转子旋转, 在定子绕组 中产生一个 旋转磁场。 绕组中通入 一个直流电 流时,产生 一个磁场。 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 二、定子 定子是由定子铁心和三相定子绕组组成,固定 在前后端盖之间。 定子铁心 上海师范大学 三相定子绕组 第二章、交流发电机及调节器 三相绕组一般采用三角形(△)和星形(Y) 两种接法,定子绕组在转子产生的旋转磁场作用 下,感应并输出三相正弦交流电动势。 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 三、整流器 (教材P25) 整流器是将交流电转换成直 流电的一种装置,在车用发电机 中,一般采用三相桥式整流电路 作整流器。 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 整流器一般有以下四种形式: 普 通 型 中 性 点 二 极 管 型 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 磁 场 二 极 管 型 中 性 点 与 磁 场 二 极 管 型 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 桑塔纳汽车用的整流器电路 磁场 二极管可 以提高电 压调节的 精度。 中性 点二极管 的整流器, 可以提高 发电机的 输出功率。 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 四、端盖、风扇和轴承 前端盖用来固定发电机,后端上装有电刷架和 整流器。 风扇风叶装在前端盖与皮带轮之间(双风扇发 电机的两个风叶装在发电机内部的转子上),在发 电机工作时,起强制通风散热作用。 前、后端盖 上海师范大学 风 叶 轴 承 第二章、交流发电机及调节器 §2-2、交流发电机的工作原理 一、发电原理 当发电机的转子绕组中通入直流电时,产生 磁场,转子在发动机的带动下旋转,定子绕组切 割转子磁场感应三相交流电动势。 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 二、整流原理 整流电路将三相电动势转变成直流脉动电压;由于蓄 电池具有电容的功能,故输出的直流电压波形较平坦。 在发电机空载运行时,忽略三相绕组和整流器的电阻 压降,直流电动势约为:U=2.34Eφ(Eφ为相电动势)。 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 三、励磁方法 发电机转子绕组产生磁场,称为励磁,发电 机的励磁有他励和自励两种方式。 由蓄电池向磁场绕组供电的方式,称为 他励;由发电机产生的电压向磁场绕组供电的方 式,称为自励。 汽车用发电机在刚开始发电时,转子绕 组由蓄电池供电产生磁场,属于他励;待发电机 旋转起来,输出电压高于蓄电池电压时,发电机 向磁场绕组供电,励磁方式由他励变为自励。 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 §2-3、交流发电机的工作特性 交流发电机的工作特性,是指发电机工作时, 端电压U、输出电流I与转速n之间的关系。 一、空载特性 空载特性是指 发电机空载(即 I=0)时,发电 机端电压U与转速 n之间的关系。 上海师范大学 U与n成线性关系 他励 自励 第二章、交流发电机及调节器 二、外特性 当发电机转速一定时,输出电压U随输出电流 I的变化规律。 当发电机在高速旋转 时,如果突然失去负载, 端电压将瞬时增大,整流 器及调节器中的电子元件 造成损坏。 在转速一定时,端电 压随输出电流的增加而下 降,当输出电流超过一定 值后,电压和电流同时下 降(拐点处)。 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 三、输出特性(负载特性) 在发电机输出电压U一定时(通常12V发电机 保持在14V),发电机负载电流I与转速n之间的 关系称为输出特性或负载特性。 输出电流I将随 转速n升高而增大, 当转速超过一定值时, 电流增加的速率减慢, 并趋于稳定,此时的 电流为最大输出电流。 Ie 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 §2-4、交流发电机的调节器 发电机的输出电压与发电机转子的转速有关: U≈E=Cφn C—为发电机的结构常数 φ—为磁极磁通 n—为发电机转速 由此可知:发电机 的输出电压U与转速n 和磁通φ成正比。 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 一、电压调节器的工作原理 (教材P33) 当发电机的转速升高时,减小磁场电流,以 减弱磁通φ,使φn基本保持不变,从而维持端电 压的不变。 二、电压调节器的分类 触点式电压调节器 晶体管电压调节器 集成电路电压调节器 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 三、电压调节器工作原理 (教材P33) 1、触点式电压调节器 触点式电压调节器是一种机 械振动式电压调节器,它利用触 点的开闭作用,改变磁场电路的 电阻,保持端电压的恒定。 触点的开闭存在延 时现象,故不能控制大 功率的发电机电压,且 存在电磁干扰,目前已 基本不采用。 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 2、晶体管电压调节器 晶体管电压调节器是利用晶体三极管的开关作 用,控制发电机磁场电路的通、断,来调节磁场的 强弱,使端电压保持不变。 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 3、集成电路式电压调节器 集成电路电压调节器具有体积小、功能强、 可靠性高、结构简单、成本低等特点,目前已广 泛应用于国内外的汽车上。 集成电路电压调节器由于体积小,目前都装 于发电机内,成为整体式交流发电机。 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 通用公司(GM)用集成电路调节器 P—半波整流 接线柱 L—充电指示 灯接线柱 F—磁场绕组 电压监视 接线柱 S—蓄电池电 压监视接 线柱 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 集成电路电压调节器利用改变磁场电流的占 空比,来改变发电机的输出电压。 发动机转速低 发动机转速高 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 四、调节器实例分析 桑 塔 纳 轿 车 发 电 机 原 理 图 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 §2-5、交流发电机的使用与维护 交流发电机在使用和维护过程中,要注意以 下几个问题: 1、蓄电池的搭铁必须与交流发电机的极性 一致,都是负极搭铁,否则蓄电池将通过发电机 的硅整流二极管大量放电,从而烧毁二极管。 2、不得用发电机输出端瞬时接地(搭铁) 的方法(试火法)来判断发电机是否发电。 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 3、发电机在高速运转时,不得拆下蓄电池 等主要用电设备,以免产生瞬时过电压,损坏二 极管、调节器或其他用电设备。 4、经常检查发电机与蓄电池之间的连线, 保证连接牢固可靠。 5、经常检查发电机皮带的张紧程度,应符 合出厂时的规定。皮带过松,会造成蓄电池充电 不足;皮带过紧,容易造成皮带和发电机轴承的 损坏。 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 6、 一旦发现发电机工作不正常,应及时检 查,找出并排除故障。 7、定期对发电机进行维护,一般发电机运 行750小时或汽车行驶3万公里后,对发电机的电 刷、整流元件、调节器、轴承等易损元件进行一 次检查和必要的测试。 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 §2-6、发电机与充电系统的测试 一、输出直流电压的测试 起动发动机,并在怠速状态下运行,用数字 万用表测量蓄电池两端的电压。 电压读数应在13~15伏 之间(具体视调节器的设定 值而定,如GM公司为 14.7±0.5V)。 当发电机的转速升高时, 发电机输出的直流电压基本 保持不变。 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 二、输出电压的交流成份测试 用数字万用表的交流电压档,并接在蓄电池 的正负极两端,来测量发电机输出的交流电压 (正常值应≤0.4V )。具体步骤如下: ① 起动发动机,并使其在2000rpm的转速下 运转; ② 打开大前灯,给发电机加上一定的负载; ③ 将数字万用表并接于蓄电池的正负极两端, 读取交流电压值。如果电压≤0.4V,说明发电机的 整流器工作正常;如果电压> 0.5V,说明发电机 的整流器存在故障。 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 三、充电系统电压降的测试 电压降的测试,主要用来判断发电机与蓄电池之间的 连线是否良好。具体方法如下: ① 起动发动机,并使其在2000rpm的转速下运转; ② 打开大前灯,给发电机加上一定的负载; ③ 用数字万用表的直流电压档测量发电机的输出端与 蓄电池的正极端之间的电压降(如图所示),正常电压值 为≤0.4V。如果超过0.4V,说明导线连接点的电阻大。 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 ④用数字万用表的直流电压档测量发电机的外 壳与蓄电池的负极端之间的电压降(如图所示), 正常电压值为≤0.3V。如果超过0.3V,说明导线连 接松动,连接点的电阻大。 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 §2-7、充电系统的常见故障 一、不充电 不充电的可能原因有: ① 连接导线断路、短路、连接处松动等。 ② 发电机损坏。如转子或定子绕组短路或断 路、电刷磨损、硅整流二极管损坏等。 ③ 调节器损坏或电压值太低。 二、过充电 过充电引起蓄电池寿命缩短,主要原因是调 节器电压值太高。 上海师范大学 第二章、交流发电机及调节器 三、充电不足 充电不足的可能原因有: ① 连接导线有轻微的短路、连接点松动或接 触不良等。 ② 发电机故障。如转子或定子绕组层间短路、 电刷磨损或弹簧弹力不足、硅整流二极管不良或 个别二极管开路、皮带过松等。 ③ 调节器电压值调整不当(太低)。 上海师范大学