交流發(fā)電機工作原理

1、 交流發(fā)電機工作原理 2.1發(fā)電原理 2.2整流原理 2.3 交流發(fā)電機的勵磁 2.1 2.1交流發(fā)電機發(fā)電原理交流發(fā)電機發(fā)電原理 如圖1所示，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。 圖圖 1 交流發(fā)電機發(fā)電原理示意圖交流發(fā)電機發(fā)電原理示意圖1定子鐵心定子鐵心 2定子繞組定子繞組 3轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 4勵磁繞組勵磁繞組 5整流二極管整流二極管 6電刷電刷 2 2. .1 1交流發(fā)電機發(fā)電原理交流發(fā)電機發(fā)電原理 交流發(fā)電機產(chǎn)生交流電的基本原理是電磁感應原理,具體地說交流發(fā)電機是利用產(chǎn)生磁場的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使穿過定子繞組的磁通量發(fā)生變化,在定子繞組內(nèi)

2、產(chǎn)生交流感應電動勢。 當勵磁繞組有電流通過時，勵磁繞組便產(chǎn)生磁場，轉(zhuǎn)子軸上的兩個爪極分別被磁化為n極和s極。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，磁極交替地在定子鐵心中穿過，形成一個旋轉(zhuǎn)的磁場，磁力線和定子繞組之間產(chǎn)生相對運動，在三相繞組中產(chǎn)生交流感應電動勢 2 2. .1 1交流發(fā)電機發(fā)電原理交流發(fā)電機發(fā)電原理1. 交流電動勢的變化頻率f和轉(zhuǎn)速、磁極對數(shù)成正比 式中 p磁極對數(shù) n發(fā)電機轉(zhuǎn)速(r/min) 在交流發(fā)電機中，由于轉(zhuǎn)子磁極呈鳥嘴形，其磁場的分布近似正弦規(guī)律，所以交流電動勢的波形也近似正弦規(guī)律，如果發(fā)電機定子的三相繞組是對稱繞制的則產(chǎn)生的三相電動勢也是對稱的。 60/pnf 2 2. .1 1交流發(fā)電機發(fā)

3、電原理交流發(fā)電機發(fā)電原理2. 三相交流發(fā)電機的感應電動勢瞬時值表達式： 式中 每相電動勢的最大值 每相電動勢的有效值 電角速度 )34tsin(2)34tsin()32tsin(2)32tsin(tsin2tsineeeeeeeeemwmvmumee 2 2. .1 1交流發(fā)電機發(fā)電原理交流發(fā)電機發(fā)電原理 定子每相電動勢的有效值的表示 式中 -繞組系數(shù)(和發(fā)電機定子繞組的繞線方式有關 ) -每相繞組的匝數(shù)（單位：匝） 頻率（單位：hz） -每極磁通（單位：wb） -電機結構常數(shù)（ ） -稱為相電動勢。 由此可見，當交流發(fā)電機結構一定時（結構常數(shù) 不變），相電動勢 和發(fā)電機轉(zhuǎn)速、磁通成正比。 n

4、ckfnee44. 4knfece60/44. 4knpce60/pnf ece 2 2. .2 2 交流發(fā)電機整流原理交流發(fā)電機整流原理 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 12a所示。圖 12 交流發(fā)電機整流原理a) 整流電路圖 b) 三相繞組電壓波形圖 c) 整流后發(fā)電機輸出波形圖 2 2. .2 2 交流發(fā)電機整流原理交流發(fā)電機整流原理 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。將定子的三相繞組和6只整流二極管按圖 12a的電路連接，發(fā)電機的輸出端b、e

5、上就輸出一個脈動直流電壓，如圖 12c所示，這就是發(fā)電機的整流原理。 2 2. .2 2 交流發(fā)電機整流原理交流發(fā)電機整流原理1整流原理:（1）二極管的導通原則 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。 圖 13整流二極管導通分析0-t1t1-t2t2-t3 2 2. .2 2 交流發(fā)電機整流原理交流發(fā)電機整流原理（2）整流過程的分析 同時導通的二極管管子總是兩個，正、負管子各一個。 三相橋式整流電路中二極管的依次循環(huán)導通,使得負載rl兩端得到一個比較平穩(wěn)的脈動直流電壓,如圖 12(c)所示。 2 2. .2 2 交流發(fā)

6、電機整流原理交流發(fā)電機整流原理l2中性點電壓l 在定子繞組為星形連接時，三相繞組的公共結點稱為中性點。從三相繞組的中性點引一根導線到發(fā)電機外，標記為“n”?！皀”點電壓稱為中性點電壓。 2 2. .2 2 交流發(fā)電機整流原理交流發(fā)電機整流原理 2benuu中性點電壓的瞬時值是一個三次諧波電壓,如圖 15所示，平均值為發(fā)電機輸出電壓（平均值）的一半，即：帶有中性點接線柱的發(fā)電機，可用中性點電壓來控制各種用途的繼電器工作。圖 15 交流發(fā)電機中性點電壓波形圖 八管整流電路原理八管整流電路原理l中性點電壓瞬間時值高于輸出電壓平均值（14v）時：中性點正極管導通對外輸出電流。l電流回路為：中性點 中性

7、點正極管 負載 某一負極管 電子繞組 中性點八管整流電路八管整流電路 八管整流電路原理八管整流電路原理l中性點電壓瞬間時值低于搭鐵電壓時：中性點負極管導通對外輸出電流。l電流回路為：中性點 定子繞組 某一正極管 負載 中性點負極管 中性點八管整流電路八管整流電路 中性點的作用中性點的作用 實際上，對有些交流發(fā)電機(如桑塔納、奧迪等轎車)來說，在三相繞組的中性點處接上兩只中性點二極管(功率二極管)，并通過兩只中性點二極管與橋式整流器的正、負輸出端相連。此種作法，當發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)時，可有效地利用中性點電壓來增加發(fā)電機的輸出功率。實踐證明，在交流發(fā)電機上采用中性點二極管實踐證明，在交流發(fā)電機上采用中

8、性點二極管后，輸出功率可增加后，輸出功率可增加10101515 2 2. .3 3交流發(fā)電機的勵磁交流發(fā)電機的勵磁 除了永磁式交流發(fā)電機不需要勵磁以外，其他形式的交流發(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。 2 2. .3 3交流發(fā)電機的勵磁交流發(fā)電機的勵磁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。 2 2. .3 3交

9、流發(fā)電機的勵磁交流發(fā)電機的勵磁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ub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。 2 2. .3 3交流發(fā)電機的勵磁交流發(fā)電機的勵磁 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12v以便對蓄電池充電，此時，由發(fā)電機自勵發(fā)電。 不同汽車的勵磁電路各不相同，但有一個共同特點是，勵磁電路都必須由點火開關控制。交流發(fā)電機的勵磁電路如圖 1

10、7、 18所示。 2 2. .3 3交流發(fā)電機的勵磁交流發(fā)電機的勵磁 圖 17 6管內(nèi)搭鐵型交流發(fā)電機的勵磁 2 2. .3 3交流發(fā)電機的勵磁交流發(fā)電機的勵磁 圖 18 11管外搭鐵型交流發(fā)電機的勵磁 3 3常見交流發(fā)電機的結構常見交流發(fā)電機的結構 1交流發(fā)電機的分類 2常見發(fā)電機的結構型式 3交流發(fā)電機的型號 4交流發(fā)電機的性能指標 1 1交流發(fā)電機的分類交流發(fā)電機的分類1.按總體結構分 （1）普通交流發(fā)電機。這種發(fā)電機即無特殊裝置，也無特殊功能特點，使用時需要配裝電壓調(diào)節(jié)器。 （2）整體式交流發(fā)電機，發(fā)電機和調(diào)節(jié)器制成一個整體的發(fā)電機。 （3）帶泵的交流發(fā)電機。發(fā)電機和汽車制動系統(tǒng)用真空

11、助力泵安裝在一起的發(fā)電機。 （4）無刷交流發(fā)電機，不需要電刷的發(fā)電機。 （5）永磁交流發(fā)電機，轉(zhuǎn)子磁極為永磁鐵制成的發(fā)電機。 1 1交流發(fā)電機的分類交流發(fā)電機的分類 圖 19 交流發(fā)電機結構外型a) jf1522a型交流發(fā)電機 b) 捷達jfz1813型交流發(fā)電機 c）jfb1712型交流發(fā)電機 1 1交流發(fā)電機的分類交流發(fā)電機的分類2.按整流器結構分（1）6管交流發(fā)電機。（2）8管交流發(fā)電機。（3）9管交流發(fā)電機。（4）11管交流發(fā)電機。 按勵磁繞組搭鐵型式分（1）內(nèi)搭鐵型交流發(fā)電機。（2）外搭鐵型交流發(fā)電機。 注意：注意：交流發(fā)電機搭鐵型式不交流發(fā)電機搭鐵型式不同，所配用的調(diào)節(jié)器及接線方法

12、不同，所配用的調(diào)節(jié)器及接線方法不同，充電系故障檢查方法也不同，同，充電系故障檢查方法也不同，使用時應予注意，否則發(fā)電機不發(fā)使用時應予注意，否則發(fā)電機不發(fā)電，調(diào)節(jié)器不工作。電，調(diào)節(jié)器不工作。 1 1交流發(fā)電機的分類交流發(fā)電機的分類 圖 20 奧迪11管整交流發(fā)電機的整流器結構形狀 圖 21本田雅閣8管交流發(fā)電機的整流器結構形狀 2 2常見發(fā)電機的結構型式常見發(fā)電機的結構型式19管交流發(fā)電機 （1）9管交流發(fā)電機結構特點： 9管交流發(fā)電機的基本結構和6管交流發(fā)電機相同，所不同的是整流器，9管交流發(fā)電機的整流器是由6只大功率硅整流二極管和3只小功率勵磁二極管組成。 2 2常見發(fā)電機的結構型式常見發(fā)電

13、機的結構型式圖 22所示為日立公司生產(chǎn)的lr160-708型整體式外搭鐵型9管交流發(fā)電機電路圖。 圖 22 lr160-708型9管交流發(fā)電機電路圖1點火開關 2主繼電器 3熔絲 4充電指示燈 2 2常見發(fā)電機的結構型式常見發(fā)電機的結構型式（2）充電指示燈電路： lr160-708型9管交流發(fā)電機的勵磁電路還有一個功能，就是控制充電指示燈電路，在圖 22所示電路中，有一充電指示燈，其作用是： 指示發(fā)電機是否有故障； 警告駕駛員停車后關斷點火開關。 2 2常見發(fā)電機的結構型式常見發(fā)電機的結構型式（3）充電指示燈的工作原理： 當點火開關接通時，發(fā)電機未發(fā)電，由蓄電池供給磁場電流。此時充電指示燈亮，

14、表示蓄電池放電，發(fā)電機他勵。 當發(fā)動機啟動后，轉(zhuǎn)速升高到怠速及其以上時，發(fā)電機應能正常發(fā)電并對外輸出，此時，磁場電流由發(fā)電機供給，發(fā)電機自勵發(fā)電。若沒有熄滅,說明發(fā)電機不發(fā)電或充電指示燈電路有故障。 發(fā)電機熄火后，由于發(fā)電機不再發(fā)電，如果沒有關斷點火開關，蓄電池會通過磁場電路向勵磁繞組放電，充電指示燈會再次發(fā)亮，可提醒駕駛員關斷點火開關，避免蓄電池放電時間過長燒壞勵磁繞組和引起蓄電池虧電。 2 2常見發(fā)電機的結構型式常見發(fā)電機的結構型式211管交流發(fā)電機（兼顧整流二極管、磁場二極管、中性點二極管的特點與功能） （1）11管交流發(fā)電機整流器的結構特點： 11管交流發(fā)電機的整流器由8只大功率硅整流

15、二極管和3只小功率磁場二極管組成，8只整流管（其中6只接三相繞組,2只接中性點）組成全波橋式整流電路對外負載輸出，3只小功率磁場二極管與3只大功率負極管也組成三相全波橋式整流電路，為發(fā)電機磁場供電和控制充電指示燈電路。 2 2常見發(fā)電機的結構型式常見發(fā)電機的結構型式 2 2常見發(fā)電機的結構型式常見發(fā)電機的結構型式（2）調(diào)節(jié)器的特點 桑塔納發(fā)電機為整體式外搭鐵型交流發(fā)電機，采用集成電路調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器和電刷架制成一個整體安裝在發(fā)電機內(nèi)部，稱為整體式發(fā)電機。外搭鐵型是指發(fā)電機磁場的負電刷通過調(diào)節(jié)器后再搭鐵。 桑塔納發(fā)電機的外部有兩個接線柱，分別為火線接線柱b和磁場接線柱d+，火線接線柱b向全車供電，

16、磁場接線柱d+的作用是由蓄電池向勵磁繞組提供勵磁電流使發(fā)電機發(fā)電，并且控制充電指示燈電路。 11管交流發(fā)電機目前汽車上應用較多，因為它具有中性點二極管可提高發(fā)電機功率，又有勵磁二極管可控制充電指示燈電路。 去掉11管交流發(fā)電機中的3只勵磁二極管，就變成了8管交流發(fā)電機。8管交流發(fā)電機的充電指示燈電路由調(diào)節(jié)器直接控制。 2 2常見發(fā)電機的結構型式常見發(fā)電機的結構型式 無刷交流發(fā)電機 由于沒有電刷和滑環(huán)，所以不會因為電刷及滑環(huán)的磨損和接觸不良造成勵磁不穩(wěn)定或發(fā)電機不發(fā)電等故障；同時工作時無火花，也減小了無線電干擾。 無刷交流發(fā)電機分為爪極式、激磁機式和永磁式三種。 （1）爪極式無刷交流發(fā)電機的結構

17、及工作原理 如圖 24所示，爪極式無刷交流發(fā)電機勵磁繞組是靜止的，它通過一個磁軛托架固定在后端蓋上,所以，不再需要電刷。 兩個爪極中，只有一個爪極直接固定在電機轉(zhuǎn)子軸上，另一爪極則用非導磁焊接在前一爪極上。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，一個爪極就帶動另一爪極一起在定子內(nèi)轉(zhuǎn)動, 當勵磁繞組中有直流電通過時，爪極被磁化, ,就形成了旋轉(zhuǎn)磁場。磁路如圖 25箭頭所示 2 2常見發(fā)電機的結構型式常見發(fā)電機的結構型式 圖 24 爪極式無刷交流發(fā)電機的結構1外型 2后軸承 3防護罩 4整流器 5殼體 6定子 7磁軛 8勵磁繞組接頭 9勵磁繞組 10爪極 11前端蓋12風扇 13帶輪 2 2常見發(fā)電機的結構型式常見發(fā)電機的

18、結構型式（2）爪極式無刷交流發(fā)電機的特點 爪極式無刷交流發(fā)電機的優(yōu)點是：結構簡單、維護方便、工作可靠，不存在電刷與滑環(huán)接觸不良導致的發(fā)電不穩(wěn)或不發(fā)電故障； 缺點是爪極間連接工藝困難，由于磁路中間隙加大，發(fā)電機相同輸出功率下需加大勵磁電流。 2 2常見發(fā)電機的結構型式常見發(fā)電機的結構型式 圖 25 爪極式無刷交流發(fā)電機的結構原理與磁路1轉(zhuǎn)子軸 2磁軛托架 3端蓋 4爪極 5定子鐵心 6非導磁聯(lián)結環(huán) 7勵磁繞組 8轉(zhuǎn)子磁軛 3 3 交流發(fā)電機的型號交流發(fā)電機的型號 汽車交流發(fā)電機型號由產(chǎn)品代號、電壓等級代號、電流等級代號、設計序號、變型代號五部分組成，如圖所示。 圖 交流發(fā)電機型號j(交) f(發(fā)

19、) z(整) b(泵) w(無)6v24v12v等級等級654321等級號等級號等級號等級號123456789等級等級小于1920-2930-3940-4950-5960-6970-7980-89大于90 4 4 交流發(fā)電機的性能指標交流發(fā)電機的性能指標1額定電壓 交流發(fā)電機的電壓受電壓調(diào)節(jié)器控制，一般比較穩(wěn)定，只是在發(fā)動機啟動階段略有變化，正常情況下，發(fā)動機達到怠速轉(zhuǎn)速時，發(fā)電機的輸出電壓應能達到一個穩(wěn)定值，這個電壓值稱為發(fā)電機的額定電壓（12v系統(tǒng)的發(fā)電機額定電壓為14v，24v系統(tǒng)的發(fā)電機額定電壓為28v）。 4 4 交流發(fā)電機的性能指標交流發(fā)電機的性能指標2空載轉(zhuǎn)速 交流發(fā)電機不帶負載

20、，能夠達到額定電壓時的初始轉(zhuǎn)速值定為空載轉(zhuǎn)速，空載轉(zhuǎn)速在發(fā)電機出廠時通過試驗確定，列入產(chǎn)品說明書。空載轉(zhuǎn)速是汽車設計時選擇發(fā)動機和發(fā)電機速比的主要依據(jù)，也是發(fā)電機使用過程中性能是否下降的評價指標之一。 4 4 交流發(fā)電機的性能指標交流發(fā)電機的性能指標 額定電流和額定轉(zhuǎn)速 交流發(fā)電機受結構、轉(zhuǎn)速等條件的限制，對外輸出電流的能力是有限的，為了評價發(fā)電機的對外輸出電流能力，把發(fā)電機輸出最大電流的2/3定為發(fā)電機的額定電流，達到額定電流時的轉(zhuǎn)速定為額定轉(zhuǎn)速。發(fā)電機出廠時，通過試驗確定額定轉(zhuǎn)速和額定電流，并列入產(chǎn)品說明書，發(fā)電機的額定轉(zhuǎn)速和額定電流是評價發(fā)電機性能的重要指標 4 4 交流發(fā)電機的性能指標

21、交流發(fā)電機的性能指標 幾種國產(chǎn)交流發(fā)電機的主要性能指標交流發(fā)電機型號額定電壓(v)空載轉(zhuǎn)速 (r/min)額定電流(a)額定轉(zhuǎn)速(r/min)使用車型jfz1913z141050906000桑塔納、奧迪jfz1512z141050556000廣州標致jfz2518281150275000切諾基jfz1714141000456000依維柯jf13a141000253500nj1060 4 4 交流發(fā)電機的故障檢測交流發(fā)電機的故障檢測 汽車交流發(fā)電機當發(fā)現(xiàn)發(fā)電機不發(fā)電或發(fā)電量不足等故障時，應首先判斷故障發(fā)生在外電路還是發(fā)電機內(nèi)部，若初步確定故障在發(fā)電機內(nèi)部，就應將交流發(fā)電機從車上拆下來，對其進行檢

22、測、修理。 應先對交流發(fā)電機進行整機測試。目的是為了判定交流發(fā)電機有無故障和故障發(fā)生在哪個部位，以便有的放矢地修理。 整機測試包括：測量各接線柱之間的電阻、在萬能試驗臺上進行空載電壓和負載電流的試驗、用示波器觀察發(fā)電機輸出波形。 4.1 4.1 交流發(fā)電機的整機測試交流發(fā)電機的整機測試1.測量各接線柱之間的電阻 （1）測量發(fā)電機的輸出端子b+和搭鐵端e之間的阻值（殼體或搭鐵接線柱）。 通過測量可以判斷交流發(fā)電機整流器是否有故障，如有故障應將發(fā)電機解體進一步檢測。 （2）測量發(fā)電機正電刷f接線柱和負電刷e之間的阻值 通過測量各接線柱之間的阻值，不能確定交流發(fā)電機是否有無故障時，應進行試驗臺試驗。

23、 4.1 4.1 交流發(fā)電機的整機測試交流發(fā)電機的整機測試 圖 27各接線柱之間電阻的測量 4.1 4.1 交流發(fā)電機的整機測試交流發(fā)電機的整機測試2試驗臺試驗（1）空載試驗 空載試驗是在交流發(fā)電機不帶任何負載（不對外輸出電流）情況下的一種試驗?？蛰d試驗的目的是：初步測定發(fā)電機是否有故障。（2）負載試驗 負載試驗就是在交流發(fā)電機帶有負載（對外輸出電流）情況下的一種試驗。負載試驗的目的是：進一步測定發(fā)電機是否有故障。 交流發(fā)電機的有些故障，在沒有電流輸出的情況下是表現(xiàn)不出來的，所以如果交流發(fā)電機空載試驗正常情況下，應再作負載試驗。 4.1 4.1 交流發(fā)電機的整機測試交流發(fā)電機的整機測試 用示波

24、器觀察輸出電壓波形（有條件的情況下） 當交流發(fā)電機有故障時，其輸出電壓的波形將出現(xiàn)異常，因此，在有條件的情況下，可用示波器觀察發(fā)電機的輸出電壓波形，根據(jù)輸出電壓波形可以判斷交流發(fā)電機內(nèi)部故障是整流器故障還是定子繞組故障。 4.1 4.1 交流發(fā)電機的整機測試交流發(fā)電機的整機測試 圖 29交流發(fā)電機各種故障時的電壓波形 4.2 4.2 零部件的檢修零部件的檢修1轉(zhuǎn)子的檢修 (1) 勵磁繞組的檢修 用萬用表測量勵磁繞組的電阻，應符合標準。 每個滑環(huán)與轉(zhuǎn)子軸之間的阻值都應該是無窮大。 圖 30 勵磁繞組短路、斷路的檢測圖 31 勵磁繞組搭鐵的檢測 4.2 4.2 零部件的檢修零部件的檢修(2)轉(zhuǎn)子軸和滑環(huán)的檢修 轉(zhuǎn)子軸的彎曲會造成轉(zhuǎn)子與定子之間間隙過小而摩擦或碰撞，如發(fā)現(xiàn)發(fā)電機運轉(zhuǎn)時阻力過大或有異響，應檢查轉(zhuǎn)子軸是否有彎曲