第二章 发电机教案

旧知回顾：蓄电池作用？本节内容：第二章交流发电机第一节概述一、功用发动机正常运转时（怠速以上），向用电设备（除起动机）供电，并向蓄电池充电。

二、分类1、按电流类型分类：直流发电机（已淘汰）和交流发电机，2、按结构分类：普通交流发电机——使用时需要配装电压调节器（JF132（EQ140用））整体式交流发电机——发电机和调节器制成一个整体（别克轿车的CS型发电机）带泵交流发电机——和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起（JFZB292发电机）无刷交流发电机——不需要电刷的发电机（例JFW1913）永磁交流发电机——磁极为永磁铁制成的发电机3、按整流器分类：六管交流发电机例JF1522（东风汽车用）八管交流发电机例JFZ1542（天津夏利汽车用）九管交流发电机例（日本日立、三凌、马自达汽车用）十一管交流发电机例JFZ1913Z（奥迪、桑塔纳汽车用）4、按搭铁形式分类：内搭铁型交流发电机磁场绕组的一端（负极）直接搭铁（和壳体相联）外搭铁型交流发电机磁场绕组的一端（负极）接入调节器，通过调节器后再搭铁。

三、型号1. 产品代号——中文字母表示•JF—普通交流发电机JFZ—整体式交流发电机•JFB—带泵的交流发电机JFW—无刷交流发电机2. 电压等级代号——1位阿拉伯数字表示，1表示12V；2表示24V；6表示6V3. 电流等级代号表2.9 电流等级代号4、设计序号——按产品设计先后顺序，用1~2位数字表示5、变形代号——交流发电机以调整臂位置作为变形代号。

从驱动端看，在中间不加标记，在右边时用Y表示,在左边时用Z表示。

例：JF152：电压等级为12V、电流等级为大于50~59A，第二次设计的普通交流发电机。

JFZ1913Z：电压等级为12V、电流等级大于90V、第十三次设计，调整臂在左边的整体式交流发电机。

第二节交流发电机的结构一、结构结构：定子、转子、滑环、电刷、整流二极管、前后端盖、风扇及带轮。

作用：转子用来建立磁场，定子中产生的交变电动势，经过二极管整流器整流后输出直流电。

1、转子——产生磁场组成：两块爪极、磁场绕组、滑环和轴。

两块爪极被压装在转轴上，且内腔装有磁轭，其上绕有磁场绕组。

绕组两端的引线分别焊在与轴绝缘的两个滑环上。

两个电刷装在与端盖绝缘的电刷架内，通过弹簧力使其与滑环保持接触。

当发电机工作时，两电刷与直流电源连通，可为磁场绕组提供定向电流并产生轴向磁通，使两块爪极被分别磁化为N极和S极，从而形成犬牙交错的磁极对并沿圆周方向均匀分布。

磁极对数为4～7对。

爪极凸缘的外形像鸟嘴，这种形状可以使定子感应的交流电动势近似于正弦波形。

转子每转一周，定子的每相电路上就能产生周波个数等于磁极对数的交流电动势。

2、 定子——产生交流电动势的部件，又叫电枢组成：定子铁芯和定子绕组组成。

定子铁芯由相互绝缘的内圆带槽的环状硅钢片叠成。

定子槽内置有三相对称绕组，三相绕组连接方法大多数为Y 形(星形)，也有用△形连接的。

为使三相绕组中产生大小相等、相位差120°(电角度)的对称电动势，三相绕组的绕法应遵循以下原则：1) 每相绕组的线圈个数、每个线圈的匝数和每个线圈的节距都必须完全相等。

以JF11型发电机为例，磁极对数为6对，定子总槽数为36，每相绕组占有的槽数为36/3＝12，并且采用单层集中绕法，即每个槽内放置一个有效边(1个线圈2个有效边，分别放在2个定子槽内)。

因此，每相绕组都由6个线圈串联而成，每个线圈有13匝，则每相绕组共有6×13＝78匝。

每个线圈的两个有效边之间所间隔的定子槽数叫做线圈节距，相邻两异性磁极中心线之间的槽数称为极距。

即)(312362槽磁极对数定子铁芯总槽数线圈节距==⨯= 2) 绕组起端A 、B 、C(或末端X 、Y 、Z)在定子槽内的排列，相隔120°。

转子旋转时，磁极的磁场不断和定子中的导体作相对运动，在定子绕组中产生交流电动势。

每转过一对磁极，定子导体中的感应电动势就变化一个周期，即360°电角度。

每个磁极在定子圆周上占有槽数为36/12＝3槽，即180°角度，所以2个相邻的槽的中分线之间为180°/3＝60°角度。

为了使三相绕组各个起端之间相隔120°角度，即线圈的节距为3，各起端之间的距离则应为2＋3n 个槽(n ＝0，1，2，3，…)，即2，5，8，11，…个槽均可。

图2.24为三相绕组展开图。

A 、B 、C 三个首端依次放入1、9、17三个槽中，而末端X 、Y 、Z 则相应地放入34、6、14三个槽内，这时三相绕组之间的电位差仍为120°电角度。

3. 整流器——大多由6个硅二极管组成。

负极管：外壳为正极、中心引线为负极的二极管，管壳底上注有黑色标记；正极管：壳体为负极，中心引线为正极的二极管，管壳底上有红色标记。

安装二极管的散热板称为整流板，用合金制成以利散热。

安装正极管的整流板(装在外侧)称为正整流板，安装负极管的整流板(装在内侧)称为负整流板。

两块板绝缘安装在一起，并与后端盖绝缘安装。

正整流板连接至后端盖作为电源输出端，并标记为“B”(“＋”、“A”或“电枢”)。

4、端盖与电刷端盖包括驱动端盖、整流端盖、轴承、轴承盖组成。

端盖由铝合金制成，铝合金为非导磁材料，可减少漏磁并具有轻便、散热性能良好等优点。

后端盖装有电刷架，电刷分别装在电刷架的孔内，借弹簧压力与滑环保持接触。

电刷的高度低于7 mm时应更换。

电刷引线：1）内搭铁：磁场绕组直接通过外壳搭铁，一根引线接至后端盖上的磁场接线柱“F”(或“磁场”)，另一根则直接与外壳上的搭铁接线柱“－”(或“搭铁”)连接。

2）外搭铁：磁场绕组必须通过电压调节器后(发电机外部)再搭铁，故电刷引线必须分别与发电机后端盖“F＋”(或“F1”)和“F－”(或“F2”)接线柱相连。

发电机前端装有带轮，由发动机带轮驱动。

在带轮后面装有风扇，靠风扇的离心作用给发电机强制通风。

前后端盖用3～4个螺栓与定子紧固在一起。

旧知回顾：发电机的功用和结构？本节内容：第三节 交流发电机的工作原理一、交流电动势交流发电机定子的三相绕组依次相差120°。

当磁场绕组接通直流电源时即被激励，转子爪极被磁化为N 和S 极。

其磁力线由N 极出发，穿过转子与定子之间很小的气隙进入定子铁芯，最后又通过气隙回到相邻的S 极。

当转子旋转时，由于定子绕组与磁力线有相对的切割运动，所以在三相绕组中产生频率相同、幅值相等、相位相差120°的正弦电动势e A 、e B 、e C 。

三相绕组中所产生的感应电动势可用下列方程式表示：式中：E m ——相电动势的最大值；E φ——相电动势的有效值；ω——电角速度(ω＝2πƒ)。

图2.29 三相桥式整流电路中的电压、电流波形(a) 电路；(b) 三相交流电动势；(c) 整流后的交流发电机输出电压波形)120sin(2)120sin(φm B ︒-=︒-=t E t E e ωω)240sin(2)240sin(φm C ︒-=︒-=t E t E e ωωtE t E e ωωsin 2sin φm A ==发电机每相绕组所产生的电动势的有效值为：(V) 44.4φΦ=KfN E 式中：K ——定子绕组系数，一般小于1；ƒ——感应电动势的频率(Hz)，ƒ＝Pn /60(P 为磁极对数，n 为转速(r/min))； N ——每相绕组的匝数(匝)；Φ——磁极的磁通(Wb)。

上式表明，交流发电机的交变电动势的有效值取决于转速和转子的磁通量。

二、整流原理交流发电机的硅二极管具有单向导电特性，有阻止反向电流的作用。

六管交流发电机的整流装置实际是一个由6只硅整流二极管组成的三相桥式整流电路。

3个二极管VD1、VD3、VD5组成共阴极组接法，3个二极管VD2、VD4、VD6组成共阳极组接法。

每个时刻有2个二极管同时导通，其中一个在共阴极组，另一个在共阳极组，同时导通的两个管子总是将发电机的电压加在负荷两端。

当t ＝0时，C 相电位最高，而B 相电位最低，所对应的二极管VD5、VD4均处于正向导通。

电流从绕组C 出发，经VD5→负载R L →VD4→绕组B 构成回路。

发电机输出电压为B 、C 绕阻之间的线电压。

在t 1～t 2时间内，A 相的电位最高，而B 相电位最低，故对应VD1、VD4处于正向导通。

发电机输出电压为A 、B 绕阻之间的线电压。

在t 2～t 3时间内，A 相电位最高，而C 相电位最低，故VD1、VD6处于正向导通。

发电机输出电压为A 、C 绕阻之间的线电压。

交流发动机输出电压的平均值为式中：U ——输出直流电压平均值(V)；U φ——发电机相电压有效值(V)。

旧知回顾：整流原理？本节内容：第四节 电压调节器一、电压调节器1、功用：当发电机转速变化时，自动调节发电机输出电压，使之保持恒定。

2、工作原理：当发电机转速变化时，自动改变发电机励磁电流，使电压保持恒定。

3、分类：触点式电压调节器和电子式电压调节器二、触点式电压调节器触点式电压调节器——又称振动式电压调节器。

有双级式和单级式之分，其基本原理都是通过改变触点闭合或断开的时间长短来改变励磁电流的大小（现已淘汰）。

1、双级式电压调节器双级触点式调节器具有两对触点，常闭的为低速触点，常开的为高速触点。

活动触点在两个静触点的中间，可以进行两级电压调节。

调节器只有火线和磁场两个接线柱。

工作原理：交流发电机每相电压U φ＝4.44KfN Φ，而发电机经整流后输出的直流电压U ＝2.34U φ，所以得Φ⨯=KfN U 44.434.2交流发电机端电压的高低，取决于转子的转速和磁极磁通。

要保持电压U 恒定，在转速n升高时，相应减弱磁通Φ，减少励磁电流来实现；在转速n降低时，相应增强磁通Φ，通过增大励磁电流来实现。

工作过程：(1) 发动机起动并闭合点火开关时，发电机转速很低，其端电压低于蓄电池端电压，调节器低速触点闭合，由蓄电池向发电机提供他励励磁电流。

这种情况下，用电设备均由蓄电池供电，电流表指向“－”的一侧，调节器不工作。

励磁电路为：蓄电池正极→电流表→点火开关→调节器火线接线柱S→低速触点K1→衔铁→调节器磁场接线柱F→发电机励磁绕组→搭铁→蓄电池负极。

(2) 当发电机转速升高，其端电压略高于蓄电池的端电压但低于14V时，调节器低速触点仍闭合，发电机由他励转入自励而正常发电。

所有用电设备均由发电机供电，同时，发电机向蓄电池作补充充电。

电流表指向“＋”的一侧，调节器处于准备工作状态。

励磁电路为：发电机正极→点火开关→调节器火线接线柱S→R1→R3→搭铁→发电机负极。

(3) 当发动机升至较高转速，发电机的电压达到第一级调压值时，调节器线圈中的铁芯电磁力克服弹簧力，使低速触点K1打开，但尚不能使高速触点K2闭合。