汽車電工與電子技術(shù) 課件 項目4 汽車發(fā)電機(jī)與電動機(jī)

項目四汽車發(fā)電機(jī)與電動機(jī)一、交流發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及類型1、交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)何為交流發(fā)電機(jī)？交流發(fā)電機(jī)是用二極管整流，輸出為直流的發(fā)電機(jī)。功用：當(dāng)發(fā)動機(jī)在怠速以上轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時，除向起動機(jī)以外的用電系統(tǒng)供電，同時還向蓄電池充電。組成：主要由轉(zhuǎn)子總成、定子總成、整流裝置、電刷、前/后端蓋、風(fēng)扇、皮帶輪等組成。交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)分以下幾部分:轉(zhuǎn)子定子端蓋整流器電刷組件帶輪風(fēng)扇（1）轉(zhuǎn)子總成①功能：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)變化的磁場。②組成：鐵芯、勵磁繞組、轉(zhuǎn)子軸、爪極、滑環(huán)。③爪極的形狀（鳥嘴形）：使磁場按正弦規(guī)律分布。④滑環(huán)：滑環(huán)與軸之間保持絕緣。轉(zhuǎn)子——產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)變化的磁場（2）定子總成①功能：產(chǎn)生三相交流電。②組成：鐵芯、三相對稱繞組（大多采用星形接法）。為使三相繞組產(chǎn)生大小相等、相伴相差1200的電動勢，三相繞組的繞法需遵循以下原則：每相繞組的線圈個數(shù)、每個線圈的節(jié)距和匝數(shù),必須完全相等；三相繞組的起端A、B、C在定子槽內(nèi)的排列必須間隙1200角度。定子三相繞組有兩種接法

1）星形接法2）三角形接法（3）整流裝置①功能：將定子繞組產(chǎn)生的三相交流電變換為直流電。②組成：六只硅二極管（或8只、11只）、兩個元件板。③特點(diǎn)：a、三只正二極管（紅色）安裝在元件板上，其元件板構(gòu)成發(fā)電機(jī)的輸出極（正極），即發(fā)電機(jī)的火線接線柱，標(biāo)以“B”、“＋”或“A”。b、三只負(fù)二極管（黑色）安裝在元件板上，其元件板構(gòu)成發(fā)電機(jī)的負(fù)極，即發(fā)電機(jī)的搭鐵接線柱，標(biāo)以“－”或“E”。將正極管安裝在一塊鋁制散熱板上，稱為正整流板；將負(fù)極管安裝另一塊鋁制散熱板上，稱為負(fù)整流板，也可用發(fā)電機(jī)后蓋代替負(fù)整流板，兩塊板絕緣地安置在一起，它與后端蓋用尼龍或其他絕緣材料制成的墊片隔開且固定在后端蓋上。（4）前/后端蓋、電刷組件、風(fēng)扇及皮帶輪前、后端蓋上均有軸承座孔，用于安裝轉(zhuǎn)子軸承以支撐轉(zhuǎn)子。兩端蓋分別有掛腳，利用掛腳和調(diào)整臂將發(fā)電機(jī)安裝固定在發(fā)動機(jī)上，改變調(diào)整臂的固定位置可以調(diào)整傳動皮帶的松緊程度。前后端蓋用鋁合金材料制成，鋁合金是非導(dǎo)磁材料，它既可以防止漏磁，又具有良好的導(dǎo)熱性能，有利于散熱。電刷材料為石墨，電刷與電刷架的結(jié)構(gòu)有內(nèi)裝式和外裝式：風(fēng)扇及皮帶輪：依靠風(fēng)扇散熱，皮帶輪驅(qū)動

外裝式內(nèi)裝式2、交流發(fā)電機(jī)的分類（1）按磁場繞組搭鐵方式分類

①內(nèi)搭鐵型交流發(fā)電機(jī)：磁場繞組的一端（負(fù)極）直接搭（和殼體相聯(lián)）②外搭鐵型交流發(fā)電機(jī)：磁場繞組的一端（負(fù)極）接入調(diào)節(jié)器，通過調(diào)節(jié)器后再搭鐵。（2）按結(jié)構(gòu)分類①普通交流發(fā)電機(jī)

(外裝電壓調(diào)節(jié)器的發(fā)電機(jī))②整體式交流發(fā)電機(jī)

(發(fā)電機(jī)和調(diào)節(jié)器制成一個整體的發(fā)電機(jī))③帶泵交流發(fā)電機(jī)

(和汽車制動系統(tǒng)用真空助力泵安裝在一起的發(fā)電機(jī))④無刷交流發(fā)電機(jī)

(不需要電刷的發(fā)電機(jī))⑤永磁交流發(fā)電機(jī)(轉(zhuǎn)子磁極采用永磁材料制成的發(fā)電機(jī))①②③④（3）按整流器結(jié)構(gòu)分類①6管交流發(fā)電機(jī)

②8管交流發(fā)電機(jī)③9管交流發(fā)電機(jī)④11管交流發(fā)電機(jī)

根據(jù)中華人民共和國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T73-93《汽車電器設(shè)備產(chǎn)品型號編制方法》的規(guī)定，汽車交流發(fā)電機(jī)型號組成如下：3、交流發(fā)電機(jī)的型號例：奧迪100轎車JFZ1913Z型代表？第一部分為產(chǎn)品代號。JF-普通交流發(fā)電機(jī)、JFZ-整體式交流發(fā)電機(jī)、JFB-帶泵交流發(fā)電機(jī)、JFW-無刷交流發(fā)電機(jī)。第二部分為分類代號，即電壓等級代號，用一位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，1—12V；2—24V；6—6V。

第三部分為電流等級代號，用一位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，見表3—1。第四部分為設(shè)計序號，按產(chǎn)品設(shè)計先后順序，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。第五部分為變型代號，交流發(fā)電機(jī)以調(diào)整臂的位置作為變形代號。從驅(qū)動端看，Y-右邊，Z-左邊，無字母表示在中間位置。桑塔納、奧迪100型轎車用JFZ1913Z型交流發(fā)電機(jī)是電壓等級為12V，輸出電流等級為≧90A，第13次設(shè)計，調(diào)整臂在左邊的整體交流發(fā)電機(jī)。二、交流發(fā)電機(jī)的工作原理及特性1、交流發(fā)電機(jī)的工作原理發(fā)電原理★交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生交流電的基本原理是電磁感應(yīng)原理：◆發(fā)動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)；電刷給轉(zhuǎn)子通電（有刷通過電刷,無刷直接通電）產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)變化的磁場。◆定子繞組與磁力線有相對的切割運(yùn)動，定子繞組發(fā)生電磁感應(yīng)產(chǎn)生交流電?！粢驗槎ㄗ尤嗬@組對稱繞制，從而產(chǎn)生頻率相同、幅值相等、相位相差120度的對稱三相電動勢。三相交流電表達(dá)式式中Em－每相電動勢的最大值

Eф－每相電動勢的有效值

w－電角速度（w＝2πf）2、交流發(fā)電機(jī)的工作原理整流原理★整流裝置——利用硅二極管的單向?qū)щ娦?，將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的裝置。正二極管導(dǎo)通原則：某一瞬間正極電位最高者優(yōu)先導(dǎo)通負(fù)二極管導(dǎo)通原則：某一瞬間負(fù)極電位最低者優(yōu)先導(dǎo)通整流過程分析◆8管交流發(fā)電機(jī)的工作原理所加兩管在發(fā)電機(jī)高速時，可提高發(fā)電機(jī)的輸出功率15％左右。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接線柱“N”，其中性點(diǎn)電壓

UN≈1/2U

（U為發(fā)電機(jī)輸出電壓）◆9管交流發(fā)電機(jī)的工作原理加裝的三個二極管專門用來在自勵時供給勵磁繞組電流，這三個二極管還可以控制充電指示燈（省去充電指示燈繼電器）。

a、作用：既指示發(fā)電機(jī)及調(diào)節(jié)器的工作情況，又可以在停車后提醒駕駛員及時關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，避免浪費(fèi)蓄電池電能。

b、狀態(tài)：勵磁繞組他勵，充電指示燈亮；勵磁繞組自勵，充電指示燈滅。◆11管交流發(fā)電機(jī)的工作原理3、交流發(fā)電機(jī)的工作原理勵磁方式★勵磁方式：

（1）先他勵：迅速建立磁場，便于低速充電。（2）后自勵

機(jī)械式內(nèi)搭鐵外搭鐵整體式本次結(jié)束1

直流電機(jī)的構(gòu)造

直流電動機(jī)雖然比三相交流異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修也不便，但由于它的調(diào)速性能較好和起動轉(zhuǎn)矩較大，因此，對調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機(jī)械或者需要較大起動轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械往往采用直流電動機(jī)驅(qū)動。直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：(1)調(diào)速性能好,調(diào)速范圍廣,易于平滑調(diào)節(jié)。(2)起動、制動轉(zhuǎn)矩大,易于快速起動、停車。(3)易于控制。應(yīng)用:1)軋鋼機(jī)、電氣機(jī)車、中大型龍門刨床、礦山豎井提升機(jī)以及起重設(shè)備等調(diào)速范圍大的大型設(shè)備。2)用蓄電池做電源的地方，如汽車、拖拉機(jī)等。NS···S極掌極心勵磁繞組機(jī)座轉(zhuǎn)子直流電動機(jī)的磁極和磁路

直流電機(jī)由定子(磁極)、轉(zhuǎn)子(電樞)和機(jī)座等部分構(gòu)成。2.轉(zhuǎn)子(電樞)

由鐵芯、繞組（線圈）、換向器組成。1.磁極永磁式:

由永久磁鐵做成。勵磁式:

磁極上繞線圈，線圈中通過直流電，

形成電磁鐵。勵磁:

磁極上的線圈通以直流電產(chǎn)生磁通，稱

為勵磁。電樞鐵芯：由硅鋼片疊裝而成。電樞繞組：單個繞組元件組成。用來在電機(jī)中產(chǎn)生磁場。2

直流電機(jī)的基本工作原理IU–+SbNacd

直流電從兩電刷之間通入電樞繞組，電樞電流方向如圖所示。由于換向片和電源固定連接，無論線圈怎樣轉(zhuǎn)動，總是S極有效邊的電流方向向里,N極有效邊的電流方向向外。電動機(jī)電樞繞組通電后中受力(左手定則)按順時針方向旋轉(zhuǎn)。U–+U–+電刷換向片U–+IFFTn換向器作用：將外部直流電轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的交流電，以保持轉(zhuǎn)矩方向不變。EEU–+TnSbNdFFacII換向片電刷

線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)，將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由右手定則，感應(yīng)電動勢的方向與電流的方向相反KE:

與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)n:

電動機(jī)轉(zhuǎn)速

：磁通1.電樞感應(yīng)電動勢

E=EK

nU–+EETnSbNdFFacII換向片電刷

由圖可知，電樞感應(yīng)電動勢E與電樞電流或外加電壓方向總是相反，所以稱反電勢。

式中：U—外加電壓Ra

—繞組電阻2.電樞回路電壓平衡式–RaIaE+–+UMKT:與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)

:

線圈所處位置的磁通Ia：電樞繞組中的電流3.電磁轉(zhuǎn)矩單位:

(韋伯)，Ia

(安)，T(牛頓?米)

直流電動機(jī)電樞繞組中的電流(電樞電流Ia)與磁通

相互作用，產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式為4.轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系

電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩,它使電樞轉(zhuǎn)動。在電機(jī)運(yùn)行時，電磁轉(zhuǎn)矩必須和機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩及空載損耗轉(zhuǎn)矩相平衡，即T=KT

Ia

當(dāng)電動機(jī)軸上的機(jī)械負(fù)載發(fā)生變化時，通過電動機(jī)轉(zhuǎn)速、電動勢、電樞電流的變化，電磁轉(zhuǎn)矩將自動調(diào)整，以適應(yīng)負(fù)載的變化，保持新的平衡。轉(zhuǎn)矩平衡過程T2:機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T0:空載轉(zhuǎn)矩

例：設(shè)外加電樞電壓

U一定，T=T2

(平衡)，此時，若T2突然增加，則調(diào)整過程為達(dá)到新的平衡點(diǎn)(Ia

、

P入

)

。T2

n

Ia

T

E

1.他勵電動機(jī)

勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個直流電源供電。3直流電機(jī)的分類

直流電機(jī)按照勵磁方式可分為他勵電動機(jī)、并勵電動機(jī)、串勵電動機(jī)和復(fù)勵電動機(jī)2.并勵電動機(jī)

勵磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，由一個直流電源供電。UUfIaM+_+_If他勵I(lǐng)aUM+_If+_IE并勵4.復(fù)勵電動機(jī)

勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的連接有串有并，接在同一電源上。3.串勵電動機(jī)

勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串連接到同一電源上。串勵UIa+_IfM復(fù)勵U+_IMIa4直流電動機(jī)的機(jī)械特性特點(diǎn):

勵磁繞組與電樞并聯(lián)由圖可求得由上分析可知：

當(dāng)電源電壓U和勵磁回路的電阻Rf一定時,勵磁電流If和磁通

不變，即

=常數(shù)。則IaUM+_If+_IE令：T=KT

Ia=KT

Ia

即：并勵電動機(jī)的磁通

=常數(shù)，轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。

由以下公式求得IaUM+_If+_IE式中：n=f(T)

特性曲線n0nNTN

并勵電動機(jī)在負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速n的變化不大—硬機(jī)械特性（自然特性）。改變電樞電壓和電樞回路串電阻可得人工特性曲線動畫n0T

n

例:有一并勵電動機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下：P２=22kW,

UN=110V,nN=1000r/min,

=