第3章 交流发电机 汽车电气设备(第2版)凌永成 电子课件

3.1交流发电机的构造与工作原理
3.1.1汽车用交流发电机的分类
1.按总体结构分
1）普通交流发电机
普通交流发电机（图 3-1）的应用最为普 遍，如东风EQ1090 型载货汽车用JF132 型交流发电机，解放 CA1091型载货汽车 用JF1522A型交流发 电机等。
图3-1 普通交流发电机
图3-1 普通交流发电机
三角形连接的优点是 发电机内部损失小， 在高转速时能产生较 大的输出电流，因而 主要用在高转速时要 求有高输出功率的交 流发电机上，如神龙 富康轿车等。三角形 连接的缺点是低转速 时输出电压较低。
图3-14b 定子绕组的连接方法（三角形连接）
3.整流器
整流器（rectifier）的作用是把交流发电机产生的三相 交流电转变成直流电输出，整流器一般由六只整流二极管和 散热板组成。
3）九管交流发电机
九管交流发电机是指具有三个磁场二极管的交流发电机， 其整流器总成共有九只二极管，如北京BJ1022型轻型车用的 JFZ14L型交流发电机。
4）十一管交流发电机
十一管交流发电机是指具有中性点二极管和磁场二极管 的交流发电机，其整流器总成共有十一只二极管，如奥迪、 桑塔纳轿车用JFZ1813Z、JFZ1913Z型交流发电机。
交流发电机用的整流 二极管分为正极二极 管和负极二极管两种。 正极二极管的中心引 线为正极，外壳为负 极，管壳底部一般有 红字标记。
图3-15 整流器实物照片
交流发电机用的整流二极管分为正极二极管和负极二极 管两种。正极二极管的中心引线为正极，外壳为负极，管壳 底部一般有红字标记。
三只正极二极管的外壳压装或者焊接在铝合金散热板的 三个孔中，共同组成发电机的正极。由固定散热板的螺栓通 至外壳外（元件板与外壳绝缘），作为交流发电机的输出接 线柱“B‖接线柱（也有标“＋”或“电枢”字样的）。 负极二极管的中心引线为负极，外壳为正极，管壳底部 一般有黑字标记。三只负极二极管的外壳压装或焊接在另一 散热板上（此板与后端盖相接），或者直接压装在后端盖的 三个孔中，和发电机的外壳共同组成发电机的负极。
3.按装用的二极管数量分
1）六管交流发电机
六管交流发电机的整流器由六只硅二极管组成，这种型式应 用最为广泛，如东风EQ1090车用的JF132型、解放CA1091 型车用JF1522A、JF152D型交流发电机等。
2）八管交流发电机
八管交流发电机是指具有两个中性点二极管（neutral-point diode）的交流发电机，其整流器总成共有八只二极管，如 天津夏利TJ 7100、TJ7100U微型轿车所用的JFZ1542型交 流发电机。
（a）二极管安装示意图
（b）散热板总成
图3-16 散热板二极管(压装型大功率二极管)的安装
图3-17 小功率二极管(励磁二极管及中性点二极管 )
二极管命名及其符号代表的含义如下：
例如ZQ10表示为汽车用整流二极管，额定正向电流为10A。
4.前、后端盖
端盖（bearing braket）的作用是支承转子总成并封闭 内部构造。交流发电机的前、后端盖均用铝合金铸造而成， 其上制有通风口，用以通风散热。
带泵交流发电机 是带有真空泵的 交流发电机，如 JFWBZ27型交 流发电机等。
龙口中宇 JFWBZ27带泵交流发电机
带泵交流发电机
4）无刷交流发电机
无刷交流发电机（brush-less alternator）是无电刷、 滑环结构的交流发电机。如福建仙游电机厂生产的JFW14X 型交流发电机和山东龙口中宇电机厂生产的 JFWBZ27交流 发电机。
1.转子总成
转子总成（rotor assembly）是交流发电机的磁场部分， 作用是产生磁场。 转子总成主要由两块低碳 钢爪形磁极、磁轭、磁场 绕组、转子轴和滑环等组 成。
图3-12 交流发电机转子总成 1—滑环；2—转子轴；3—磁爪；4—磁轭；5—磁场绕组
2.定子总成
定子总成（stator assembly）也称电枢，由定子铁心和 定子绕组组成，作用是产生三相交变电动势。
2）整体式交流发电机
整体式交流发电 机(integrate alternator)是内 装电压调节器的 交流发电机，如 一汽奥迪、上海 桑塔纳等轿车用 JFZ1813Z型交 流发电机。
图3-2 整体式交流发电机（匹配KIA PRIDE）
图3-3 整体式交流发电机（匹配杭发潍柴斯太尔）
3）带泵交流发电机
3）九管交流发电机整流电路
在有些交流发电机中，除了有普通交流发电机用来整流 的六只二极管外，又多装了三个功率较小的二极管，组成九 管交流发电机。三个功率较小的二极管专门用来供给磁场电 流，所以又叫磁场二极管。
图3-24 九管交流发电机充电系统电路
4）十一管交流发电机整流电路
上海桑塔纳、一汽奥迪等汽 车采用十一管交流发电机， 不仅能增大输出功率，还可 以用充电指示灯来指示发电 机工作状况。
图3-10 国产JF系列交流发电机解体图 1—紧固螺母及弹簧垫圈；2—带轮；3—风扇；4—前轴承油封及护圈；5—组装螺栓；6—前端盖； 7—前轴承；8—定子；9—转子；10—“+”（电枢）接柱； 11—散热板；12—“—”（搭铁）接柱；13—电刷及压簧；14—电刷架外盖； 15—电刷架；16—“F”（磁场）接柱；17—后轴承；18—转轴固定螺母及弹簧垫圈；19—后轴承纸垫及护盖； 20—安装臂钢套；21—后端盖； 22—后端盖轴承油封及护圈；23—散热板固定螺栓
定子铁心一般由一组相互 绝缘且内圆带有嵌线槽的环状 硅钢片或低碳钢片叠成， 定子槽内嵌有三相对称绕 组。绕组是用高强度漆包线在 专用模具上绕制的。
为了在三相绕组中产生大 小相等，频率相同，且相位相 差120°的对称电动势，每相 绕组的线圈个数及每个线圈的 匝数都是完全相同的。
图3-13定子总成实物照片
4.按冷却方式分 1）风冷式发电机 风冷式(air-cooled )发电机按通风方式不同可分为单
风扇式和双风扇式。
单风扇式是风扇安装在交 流发电机的前端，风扇旋 转产生的轴向空气流经发 电机内部，对定子绕组进 行冷却。而双风扇式交流 发电机是在转子两端各装 有一个风扇，产生的是轴 向和径向的两个方向的空 气流。
三相绕组的连接方法可分为星形连接和三角形连接两种。 星形连接是每相绕 组的一根线头都接 至公共接点，另外 三根线头分叉成Y 形。 所以，星形连接又 称Y形连接。星形 连接有低速发电性 能好的优点，所以 目前车用发电机多 采用星形连接。
图3-14a 定子绕组的连接方法（星形连接）
三角形连接是三相绕组的首尾线头彼此相接，就像三角形，所 以称为三角形连接。
第3章
交流发电机
汽车用发电机有直流发电机（DC generator）和交流发 电机（AC generator）两大类，目前大多采用交流发电机。 交流发电机主要由三相同步交流发电机和二极管整流器 组成，一般称为硅整流交流发电机，亦简称交流发电机。 交流发电机（alternator）与蓄电池协同工作，共同构 成汽车电源系统。 交流发电机与电压调节器配合工作，其主要任务是对除 起动机以外的所有用电设备供电，并向蓄电池充电。
内搭铁（internal earth）式交流发电机磁场绕组的一 端与发电机壳相连接，如东风EQ1090车用的JF132型交流 发电机。
2）外搭铁式交流电发机
外搭铁（external earth）式交流电发机磁场绕组的一 端经电压调节器后搭铁，如解放CA1091型车用的JF152D、 JF1522A型交流发电机。
（a）三相桥式Baidu Nhomakorabea流电路 （b）三相交流电的波形 图3-22 三相桥式整流电路及电压波形
在三相桥式整流电路中，三只正极管和三只负极管都是 轮流工作，所以流过每只二极管的平均电流Ip仅为负载电流If 的三分之一。 有些交流发电机带有中心抽头，它是从三相绕组的中性 点引出来的，其接线柱标记为“N‖。 中性点对发电机 外壳（搭铁）之间的 电压称为中性点电压， 其数值等于发电机输 出电压的一半。
前、后端盖上均装有滚珠轴 承，用以支承转子总成。后 端盖内装有电刷与电刷架， 两只电刷装在电刷架中的导 孔内，借助弹簧的弹力与滑 环保持接触。
（a）外装式电刷 （b）内装式电刷 图3-19 电刷及电刷架
两个电刷中与发电机外壳绝缘的称为绝缘电刷，其引线接 到发电机后端盖外部的接线柱“F‖上，成为发电机的磁场接 柱。另一个电刷是搭铁的，称为搭铁电刷。 搭铁电刷的搭铁方式有两种：引线用螺钉固定在后端盖上 （标记为“－”）直接搭铁，即内搭铁；搭铁引线与发电机机 壳绝缘，接到后端盖外部的绝缘接线柱上（标记为“F－”） 通过调节器搭铁，即外搭铁。
山东龙口中宇电机厂生产的 JFWBZ27交流发电机
5）永磁交流发电机
永磁交流发电机（permanent-magnet alternator）是 转子磁极采用永磁材料的交流发电机。
图3-6 YJFW168永磁交流发电机
图3-7 添锦牌汽车永磁发电机
2.按磁场绕组搭铁方式分 1）内搭铁式交流发电机
汽车电气设备
沈阳大学
凌永成
配套教材信息
教材名称：汽车电气设备（第2版）
教材主编：凌永成
教材定价：38RMB 出版社：北京大学出版社
出版时间/版次：2010年3月第2版
国际标准书号（ISBN ）： 978-7-301-16916-2
教材所属系列：
21世纪全国高等院校汽车类 创新型应用人才培养规划教材
2）水冷式发电机
在高档轿车上，出于降低运行噪音和增强冷却效果的考 虑，多采用新型水冷式(water-cooled )发电机。
图3-8 宝马车配装的水冷式交流发电机
3.1.2交流发电机的构造
图3-9 国产JF系列交流发电机结构图 1—电刷；2—弹簧；3—盖板；4—转子总成；5—定子总成； 6—定位圈；7—前端盖；8—风扇；9—带轮；10—后端盖
图3-25 十一管交流发电机整流和充电电路
3.励磁方式
向交流发电机的磁场绕组供电使其产生磁场的过程，称 为励磁（excitation，亦称激磁）。 交流发电机磁场绕组的励磁方式有两种形式，一种是由蓄电 池供电，称为他励（separately excited，亦称他激）； 另一种是由发电机自身所发电能供电，称为自励（self– excitation，亦称自激）。 当发电机转速很低时，采用他励方式。由于转子磁极的 剩磁很弱，在低转速下仅靠剩磁产生的电动势不能使二极管 导通，发电机不能自励发电，此时必须由蓄电池供给发电机 磁场绕组电流，使发电机具有较强的磁场，以使发电机的电 动势迅速提高。 当发电机的转速达到一定值后，发电机发电产生的电压 达到或超过蓄电池电压，发电机开始向蓄电池充电，同时励 磁电流由发电机自己提供，发电机由他励发电转为自励发电。
5.带轮及风扇
（a）单面轴向通风
（b）双向轴向进风、径向排风 桑塔纳2000轿车的交流发电机 图3-20 发电机的通风
3.1.3交流发电机的工作原理 1.发电原理
发电机的三相定子绕组按一定规律分布在发电机的定子 槽中，彼此相差120°电角度，且匝数相等。三相绕组的末 端连在一起，成星形连接。
图3-21 交流发电机的工作原理图
中性点电压用途 很广，常用来控制充 电指示灯和各种用途 的继电器，如控制空 调继电器、磁场继电 器等。
2）八管交流发电机整流电路
图3-23 八管交流发电机整流电路
试验表明，在不改变交流发电机结构的情况下，在定子 绕组的中性点处加装中性点二极管后，发电机输出功率与额 定功率相比，可以提高10%～15%，并且转速越高输出功率 增加越明显。
3.2 交流发电机的工作特性与型号
3.2.1交流发电机的工作特性 1.输出特性
交流发电机的输出特性（out-put characteristic）也称负载特性或输出电 流特性。输出特性是指在发电机保持输出电压一定（即U=const）时，发 电机的输出电流与转速之间的关系。
因为定子绕组是由三相绕组组成的，因而在三相绕组中 产生频率相同、幅值相等、相位互差120°的交流电动势。
E＝CnΦ
式中 E——每相绕组中电动势的有效值，Ⅴ； C——发电机结构常数； n——发电机转速，r／min； Φ——磁极磁通，Wb。
2.整流原理
硅整流器是利用二极管的单向导电性，将交流电转变为 直流电的。 1）六管交流发电机整流电路