_硅整流发电机原理及维修

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第二节 硅整流发电机的原理及特性
硅二极管具有单方向导电特性，只要二极管正极的电位交于负极电
位，管子呈低电阻，处于“导通”状态，反之管子呈交电阻，处于 “截止”状态。电枢绕组输出的三相交流电，在某一瞬间，有一相 电压最高，同时还有一相电压最低，接在电压最高的相线上的正极 管获得正向电压导通。同时，接在电压最低的相线上的负极管也获 得正向电压导通(此时相线上的电位低于接地电位，或者说，接地电 位高于该相线电位，因而该二极管导通)。其余四个二极管皆因承受 反向电压而截止。由于这两个二极管的导通，整流器的“+”端电位 最高，“-”端电位最低，将发电机两相线之间的电压(线电压)加在 负载R上。
第一节 硅整流发电机的结构与型号
接线柱，标记“搭铁”或“-”。外搭铁式发电机的两接线柱都与后 端盖绝缘，分别标记"F1"、"F2"。工作时，励磁绕组的一端须经
调节器在发电机外部搭铁。两种发电机励磁绕组的接法见图3-6。
6.风扇及皮带轮 风扇一般用低碳钢板冲压而成，在发电机工作时，对发电机强制
通风冷却。皮带轮一般用铸铁或铝合金铸造而成，有双槽和单槽之
V6导通，电流由A→V1→负载R→V6→B;在t3~t4时间内，V3,
V6导通;在t4~t5时间内，V3、V2导通。 依此类推，六只二极管两两轮流导通，于是，将电枢绕组产生的
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第二节 硅整流发电机的原理及特性
三相交流电转换为直流电，向负载R供电。输出电压波形如图3-7
(c)所示。
发电机经整流后的直流电压与每相电动势的有效值成正比，可表 示为:
第三章 硅整流发电机
第一节 硅整流发电机的结构与型号
第二节 硅整流发电机的原理及特性
第三节 硅整流发电机的检修与性能测试
第四节 电压调节器及电源线路连接
第一节 硅整流发电机的结构与型号
一、硅整流发电机的结构
硅整流发电机主要由转子、定子、整流器、前后端盖、风扇及皮带 轮、电刷及电刷架等6个部分组成。 1.转子 转子的作用是产生旋转磁场，其结构如图3-1所示。转子轴上压装 有导磁铁心(也称磁扼)，铁心上绕有励磁绕组，两块爪极压装在转子 轴上并与铁心压紧，绕组的两端线引出后，分别焊接在两个彼此绝缘 的滑环上。电刷与发电机滑环紧密接触。当电刷与电源接通时，励磁 绕组有电流通过，产生磁场。两块爪极一块被磁化为N极，另一块被磁 化为S极。
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第二节 硅整流发电机的原理及特性
三相交流电动势分别用eA、eB、eC表示，其瞬时值方程为:
式中:Em—每相电动势的最大值; E—每相电动势的有效值; w—角频率( , f为交流电的频率，与发电机的转速成正比)。
硅整流发电机每相绕组产生的交流电动势的有效值与发电机的转速 和磁通的乘积成正比，可表示为:
后，当发电机转速达到5000r/min时，功率可提高10%~15%。 三、硅整流发电机的特性输出特性
1.输出特性
输出特性是指在发电机端电压保持额定值不变的情况下，输出电流 与转速之间的关系。硅整流发电机的输出特性曲线如图3-10(a)所示。 n1是发电机不带负载的情况下，刚刚达到额定电压时的转速，叫空 载转速。 n2是发电机在额定电压下，输出电流也达到额定值时的转速，
式中:C为电机常数。
有些硅整流发电机把中性点用导线引出，接在中性点接线柱(一般 用“N'’标记)上。这一电压常用来控制充电指示灯或某些继电器。
中性点输出的整流原理如下(见图3-7 )。
在0~t2时间内，由于V4导通，中性点负载的电流由三相绕组中 性点→中性点负载RN→搭铁→发电机“-”→VQ→发电机B相首
.当发电机输出电流达到一定值时，再继续减小电阻，输出电流
反而减小。由此也可以看出硅整流发电机自身具有限制最大电 流输出的能力。
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第三节 硅整流发电机的检修与性能测试
一、硅整流发电机的拆卸、检修与装配
1.硅整流发电机的拆卸 以JF 1522A型发电机为例，拆卸顺序如下: .拆下电刷架紧固螺钉，取出电刷组件。
大幅度增高，容易损坏电子元件或烧坏用电设备，因此发电机的输出
线路必须连接牢固。 3.外特性
外特性是指发电机转速一定时，端电压与输出电流之间的关系。
图3-10 (c)是硅整流发电机在n1、n2、n3三种情况下的外特性曲 线。由该曲线可以看出:
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第二节 硅整流发电机的原理及特性
.发电机转速不同，端电压也不同，转速越高，端电压也越高。
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第一节 硅整流发电机的结构与型号
于是在转子的表面形成了N, S极相互交错的六对磁极，磁极的分布， 见图3-2。 2.定子 硅整流发电机的定子又叫电枢，它的作用是产生三相对称交流电。 定子由铁心和绕组两部分组成。铁心由圆环状相互绝缘的硅钢片叠成， 其内圆有沟槽，定子绕组就嵌装在沟槽内。JF1522A型发电机的结 构，如图3-3所示。 三相绕组的形状、尺寸完全相同，对称地安装在定子铁心的槽内， 三相绕组一般为星形连接形式。 3.整流器
采用九管整流器的目的是用来控制充电指示灯，原理是:
.发电机不发电或其电压低于蓄电池时，发电机励磁电流由蓄电池
通过点火开关SW,充电指示灯L，经电压调节器，到发电机励磁绕组， 充电指示灯被点亮，表明发电机不对蓄电池供电。
.当发电机电压达到或超过蓄电池端电压时，B+与D+电位相同，
发电机开始对蓄电池充电，这时，发电机励磁电路变为:发电机D+→ 电压调节器→发电机励磁绕组→搭铁一发电机负极构成回路。
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第二节 硅整流发电机的原理及特性
2.整流器工作过程
不同形式的发电机，整流器二极管的数量也不同，下面分别介绍整流
器工作过程与作用。 (1)普通(六管)整流器普通整流器见图3-7 (b)。整流过程为:在
t1~t2时间内，A相电压最高，B相电压最低，因而二极管V,, VQ导
通。电流由A点→V→负载R→V4→B点。 在t2~t3时间内，A相电压仍最高，但此时C相电压最低，故V1,
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第二节 硅整流发电机的原理及特性
式中:C1—电机常数(与发电机的结构有关);
n—发电机转速;
Φ—磁场磁通。 发电机的三相绕组与整流器连接在一起时，三相绕组向整流器输
出三相交流电，发电机输出的交流电压uA , uB, uC也是对称的，
电压波形见图3-7 (b)。
二、整流原理
1.二极管的导通原则 整流器的作用就是利用二极管的单向导电性，通过三相桥式整流 电路，将电枢绕组产生的三相交流电转换成直流电。
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第一节 硅整流发电机的结构与型号
有些发电机将同一极性的整流元件直接制作在一块散热板上，制成如
图3-5所示的整体式整流器。这种形式的整流器只要有一只二极管损
坏，整个整流器即报废，但整体式整流器更换维修方便，因而应用也 较广泛。
4.前、后端盖
前、后端盖上均有轴承座孔，用于安装转子轴承以支撑转子。两端 盖分别有挂脚，利用挂脚和调整臂将发电机安装固定在发动机上，改
变调整臂的固定位置可以调整传动皮带的松紧程度。
前后端盖用铝合金材料制成，铝合金是非导磁材料，它既可以防止 漏磁，又具有良好的导热性能，有利于散热。
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第一节 硅整流发电机的结构与型号
5.电刷及电刷架
电刷架安装在后端盖上。两电刷分别装在电刷架的两个方形孔内。
电刷用石墨粉压制而成，带有一条多股铜质引线。电刷外端装有弹 簧，依靠弹簧使电刷与滑环紧密接触。电刷架结构有两种形式，一
最大愉出电流)。由此可以看出，硅整流发电机自身具有限制最大电
流愉出的能力。 2.空载特性
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第二节 硅整流发电机的原理及特性
空载特性是指发电机空载时，输出电压与转速之间的关系。硅整流
发电机的空载特性曲线如图3-10 (b)所示。
由空载特性曲线可以看出，发电机空载时，随转速增加，端电压 急剧增加。所以，发电机在高速运转时，若突然失去负载，端电压会
是发电机输出电压的一半。 (2)九管整流器九管整流电路见图3-8，它是在六管整流器的基础
上增加了三只较小功率的正极管，形成了两个三相桥式整流电路，且
独立整流，由三只小功率正极管与三只负极管构成的整流器用来输出 发电机的励磁电流，因此三只小功率正极管被称为励磁二极管。
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第二节 硅整流发电机的原理及特性
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第一节 硅整流发电机的结构与型号
整流器的作用是将电枢绕组产生的三相交流电转换成直流电。 硅整流发电机的整流器一般是由六只二极管组成的三相桥式整流电 路。整流二极管的外形如图3-4所示。二极管的外壳和中心引线分别 是它的两个电极。按中心引线极性的不同，二极管有两种形式:一种是 中心引线为二极管的正极，称正极管;另一种是中心引线为二极管的负 极，称负极管。便于区分，正极管管壳的顶部涂有红色标记，负极管 则涂有黑色标记。负极管压装在后端盖上，正极管压装在元件板上。 元件板与后端盖绝缘并通过与后端盖绝缘的螺栓引出，作为发电机的 火线接线柱，标记为“电枢”或“+”。 元件板由铝合金材料制成，以利散热，它固定在后端盖内。
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第一节 硅整流发电机的结构与型号
如桑塔纳、奥迪100轿车用发电机型号为JFZ1913Z。表示该发
电机为整体式交流发电机，标称电压为12V，功率大于1000 W，第
13次设计，调整臂在左侧。
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第二节 硅整流发电机的原理及特性
一、发电原理
硅整流发电机的三相定子绕组是对称的。即每相绕组的个数及每 个线圈的匝数都相等， 绕组的绕法也相同，且按相同的规律分布在定子铁心的槽中，它们之 间互差120°电角度，绕组的接法见图3-7(a)。发电原理如下: 当励磁绕组有电流通过时，转子的两块爪极被磁化，形成了N, S 极相互交错的三对磁场。发电机工作时，磁场同时旋转。于是，定子 三相绕组与磁场发生相对运动，定子绕组切割磁场磁力线，产生感生 电动势。三相定子绕组所产生的感生电动势是频率相同、最大值相同、 相位相差120。的三相对称正弦交流电动势。
.充电指示灯熄灭，表明发电机对蓄电池充电。
(3)带中性点整流管的整流器某些发电机在其中性点和发电机正、 负极间分别接一个较小功率的整流二极管，见图3-9。
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第二节 硅整流发电机的原理及特性
其作用是对中性点处的高次谐波进行整流，将其输出电流叠加在输出
端，以提高发电机的输出功率。实践证明，发电机接入中性点二极管
种是拆装电刷在外部进行，另一种是拆装电刷必须在发电机内部进
行。 两电刷的引线分别接后端盖上的两个接线柱，按接线柱形式的不
同，发电机被分成内搭铁和外搭铁两种形式。其中，内搭铁式发电
机的一个接线柱与后端盖绝缘，称为“磁场”接线柱，标记“磁场” 或“F"，另一接线柱与后端盖直接接触(搭铁)，称为“搭铁”
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.拆下接线柱螺母，拆下防护罩固定螺钉，取下防护罩。
.拆下前后端盖紧固螺检，将前、后端盖分开(在分开之前将前后 端盖及定子铁心作一记号，用于装配时对准原位置)。
.将转子夹在台虎钳上(钳口应垫铅板或木块)，拆下皮带轮紧固螺
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第二节 硅整流发电机的原理及特性
端构成回路，将uB反向加在RN上。
在t2~t4时间内，导通的V6，将uC反向加在RN上;在t4~t6时间
内，导通的V2，将 uA反向加在RN上，即导通负极管将与其相接的那相电压反向加在中
性点负载上，其输出波形见图3-7 (d)。显然中性点电压UN的平均值
分。
二、硅整流发电机的型号
根据JB 1546-1983的规定，汽车发电机型号由以下五部分组成:
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第一节 硅整流发电机的结构与型号
.产品代号由两个或三个汉语拼音大写字母构成(见表3-1)。
.分类代号发电机以标称电压分类(见表3-2) 。 .分组代号功率等级代号，用一位阿拉伯数字表示(见表3-3)。 .设计序号表示产品设计的先后顺序，用阿拉伯数字表示。 .变形代号硅整流发电机的变形代号依发电机调整臂位置确定，从驱 动端看，调整臂在 中间不加标记;在右侧用“Y'’表示;在左侧用“Z"表示。
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第二节 硅整流发电机的原理及特性
叫满载转速。
由输出特性曲线可以看出:
.当发电机转速大于空转转速n1时，才能在额定电压下向负载供 电。
.当发电机转速等于满载转速n2时，发电机愉出额定功率。
.当发电机愉出电流达到一定值后，愉出电流不再随负载的增加和 发电机转速的增高而增大，而是保持基本恒定(该电流值叫发电机的