第一講第二章交流發(fā)電機(jī)和調(diào)節(jié)器

第一講第二章交流發(fā)電機(jī)和調(diào)節(jié)器第1頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三發(fā)電機(jī)的功能：發(fā)電、整流和調(diào)節(jié)電壓

第2頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三交流發(fā)電機(jī)的功能

(1)發(fā)電

用多槽帶把發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)傳輸?shù)狡л?，轉(zhuǎn)動電磁化的轉(zhuǎn)子，在定子線圈中產(chǎn)生交流電流。(2)整流

因?yàn)槎ㄗ泳€圈中產(chǎn)生的電是交流電，它不能用于車輛上安裝的直流電器裝置，所以利用整流器將交流電變?yōu)橹绷麟姟?3)調(diào)節(jié)電壓

利用調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電壓，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速或負(fù)載發(fā)生變化時也能保持電壓穩(wěn)定。第3頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)交流發(fā)電機(jī)的工作原理發(fā)電原理整流原理勵磁方法第4頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三一、發(fā)電原理第5頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三第6頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三二、整流過程硅二極管具有單向?qū)щ娦浴Ｕ鬟^程實(shí)際上就是將具有單向?qū)щ娦缘墓瓒O管組成各種整流電路，把交流電變成直流電。第7頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三第8頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三三相橋式整流電路第9頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三第10頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三帶中心抽頭的交流發(fā)電機(jī)連接示意圖中心點(diǎn)電壓：UN=U/2第11頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三三、激磁方法激磁的類型：(1)自激：發(fā)電機(jī)利用剩磁自激(2)他激：蓄電池供給激磁繞組電流的方式先他激、后自激。第12頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三九管交流發(fā)電機(jī)的原理圖第13頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三九管交流發(fā)電機(jī)的原理圖第14頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造發(fā)電機(jī)的作用是將來自發(fā)動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。機(jī)械能通過皮帶輪傳給發(fā)電機(jī)。皮帶輪帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動發(fā)出交流電來。然后經(jīng)二極管整流器整流變成直流電。第15頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三交流發(fā)電機(jī)的主要部件一、轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁場二、定子產(chǎn)生交流電三、整流器：交流變直流四、其他：產(chǎn)生磁場而將電流提供給轉(zhuǎn)子的電刷和滑環(huán)，使轉(zhuǎn)子平滑轉(zhuǎn)動的軸承、冷卻轉(zhuǎn)子、定子及二極管的風(fēng)扇。所有這些部件均裝在前后機(jī)架上。第16頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三交流發(fā)電機(jī)在汽車上的位置第17頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三第18頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三第19頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三一、轉(zhuǎn)子是用來建立磁場的。由兩塊爪極、激磁繞組、軸和滑環(huán)等組成?！癋”（或“磁場”）接線柱和“－”（搭鐵）接線柱。

第20頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三工作原理由低碳鋼制成的兩塊六爪磁極壓裝在轉(zhuǎn)子軸上，其空腔內(nèi)裝有導(dǎo)磁用的鐵心，稱為磁軛。鐵心上繞有勵磁繞組，勵磁繞組的二根引出線分別焊在與軸絕緣的兩個壓裝在軸上的滑環(huán)上?；h(huán)與裝在后端蓋內(nèi)的兩個電刷相接觸，兩個電刷通過引線分別接在兩個螺釘接線柱上。這兩個接線柱即為發(fā)電機(jī)的“F”（磁場）接線柱和“-”（搭鐵）接線柱。當(dāng)這兩個接線柱與直流電源相接時，便有電流流過勵磁繞組，產(chǎn)生磁通，使兩塊爪極被分別磁化為N極和S極，形成犬牙交錯的磁極，產(chǎn)生磁場，當(dāng)發(fā)動機(jī)工作時，可在定子鐵心內(nèi)部形成交變磁場第21頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三轉(zhuǎn)子裝配圖第22頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三二、定子第23頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三定子又叫電樞，是用來產(chǎn)生交流電動勢的。由定子鐵心和定子繞組組成。定子鐵心一般由一組相互絕緣的且內(nèi)圓帶有嵌線槽的圓環(huán)狀硅鋼片疊制而成。嵌線槽內(nèi)嵌入三相對稱的定子繞組。繞組的連接方法星形連接三角連接

在三相繞組中所產(chǎn)生的電動勢應(yīng)是對稱電動勢，即電動勢的大小相等、電位差互差120o電角度。一般采用星形連接，即每相繞組的首端分別與整流器的硅二極管相接，作為交流發(fā)電機(jī)的交流輸出端，每相繞組的尾端接在一起，形成中性點(diǎn)N。

第24頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三三、整流器將定子繞組產(chǎn)生的三相交流電變成直流電輸出；其次，可阻止蓄電池的電流向發(fā)電機(jī)倒流。它一般有六個硅二極管接成三相橋式全波整流電路

。

第25頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)交流發(fā)電機(jī)的特性

一、輸出特性輸出特性是指發(fā)電機(jī)端電壓不變，即U=常數(shù)的情況下，輸出電流與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，即I=f（n）的函數(shù)關(guān)系。

第26頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三交流發(fā)電機(jī)的輸出特性1、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速n1時發(fā)電機(jī)不向外供電2、發(fā)電機(jī)達(dá)到額定功率時的轉(zhuǎn)速定為額定轉(zhuǎn)速n2，額定電流一般定為最大輸出電流的2／3。3、當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時，無論轉(zhuǎn)速增加多少電流都不再增加，即一定結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)輸出最大電流Imax有一定限制第27頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三二、空載特性空載特性是指發(fā)電機(jī)空載時，發(fā)電機(jī)端電壓與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，即I=0時，U=f（n）的函數(shù)關(guān)系。交流發(fā)電機(jī)的空載特性第28頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三三、外特性外特性是指轉(zhuǎn)速一定時，發(fā)電機(jī)的端電壓與輸出電流的關(guān)系，即n=常數(shù)時，U=f（I）的函數(shù)關(guān)系。交流發(fā)電機(jī)的外特性第29頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三外特性在轉(zhuǎn)速變化時，發(fā)電機(jī)端電壓有較大的變化，在轉(zhuǎn)速恒定時，由于輸出電流的變化對端電壓也有很大影響，因此，要使輸出電流穩(wěn)定，必須配用電壓調(diào)節(jié)器。高速時，當(dāng)發(fā)電機(jī)突然失去負(fù)載時，端電壓會急劇升高，這時電氣設(shè)備中的電子元件將有被擊穿的危險第30頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三第四節(jié)交流發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)器

基本原理：Eφ=4.44KfNФK=繞組系數(shù)f=感應(yīng)電動勢的頻率N=每相繞組匝數(shù)Ф=每極磁通

第31頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三功用在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)上的負(fù)載發(fā)生變化時自動控制發(fā)電機(jī)電壓，使其保持恒定，防止發(fā)電機(jī)電壓過高而燒壞用電設(shè)備和導(dǎo)致蓄電池過量充電，同時也防止發(fā)電機(jī)電壓過低而導(dǎo)致用電設(shè)備工作失常和蓄電池充電不足第32頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三一、電磁振動式調(diào)節(jié)器1.雙級電磁振動式調(diào)節(jié)器

第33頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三FT61型雙級式電磁振動調(diào)節(jié)器線路原理圖第34頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三FT61型調(diào)節(jié)器的工原理簡述如下：調(diào)節(jié)器不工作時，低速觸點(diǎn)K1閉合，高速觸點(diǎn)K2處于開啟狀態(tài)。第35頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三發(fā)電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，低速觸點(diǎn)K1是閉合的，發(fā)電機(jī)的供給電壓低于蓄電池電壓。激磁電流由蓄電池供給（他激）。第36頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三磁場電流路徑第37頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升到n1時，發(fā)電機(jī)電壓稍高于第一級調(diào)節(jié)電壓U1時，流經(jīng)電磁鐵線圈的電流產(chǎn)生的吸力克服彈簧拉力使K1打開，激磁電流路徑發(fā)生了變化第38頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三磁場電流路徑第39頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過n2又小于n3時，K1一直打開，R1一直串入激磁回路中，激磁電流和發(fā)電機(jī)端電壓都隨轉(zhuǎn)速的升高而升高，低速觸點(diǎn)失去調(diào)節(jié)作用，活動觸點(diǎn)處于中間位置，稱為失控區(qū)。第40頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高于n3時，磁化線圈XL的吸力使高速觸點(diǎn)K2閉合，將激磁繞組短路，激磁電流減小到零。第41頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三二、晶體管電壓調(diào)節(jié)器

電磁振動式電壓調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量和體積大，火花易燒蝕觸點(diǎn)，壽命低，對無線電干擾大，具有一定的機(jī)械慣性和磁慣性，觸點(diǎn)開閉動作遲緩。晶體管電壓調(diào)節(jié)器以開關(guān)管代替觸點(diǎn)，不但開關(guān)頻率提高，且不會產(chǎn)生火花，調(diào)節(jié)效果好，具有重量輕、體積小、壽命長、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，所以晶體管調(diào)節(jié)器使用愈來愈廣。

第42頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三晶體管調(diào)節(jié)器的基本電路Uab=Uac

UAB電壓反向加在穩(wěn)壓管VS上。R1的阻值是這樣確定的：當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電壓UAC達(dá)到規(guī)定的調(diào)整值時（如桑塔納為13.5～14.5V），UAB電壓正好等于穩(wěn)壓管W的反向擊穿電壓。

第43頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三當(dāng)發(fā)電機(jī)未轉(zhuǎn)動時，接通點(diǎn)火開關(guān)K，蓄電池加在R1兩端的電壓小于穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓，DW處于截止?fàn)顟B(tài)，T1基極無電流也處于截止?fàn)顟B(tài)，T2導(dǎo)通，產(chǎn)生激磁電流第44頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三起動發(fā)動機(jī)后隨著轉(zhuǎn)速的升高，發(fā)電機(jī)端電壓迅速上升。當(dāng)R1上的檢測電壓UAC達(dá)到穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓，DW導(dǎo)通，隨即T1導(dǎo)通，T2截止，激磁電流降至零，使電壓急劇下降，當(dāng)下降到低于調(diào)整值時，DW又恢復(fù)到截止?fàn)顟B(tài)，T1截止，T2導(dǎo)通，如此反復(fù)。

第45頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三三、集成電路調(diào)節(jié)器1967年美國通用汽車公司把集成電路調(diào)節(jié)器作為一個部件，裝在交流發(fā)電機(jī)上。汽車上采用的集成電路調(diào)節(jié)器，通常是并用半導(dǎo)體技術(shù)和薄膜（或厚膜）技術(shù)的混合集成電路。集成電路調(diào)節(jié)器有如下優(yōu)點(diǎn)：①由于它是用樹脂封裝的，能防潮及泥土、油污等濺污，并在130℃的高溫環(huán)境正常工作。②由于內(nèi)部無可移動零件，能承受較大的振動和沖擊。③體積小、重量輕，可以作為一個標(biāo)準(zhǔn)件裝到發(fā)電機(jī)上。④電壓調(diào)節(jié)精度高，在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)電壓變化不大于0.1V，這對汽車上其他電子（特別是ECU）設(shè)備很重要。⑤能通過較大的激磁電流（可達(dá)6A以上）。⑥使用壽命長，一般能達(dá)16萬km以上。

第46頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三汽車用交流發(fā)電機(jī)實(shí)例奧迪、紅旗第47頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三夏利第48頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三第五節(jié)交流發(fā)電機(jī)充電系的過電壓保護(hù)裝置

一、過電壓的產(chǎn)生從過電壓的性質(zhì)來分，可分為瞬變性和非瞬變性過電壓兩種。1.非瞬變性過電壓非瞬變性過電壓，主要是由于發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器失靈，或其他故障引起發(fā)電機(jī)激磁電流未經(jīng)過調(diào)節(jié)器，使發(fā)電機(jī)電壓升高到不正常值。2.瞬變性過電壓瞬變性過電壓有以下幾種情況：第49頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三（1）拋負(fù)載瞬變

拋負(fù)載瞬變即交流發(fā)電機(jī)正在向蓄電池充電過程中與蓄電池連接導(dǎo)線突然脫開，或者在沒有蓄電池的情況下，突然斷開其他負(fù)載。

（2）磁場衰減瞬變

磁場衰減瞬變即交流發(fā)電機(jī)的激磁繞組，由于點(diǎn)火開關(guān)（或電源開關(guān)）轉(zhuǎn)到斷開位置而與蓄電池突然中斷時，就會產(chǎn)生按指數(shù)衰減的負(fù)脈沖電壓。

（3）點(diǎn)火系瞬變

（4）切換電感性負(fù)載瞬變

在汽車運(yùn)行中，切換一個電感性輔助電器（電喇叭、刮水器、電風(fēng)扇、螺線管繼電器等），都會產(chǎn)生自感引起的瞬變過電壓。第50頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三二、過電壓的保護(hù)從理論講，防止過電壓有兩種可能的方案：一、提高電子設(shè)備的定額。這種方法不增加系統(tǒng)中的電氣元件，但很不經(jīng)濟(jì)。二、增加過電壓保護(hù)裝置。

過電壓保護(hù)裝置吸收電系中可能產(chǎn)生的各種瞬變性過電壓電能，保護(hù)電子設(shè)備中各電子元件正常工作。第51頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三1.穩(wěn)壓管保護(hù)電路穩(wěn)壓管加繼電器的浪涌保護(hù)裝置正常情況下浪涌保護(hù)裝置是不導(dǎo)通的，當(dāng)出現(xiàn)瞬時高壓時，穩(wěn)壓管DW導(dǎo)通，電壓只能升到DW的擊穿電壓。浪涌電壓的能量通過DW搭鐵消耗后，DW又恢復(fù)不導(dǎo)通狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)：1.反應(yīng)迅速2.無功率消耗3.線路簡單、工作可靠第52頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三2.可控硅過壓保護(hù)電路波許自動復(fù)位可控硅過壓保護(hù)電路圖當(dāng)電壓高到足以擊穿穩(wěn)壓管DW2時T3導(dǎo)通觸發(fā)可控硅SCR繼電器通過電流觸點(diǎn)閉合其作用有2：1是峰值電流通繼電器；2是短路SCR，及時使電路恢復(fù)正常第53頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三國產(chǎn)發(fā)電機(jī)規(guī)格發(fā)電機(jī)型號額定數(shù)據(jù)空載轉(zhuǎn)速(r/min)滿載轉(zhuǎn)速(r/min)功率/W