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交流发电机及调节器

作者:AG8集团 发布时间:2020-05-09 19:39 点击:

  ? 第一节 交流发电机的构造 ? ? 第二节 交流发电机的工作原理 第三节 交流发电机的特性 ? ? 第四节 触点式电压调节器 第五节 电子电压调节器 ? ? 第六节 其他类型的交流发电机 第七节 交流发电机及整流器的检修 ? ? 转子 磁极部分:产生旋转磁场 ? ? 定子(电枢) 产生三相交流电 由铁芯、三相绕组构成 ?风扇 ?散热 ? ? ? 端盖 支撑转子,安装和封闭内部构件 由前后端盖构成 ?驱动带轮 ?将发动机转矩通过皮带轮带动转子旋转 ? ?电刷和电刷架 ?装在后端盖上,引入激磁电流 电刷 电刷架 正极管 后端盖 散热板 负极管 转子 定子 前端盖 风扇 驱动带轮 ? ? 作用:产生旋转磁场 结构: ? 滑环:将直流电源接入激磁绕组 一端与电刷相接,一端与激磁绕组相连 ? 转轴:带动转子旋转 ? 爪形磁极:形成多对磁极 ? 激磁绕组:通以电流后产生磁场 ? 磁轭:形成磁通路 图3.4 交流发电机转子分解图 图3.3 交流发电机的转子总成 转子 ? 定子作用:产生三相交 流电 ? 定子的结构 ? 定子铁芯 ? 定子三相绕组 ? 定子三相绕组的连接 ? 星形连接 ? 三角形连接 图3.5 交流发电机定子总成及连接方式 a)定子绕组星形连接 b) 定子绕组三角形连接 定子 定子 发电机定子铁芯由导磁良好 的硅钢片叠成,在铁芯内圆 均匀分布着36个槽,用来嵌 放定子线圈。 在定子槽内嵌放着定子线 圈,有多种绕法组成三相 绕组,以产生三相交流电 ? 定子中三相绕组的绕法 ?要求1:在三相绕组中产生大小相等,频率相同的电动 势 ? 每相绕组线圈个数、每个线圈的匝数和每个线圈的节距都完 全相等 ?节距:每个线圈的两个有效边之间所间隔的定子槽数,Y ?极距:相邻两异性磁极中心线之间的槽数 整距:是指同一个线圈的两个有效边所跨的电磁距离 正好为一个极距 ? ? 要求2:三相绕组产生相位相差1200的对称电动势 ?三相绕组的起端或末端在定子槽内的排列,必须相隔 1200电度角 磁极对数P=6,定子槽数z=36, 定子每一槽距 的电度角a 之间存在的关系 Z 36 Y? ? ?3 2P 2 ? 6 360o ? P 360o ? 6 ?? ? ? 60o Z 36 ? ? 作用:将三相交流电变为直流 构成 ?散热板 ?后端盖 ?二极管 ? 图3.6 交流发电机整流二极管安装示意图 a)焊接式 b)电路图 c) 压装式 1-正整流板 .2-负整流板 二极管 ?正极管:接线柱为正,外壳为负,壳底红色标记; ?负极管:接线柱为负,外壳为正,壳底黑色标记。 压装在另一元件板(或后端盖)上,与后端 盖的”搭铁” 、“E”、“-”)相连,是发电 机的负极端子 压装在与机壳绝缘的元件板上,散热板与 后端盖上的“磁场”(称为“B”或“十”、 “F”)接线柱相连,是发电机的正极端子 整 流 桥 皮 带 轮 调节器 ? 端盖 ? 作用:支撑转子,安装和封闭内部 构件 ? 结构: ? 驱动端盖,前端盖 ? 整流端盖,后端盖 电 刷 铝合金制成,漏磁小, 重量轻,散热性能好 电刷 架 正极 管 ? 风扇 ? 通风使电机散热 ? 皮带轮 ? 将发动机转矩通过皮带轮带动转子 后端 盖 负极 管 散热 板 转子 定子 前端 盖 风 扇 皮带轮 旋转 ? 电刷和电刷架 ?装在后端盖上,引入磁场电流 须拆开电机端盖 方可拆装结构 可直接从外部拆装结构 电刷和外电路的连接型式 (1)内搭铁型交流发电机 励磁绕组的一端经负电刷 (E)引出后和后端盖直接 相连(直接搭铁)的发电 机 (2)外搭铁型交流发电机 励磁绕组的两端 (F和E)均 和端盖绝缘的发电机称为 外搭铁型交流发电机,标 记为F1和F2 a)内搭铁型交流发电机 b)外搭铁型交流发电机 图3.10 交流发电机的搭铁型式 J F 产品代号 JF JFZ JFB JFW 电流等级 电压等级 6,1,2 设计序号 变形代号 ? 举例说明:JF 1 5 2;JFZ 1 9 13 Z 一、交流发电机的发电原理 ?基本原理 ?过程 ? 转子感应线圈通以电流,产生磁场 ? 发动机带动转子转动,形成旋转磁 场 ? 导致定子线圈切割磁力线 ? 在定子线圈中产生感应电动势 ?交流电动势的变化频率f和转速、磁极对数成正比 pn f ? 60 式中 p-磁极对数 n-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。 ?定子3相绕组感生电动势的大小 e A ? Em sin ?t ? 2 E? sin ?t eB ? Em sin(?t ? 120o ) ? 2 E? sin(?t ? 120o ) eC ? Em sin(?t ? 240o ) ? 2 E? sin(?t ? 240o ) E? ? Cn? Em : 每相电动势最大值 E? : 每相电动势有效值 ? : 电角速度 二、交流发电机的激磁方式 ?供给转子激磁绕组电流,让转子产生 足够磁场的方式 他激方式:发电机开始发电时,其电压低于蓄电池 电压,由蓄电池给转子提供激磁电流,产生磁场 自激方式:发电机电压输出额定电压时,发电机自身 提供激磁电流给转子,产生磁场 三、交流发电机的整流原理 ? 二极管的单向导电性 ? 三相桥式整流电路图 ? D1,D3,D5的导通情况 ? D2,D4,D6的导通情况 a) 整流电路图 图3.12 交流发电机整流原理 b) 三相绕组电压波形图 c) 整流后发电机输出波形图 (1)二极管的导通原则 当 3 只正二极管负极端连接 在一起时,正极端电位最高者导 通; 当 3 只负二极管正极端连接 在一起时,负极端电位最低者导 通。 -3V -7V -9V 图 整流二极管导通分析 +2V +8V +5V 正 极 管 (2)整流过程的分析 同时导通的二极管管子总是 两个,正、负管子各一个。 负 极 管 ? 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。 ? 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。 ? ? 只有一根引线(引出电极) 根据引出电极的不同分为正二极管和负二极管。 ? 几种电压及其大小 相电压: 线电压: 发电机直流输出电压: u ? 1.35uL 二极管能承受最高反向电压: uL u? ? 2.34u? uDRM ? 2uL 中性点接线 A 相电压 流过每个二极管的平均电流与负载 电流的关系:I为负载电流 B 线电压 C ? 中性点电压 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”。“N” 点电压称为中性点电压。 U UN ? 2 带有中性点接线柱的发电 机,可用中性点电压来控制各种 用途的继电器工作。 图3.15 交流发电机中性点电压波形图 ? 输出特性 ?定义 u 恒定时:f ( I , n ); 为何交流发电机 不需要电流调节器? ?输出特性曲线 ?交流发电机不需要电流调节器 空载转 速 满载转 速 ? 交流发电机的自身限流原理 Z ? r ? xL 2 ?定子阻抗 2 xL ? ?L 当转速很大时,定子线圈电阻可忽略,因此, 定子阻抗随转子转速增大而增大,使整个电路 的阻抗增大,因此电流减小 ? 电枢反应 感应磁场方向与转 子磁场方向相反, 限制在定子中产生 在发电机中两种磁场:转子旋转磁场;感应磁 场 的感应电动势的大 小 ? 空载特性 ?发电机不带负载时,发电机的端 电压和转速之间的关系 ? 空载特性曲线 空载转速之 前:他激 空载转速之后: 自激且向蓄电 池充电 1、计算车辆电器总负载; 2、确定车辆常时工作时的负载; 3、计算发动机在怠速情况下电机的输出功率; 4、计算车辆在几个不同速度下电机的输出功率; 5、确保电机能够承受车辆在过载情况下的电器负荷,即选配电机时 应该留有一定量的安全余度; 6、在特殊应用情况下应考虑电机的输出是否满足电器要求,如在怠 速情况下是否可以给空调及车辆照明灯供电。 根据以上结果对照电机输出特性曲组选择相应的电机并确定传动比 nmax n3 外特性 ? n=常数:u=f(I); ? 外特性曲线 转速对电压影响大:转速越高,电压、电流越大, 输出功率越大 交流发电机 必须有电压 调节器 负载对电压影响大:转速一定,输出功率一定,电 流与电压成反比,电流随负载变化而变化,引起电 压变化 一、电压调节原理 ?交流发电机输出电压与定子感应电动势成正比 ?感应电动势的计算公式 E? ? Cn? ?电压调节器通过调节输入到转子线圈中的激磁电流 的大小,来调节磁通量 ? 的大小,从而调节输出 电压的大小 二、电压调节方式 ? ? 连续作用的调节器:激磁电流的改变是连续的 脉宽调制式调节器:激磁电流的改变是跳跃性的 三、交流发电机调节器的分类 触点式电压调节器 电子电压调节器 1、触点式电压调节器 特点 分类(按触点对数) ? 单极式 ? 双极式 2、电子电压调节器 特点 分类 ?按结构形式 ? 晶体管式 ? 集成电路式 ? 按搭铁形式 ? 内搭铁式:晶体管串联在调节器电源 端子“+”与磁场绕组端子“F”间 ? 外搭铁式:晶体管串联在调节器磁场 绕组端子“F”与搭铁端子“-”间 3、电脑控制调节器 电脑控制调节器是现在轿车采用的一种新型 调节器,由电负载检测仪测量系统总负载后, 向发电机电脑发送信号,然后由发动机电脑控 制发电机电压调节器,适时地接通和断开磁场 电路,即能可靠地保证电器系统正常工作,使 蓄电池充电充足,又能减轻发动机负荷,提高 燃料经济性。如上海别克、广州本田等轿车发 电机上使用了这种调节器。 ? ? 通过调节激磁电流回路电阻(连续式) 双触点电压调节器 R K1 K2 国产FT61型电压调节 器(双触点) ? ? 结构 工作过程 k1 k2 B R1 磁化 线 磁场 线圈 电路简化图 ? 单极电压调节器的灭 弧过程 吸收电容C、 续流二极管D、 扼流圈L ? ? ? 脉宽调制式调节方式 无触点调节器 电子电压调节器的优点 ?结构简单、工作可靠、故障少 ?对无线电设备干扰少 ?使用寿命长 ?调节精度高 ? 基本构成 ?开关控制部分(分压电路) ?信号检出部分(第一级开关电路) ?电子开关部分(第二级开关电路) ?辅助元件及电路 外搭铁型晶体管电压调节器 ? 信号检出部分 ? 开关控制部分 ?电子开关部分 ?工作过程 + UVS + UVS A B C 内搭铁型交流发电机及电压调节器 ? 交流发电机电压检测法 检测点的电压与发电机的端电压成正比 ? 蓄电池电压检测法 检测点的电压与蓄池电压成正比 ? 检测点P点电压 R2 R2 UP ? UL ? UB R1 ? R2 R1 ? R2 检测点P加到 稳压管VD1两 端的反向电 压与发电机 的端电压UB 成正比 ? 优缺点 ? 省去信号输入线 ? 当发电机到蓄电池的电路上压降损失较大时,会导致 蓄电池的端电压偏低而引起蓄电池充电不足 ? 大功率发电机多采用蓄电池电压检测法,使蓄电池电 压得以保证 P 点 电 压 与 蓄 电 池 电 压 成 正 比 ? 缺点 当 B— BAT或 者S— BAT之 间线路 断开时, 就检测 不到发 电机电 压,使 发电机 电压失 控 第七节 其他类型交流发电机 ? 交流发电机类型 ? 按总体结构分 (1)普通交流发电机:无特殊装置,无特殊功能特 点,使用时需要配装电压调节器。 (2)整体式交流发电机:发电机和调节器制成一个 整体安装在发电机内部。 (3)带泵的交流发电机:发电机和汽车制动系统用 真空助力泵安装在一起。 (4)无刷交流发电机:不需要电刷。 (5)永磁交流发电机:转子磁极为永磁铁制成 图3.19 交流发电机结构外型 a) JF1522A型交流发电机 b) 捷达JFZ1813型交流发电机 c)JFB1712型交流发电机 图3.23 桑塔纳轿车用整体式外搭铁型11管发电机电路原理图 1-交流发电机 2-电压调节器 3-调节器的传感器 ? 按整流器结构分 (1)6管交流发电机。例JF1522(东风汽车用) (2)8管交流发电机。例JFZ1542(天津夏利汽车用) (3)9管交流发电机。例(日立、三凌、马自达汽车用) (4)11管交流发电机。例JFZ1913Z(奥迪、桑塔纳用) ? 按励磁绕组搭铁型式分 (1)内搭铁型交流发电机。 (2)外搭铁型交流发电机。 注意:交流发电机搭铁型式不 同,所配用的调节器及接线方法不 同,充电系故障检查方法也不同, 使用时应予注意,否则发电机不发 电,调节器不工作。 8管交流发电机 ? 组成:6只组成三相全波桥式整流电路,2只是中性点二极 管,对中性点电压进行全波整流 ? ? ? 加装中性点二极管的交流发电机在结构不变的情况下 可以提高发电机的功率10%~15% 中性点二极管提高发电机功率的原理 中性点电压瞬时值高于三相绕组 的最高值时 中性点电压瞬时值低于三相绕组 的最低值时 中性点参与了对外输出,所以能 提高输出功率 ? ? ? ? 组成 6只大功率整流二极管:三相全波桥式整流电路,对外 负载供电 ? 3只小功率励磁二极管:与三只大功率负极管也组成三 相全波桥式整流电路专门为发电机磁场供电; ? 充电指示灯 图 LR160-708型9管交流发电机电路图 1-点火开关 2-主继电器 3-熔丝 4-充电指示灯 日立LR160-708型整体式外搭铁型9管交流发电机电路图 ? ? 组成 8只大功率整流二极管(其中2只中性点二极管) ? 3只磁场二极管 注意励磁 电路以及 充电电路 (2)充电指示灯电路: 充电指示灯作用 ① 指示发电机是否有故障; ② 警告驾驶员停车后关断点火开关。 (3)充电指示灯的工作原理: ① 当点火开关接通时,发电机未发电,由蓄电池供给磁 场电流。此时充电指示灯亮,表示蓄电池放电,发电机他励。 ② 当发动机启动后,转速升高到怠速及其以上时,发电 机应能正常发电并对外输出,此时,磁场电流由发电机供给, 发电机自励发电。若没有熄灭,说明发电机不发电或充电指示 灯电路有故障。 ③ 发电机熄火后,由于发电机不再发电,如果没有关断 点火开关,蓄电池会通过磁场电路向励磁绕组放电,充电指 示灯会再次发亮,可提醒驾驶员关断点火开关,避免蓄电池 放电时间过长烧坏励磁绕组和引起蓄电池亏电。 ? ? 结构:没有电刷和集电环 类型 ?爪极式 ?激磁机式 ?永磁式 ? 优点 ?不会因为电刷及滑环的磨损和接触不良造成励磁不 稳定或发电机不发电等故障 ?工作时无火花,减小了无线电干扰。 ? 爪极式无刷交流发电机的结构及工作原理 图3.24 爪极式无刷交流发电机的结构 1-外型 2-后轴承 3-防护罩 4-整流器 5-壳体 6-定子 7-磁轭 8-励磁绕组接头 9-励磁绕组 10-爪极 11-前端盖12-风扇 13-带轮 ? 爪极式无刷交流发电 机的特点 优点:结构简单、 维护方便、工作可靠, 不存在电刷与滑环接 触不良导致的发电不 稳或不发电故障; 缺点:爪极间连 接工艺困难,由于磁 路中间隙加大,发电 机相同输出功率下需 加大励磁电流。 ? 额定电压 交流发电机的电压受电压调节器控制,一般比 较稳定,只是在发动机启动阶段略有变化,正常情况 下,发动机达到怠速转速时,发电机的输出电压应能 达到一个稳定值,这个电压值称为发电机的额定电压 ? 空载转速 交流发电机不带负载,能够达到额定电压时的 初始转速值定为空载转速,空载转速在发电机出厂时 通过试验确定,列入产品说明书。空载转速是汽车设 计时选择发动机和发电机速比的主要依据,也是发电 机使用过程中性能是否下降的评价指标之一。 ? 额定电流和额定转速 交流发电机受结构、转速等条件的限制,对外输 出电流的能力是有限的,为了评价发电机的对外输 出电流能力,把发电机输出最大电流的2/3定为发电 机的额定电流,达到额定电流时的转速定为额定转 速。发电机出厂时,通过试验确定额定转速和额定 电流,并列入产品说明书,发电机的额定转速和额 定电流是评价发电机性能的重要指标。 几种国产交流发电机的主要性能指标 交流发电机型 号 JFZ1913Z JFZ1512Z JFZ2518 JFZ1714 JF13A 额定电压(V) 14 14 28 14 14 空载转速 (r/min) 1050 1050 1150 1000 1000 额定电流(A) 90 55 27 45 25 额定转速 (r/min) 6000 6000 5000 6000 3500 使用车型 桑塔纳、奥 迪 广州标致 切诺基 依维柯 NJ1060 广州本田充电系 1. 简述交流发电机整流原理。 2. 简述交流发电机各部分功用。 3. 8管、9管、11管交流发电机中的整流二极管与6 管交流发电机有什么不同,各个二极管有何作用? 4. 组成发电机整流器的二极管有何特点? 5. 简述电子调节器的工作原理。 6. 充电系的故障有哪些?举例说明诊断方法。 7. 简述交流发电机各种特性的定义和特点。 8. 简述交流发电机为什么不需要电流调节器. 9.简述交流发电机为什么需要电压调节器.

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