交流發(fā)電機__第一講

1、第第3章章 交流發(fā)電機交流發(fā)電機 汽車用發(fā)電機有直流發(fā)電機（汽車用發(fā)電機有直流發(fā)電機（DC generator）和交流發(fā)）和交流發(fā)電機（電機（AC generator）兩大類，目前大多采用交流發(fā)電機。）兩大類，目前大多采用交流發(fā)電機。 交流發(fā)電機（交流發(fā)電機（alternator）與蓄電池協(xié)同工作，共同構）與蓄電池協(xié)同工作，共同構成汽車電源系統(tǒng)。成汽車電源系統(tǒng)。 交流發(fā)電機與電壓調節(jié)器配合工作，其主要任務是對除交流發(fā)電機與電壓調節(jié)器配合工作，其主要任務是對除起動機以外的所有用電設備供電，并向蓄電池充電。起動機以外的所有用電設備供電，并向蓄電池充電。 交流發(fā)電機主要由三相同步交流發(fā)電機和二極管整

2、流器交流發(fā)電機主要由三相同步交流發(fā)電機和二極管整流器組成，一般稱為硅整流交流發(fā)電機，亦簡稱交流發(fā)電機。組成，一般稱為硅整流交流發(fā)電機，亦簡稱交流發(fā)電機。3.1交流發(fā)電機的構造與工作原理交流發(fā)電機的構造與工作原理 3.1.1汽車用交流發(fā)電機的分類汽車用交流發(fā)電機的分類1.按總體結構分按總體結構分1）普通交流發(fā)電機）普通交流發(fā)電機普通交流發(fā)電機（圖普通交流發(fā)電機（圖3-1）的應用最為普）的應用最為普遍，如東風遍，如東風EQ1090型載貨汽車用型載貨汽車用JF132型交流發(fā)電機，解放型交流發(fā)電機，解放CA1091型載貨汽車型載貨汽車用用JF1522A型交流發(fā)型交流發(fā)電機等。電機等。圖圖3-1 普通交

3、流發(fā)電機普通交流發(fā)電機圖圖3-1 普通交流發(fā)電機普通交流發(fā)電機2）整體式交流發(fā)電機）整體式交流發(fā)電機整體式交流發(fā)電整體式交流發(fā)電機機(integrate alternator)是內是內裝電壓調節(jié)器的裝電壓調節(jié)器的交流發(fā)電機，如交流發(fā)電機，如一汽奧迪、上海一汽奧迪、上海桑塔納等轎車用桑塔納等轎車用JFZ1813Z型交型交流發(fā)電機。流發(fā)電機。圖圖3-2 整體式交流發(fā)電機（匹配整體式交流發(fā)電機（匹配KIA PRIDE） 圖圖3-3 整體式交流發(fā)電機（匹配杭發(fā)濰柴斯太爾）整體式交流發(fā)電機（匹配杭發(fā)濰柴斯太爾） 3）帶泵交流發(fā)電機）帶泵交流發(fā)電機帶泵交流發(fā)電機帶泵交流發(fā)電機是帶有真空泵的是帶有真空泵的交

4、流發(fā)電機，如交流發(fā)電機，如JFWBZ27型交型交流發(fā)電機等。流發(fā)電機等。 龍口中宇龍口中宇 JFWBZ27帶泵交流發(fā)電機帶泵交流發(fā)電機 帶泵交流發(fā)電機帶泵交流發(fā)電機 4）無刷交流發(fā)電機）無刷交流發(fā)電機 無刷交流發(fā)電機（無刷交流發(fā)電機（brush-less alternator）是無電刷、）是無電刷、滑環(huán)結構的交流發(fā)電機。如福建仙游電機廠生產的滑環(huán)結構的交流發(fā)電機。如福建仙游電機廠生產的JFW14X 型交流發(fā)電機和山東龍口中宇電機廠生產的型交流發(fā)電機和山東龍口中宇電機廠生產的 JFWBZ27交流交流發(fā)電機。發(fā)電機。山東龍口中宇電機廠生產的山東龍口中宇電機廠生產的 JFWBZ27交流發(fā)電機交流發(fā)電

5、機5）永磁交流發(fā)電機）永磁交流發(fā)電機 永磁交流發(fā)電機（永磁交流發(fā)電機（permanent-magnet alternator）是）是轉子磁極采用永磁材料的交流發(fā)電機。轉子磁極采用永磁材料的交流發(fā)電機。圖圖3-6 YJFW168永磁交流發(fā)電機永磁交流發(fā)電機 圖圖3-7 添錦牌汽車永磁發(fā)電機添錦牌汽車永磁發(fā)電機 2.按磁場繞組搭鐵方式分按磁場繞組搭鐵方式分1）內搭鐵式交流發(fā)電機）內搭鐵式交流發(fā)電機 內搭鐵（內搭鐵（internal earth）式交流發(fā)電機磁場繞組的一）式交流發(fā)電機磁場繞組的一端與發(fā)電機殼相連接，如東風端與發(fā)電機殼相連接，如東風EQ1090車用的車用的JF132型交流型交流發(fā)電機。

6、發(fā)電機。2）外搭鐵式交流電發(fā)機）外搭鐵式交流電發(fā)機 外搭鐵（外搭鐵（external earth）式交流電發(fā)機磁場繞組的一）式交流電發(fā)機磁場繞組的一端經電壓調節(jié)器后搭鐵，如解放端經電壓調節(jié)器后搭鐵，如解放CA1091型車用的型車用的JF152D、JF1522A型交流發(fā)電機。型交流發(fā)電機。3.按裝用的二極管數量分按裝用的二極管數量分1）六管交流發(fā)電機）六管交流發(fā)電機 六管交流發(fā)電機的整流器由六只硅二極管組成，這種型式應六管交流發(fā)電機的整流器由六只硅二極管組成，這種型式應用最為廣泛，如東風用最為廣泛，如東風EQ1090車用的車用的JF132型、解放型、解放CA1091型車用型車用JF1522A、J

7、F152D型交流發(fā)電機等。型交流發(fā)電機等。2）八管交流發(fā)電機）八管交流發(fā)電機八管交流發(fā)電機是指具有兩個中性點二極管（八管交流發(fā)電機是指具有兩個中性點二極管（neutral-point diode）的交流發(fā)電機，其整流器總成共有八只二極管，如）的交流發(fā)電機，其整流器總成共有八只二極管，如天津夏利天津夏利TJ 7100、TJ7100U微型轎車所用的微型轎車所用的JFZ1542型交型交流發(fā)電機。流發(fā)電機。3）九管交流發(fā)電機）九管交流發(fā)電機 九管交流發(fā)電機是指具有三個磁場二極管的交流發(fā)電機，九管交流發(fā)電機是指具有三個磁場二極管的交流發(fā)電機，其整流器總成共有九只二極管，如北京其整流器總成共有九只二極管，

8、如北京BJ1022型輕型車用的型輕型車用的JFZ14L型交流發(fā)電機。型交流發(fā)電機。4）十一管交流發(fā)電機）十一管交流發(fā)電機 十一管交流發(fā)電機是指具有中性點二極管和磁場二極管十一管交流發(fā)電機是指具有中性點二極管和磁場二極管的交流發(fā)電機，其整流器總成共有十一只二極管，如奧迪、的交流發(fā)電機，其整流器總成共有十一只二極管，如奧迪、桑塔納轎車用桑塔納轎車用JFZ1813Z、JFZ1913Z型交流發(fā)電機。型交流發(fā)電機。4.按冷卻方式分按冷卻方式分1）風冷式發(fā)電機）風冷式發(fā)電機 風冷式風冷式(air-cooled )發(fā)電機按通風方式不同可分為單發(fā)電機按通風方式不同可分為單風扇式和雙風扇式。風扇式和雙風扇式。單

9、風扇式是風扇安裝在交單風扇式是風扇安裝在交流發(fā)電機的前端，風扇旋流發(fā)電機的前端，風扇旋轉產生的軸向空氣流經發(fā)轉產生的軸向空氣流經發(fā)電機內部，對定子繞組進電機內部，對定子繞組進行冷卻。而雙風扇式交流行冷卻。而雙風扇式交流發(fā)電機是在轉子兩端各裝發(fā)電機是在轉子兩端各裝有一個風扇，產生的是軸有一個風扇，產生的是軸向和徑向的兩個方向的空向和徑向的兩個方向的空氣流。氣流。2）水冷式發(fā)電機）水冷式發(fā)電機 在高檔轎車上，出于降低運行噪音和增強冷卻效果的考在高檔轎車上，出于降低運行噪音和增強冷卻效果的考慮，多采用新型水冷式慮，多采用新型水冷式(water-cooled )發(fā)電機。發(fā)電機。圖圖3-8 寶馬車配裝的

10、水冷式交流發(fā)電機寶馬車配裝的水冷式交流發(fā)電機 3.1.2交流發(fā)電機的構造交流發(fā)電機的構造圖圖3-9 國產國產JF系列交流發(fā)電機結構圖系列交流發(fā)電機結構圖1電刷；電刷；2彈簧；彈簧；3蓋板；蓋板；4轉子總成；轉子總成；5定子總成；定子總成；6定位圈；定位圈；7前端蓋；前端蓋；8風扇；風扇；9帶輪；帶輪；10后端蓋后端蓋 圖3-10 國產JF系列交流發(fā)電機解體圖1緊固螺母及彈簧墊圈；2帶輪；3風扇；4前軸承油封及護圈；5組裝螺栓；6前端蓋；7前軸承；8定子；9轉子；10“+”（電樞）接柱；11散熱板；12“”（搭鐵）接柱；13電刷及壓簧；14電刷架外蓋；15電刷架；16“F”（磁場）接柱；17后軸

11、承；18轉軸固定螺母及彈簧墊圈；19后軸承紙墊及護蓋；20安裝臂鋼套；21后端蓋；22后端蓋軸承油封及護圈；23散熱板固定螺栓1.轉子總成轉子總成 轉子總成（轉子總成（rotor assembly）是交流發(fā)電機的磁場部分，）是交流發(fā)電機的磁場部分，作用是產生磁場。作用是產生磁場。轉子總成主要由兩塊低碳轉子總成主要由兩塊低碳鋼爪形磁極、磁軛、磁場鋼爪形磁極、磁軛、磁場繞組、轉子軸和滑環(huán)等組繞組、轉子軸和滑環(huán)等組成。成。圖圖3-12 交流發(fā)電機轉子總成交流發(fā)電機轉子總成1滑環(huán)；滑環(huán)；2轉子軸；轉子軸；3磁爪；磁爪；4磁軛；磁軛；5磁場繞組磁場繞組2.定子總成定子總成 定子總成（定子總成（stato

12、r assembly）也稱電樞，由定子鐵心和）也稱電樞，由定子鐵心和定子繞組組成，作用是產生三相交變電動勢。定子繞組組成，作用是產生三相交變電動勢。 定子鐵心一般由一組相互定子鐵心一般由一組相互絕緣且內圓帶有嵌線槽的環(huán)狀絕緣且內圓帶有嵌線槽的環(huán)狀硅鋼片或低碳鋼片疊成，硅鋼片或低碳鋼片疊成，圖圖3-13定子總成實物照片定子總成實物照片 定子槽內嵌有三相對稱繞定子槽內嵌有三相對稱繞組。繞組是用高強度漆包線在組。繞組是用高強度漆包線在專用模具上繞制的。專用模具上繞制的。 為了在三相繞組中產生大為了在三相繞組中產生大小相等，頻率相同，且相位相小相等，頻率相同，且相位相差差120的對稱電動勢，每相的對稱

13、電動勢，每相繞組的線圈個數及每個線圈的繞組的線圈個數及每個線圈的匝數都是完全相同的。匝數都是完全相同的。 三相繞組的連接方法可分為星形連接和三角形連接兩種。三相繞組的連接方法可分為星形連接和三角形連接兩種。 星形連接是每相繞星形連接是每相繞組的一根線頭都接組的一根線頭都接至公共接點，另外至公共接點，另外三根線頭分叉成三根線頭分叉成Y形。形。圖圖3-14a 定子繞組的連接方法（星形連接）定子繞組的連接方法（星形連接） 所以，星形連接又所以，星形連接又稱稱Y形連接。星形形連接。星形連接有低速發(fā)電性連接有低速發(fā)電性能好的優(yōu)點，所以能好的優(yōu)點，所以目前車用發(fā)電機多目前車用發(fā)電機多采用星形連接。采用星形

14、連接。 三角形連接是三相繞組的首尾線頭彼此相接，就像三角形，所三角形連接是三相繞組的首尾線頭彼此相接，就像三角形，所以稱為三角形連接。以稱為三角形連接。三角形連接的優(yōu)點是三角形連接的優(yōu)點是發(fā)電機內部損失小，發(fā)電機內部損失小，在高轉速時能產生較在高轉速時能產生較大的輸出電流，因而大的輸出電流，因而主要用在高轉速時要主要用在高轉速時要求有高輸出功率的交求有高輸出功率的交流發(fā)電機上，如神龍流發(fā)電機上，如神龍富康轎車等。三角形富康轎車等。三角形連接的缺點是低轉速連接的缺點是低轉速時輸出電壓較低。時輸出電壓較低。 圖圖3-14b 定子繞組的連接方法（三角形連接）定子繞組的連接方法（三角形連接） 3.整流

15、器整流器 整流器（整流器（rectifier）的作用是把交流發(fā)電機產生的三相）的作用是把交流發(fā)電機產生的三相交流電轉變成直流電輸出，整流器一般由六只整流二極管和交流電轉變成直流電輸出，整流器一般由六只整流二極管和散熱板組成。散熱板組成。交流發(fā)電機用的整流交流發(fā)電機用的整流二極管分為正極二極二極管分為正極二極管和負極二極管兩種。管和負極二極管兩種。正極二極管的中心引正極二極管的中心引線為正極，外殼為負線為正極，外殼為負極，管殼底部一般有極，管殼底部一般有紅字標記。紅字標記。圖圖3-15 整流器實物照片整流器實物照片 交流發(fā)電機用的整流二極管分為正極二極管和負極二極交流發(fā)電機用的整流二極管分為正極

16、二極管和負極二極管兩種。正極二極管的中心引線為正極，外殼為負極，管殼管兩種。正極二極管的中心引線為正極，外殼為負極，管殼底部一般有紅字標記。底部一般有紅字標記。 三只正極二極管的外殼壓裝或者焊接在鋁合金散熱板的三只正極二極管的外殼壓裝或者焊接在鋁合金散熱板的三個孔中，共同組成發(fā)電機的正極。由固定散熱板的螺栓通三個孔中，共同組成發(fā)電機的正極。由固定散熱板的螺栓通至外殼外（元件板與外殼絕緣），作為交流發(fā)電機的輸出接至外殼外（元件板與外殼絕緣），作為交流發(fā)電機的輸出接線柱線柱“B”接線柱（也有標接線柱（也有標“”或或“電樞電樞”字樣的）。字樣的）。 負極二極管的中心引線為負極，外殼為正極，管殼底部負

17、極二極管的中心引線為負極，外殼為正極，管殼底部一般有黑字標記。三只負極二極管的外殼壓裝或焊接在另一一般有黑字標記。三只負極二極管的外殼壓裝或焊接在另一散熱板上（此板與后端蓋相接），或者直接壓裝在后端蓋的散熱板上（此板與后端蓋相接），或者直接壓裝在后端蓋的三個孔中，和發(fā)電機的外殼共同組成發(fā)電機的負極。三個孔中，和發(fā)電機的外殼共同組成發(fā)電機的負極。 （a）二極管安裝示意圖）二極管安裝示意圖 （b）散熱板總成）散熱板總成圖圖3-16 散熱板二極管散熱板二極管(壓裝型大功率二極管壓裝型大功率二極管)的安裝的安裝圖圖3-17 小功率二極管小功率二極管(勵磁二極管及中性點二極管勵磁二極管及中性點二極管 )

18、二極管命名及其符號代表的含義如下：二極管命名及其符號代表的含義如下：例如例如ZQ10表示為汽車用整流二極管，額定正向電流為表示為汽車用整流二極管，額定正向電流為10A。4.前、后端蓋前、后端蓋 端蓋（端蓋（bearing braket）的作用是支承轉子總成并封閉）的作用是支承轉子總成并封閉內部構造。交流發(fā)電機的前、后端蓋均用鋁合金鑄造而成，內部構造。交流發(fā)電機的前、后端蓋均用鋁合金鑄造而成，其上制有通風口，用以通風散熱。其上制有通風口，用以通風散熱。前、后端蓋上均裝有滾珠軸前、后端蓋上均裝有滾珠軸承，用以支承轉子總成。后承，用以支承轉子總成。后端蓋內裝有電刷與電刷架，端蓋內裝有電刷與電刷架，兩

19、只電刷裝在電刷架中的導兩只電刷裝在電刷架中的導孔內，借助彈簧的彈力與滑孔內，借助彈簧的彈力與滑環(huán)保持接觸。環(huán)保持接觸。（a）外裝式電刷）外裝式電刷 （b）內裝式電刷）內裝式電刷圖圖3-19 電刷及電刷架電刷及電刷架 兩個電刷中與發(fā)電機外殼絕緣的稱為絕緣電刷，其引線接兩個電刷中與發(fā)電機外殼絕緣的稱為絕緣電刷，其引線接到發(fā)電機后端蓋外部的接線柱到發(fā)電機后端蓋外部的接線柱“F”上，成為發(fā)電機的磁場接上，成為發(fā)電機的磁場接柱。另一個電刷是搭鐵的，稱為搭鐵電刷。柱。另一個電刷是搭鐵的，稱為搭鐵電刷。 搭鐵電刷的搭鐵方式有兩種：引線用螺釘固定在后端蓋上搭鐵電刷的搭鐵方式有兩種：引線用螺釘固定在后端蓋上（標

20、記為（標記為“”）直接搭鐵，即內搭鐵；搭鐵引線與發(fā)電機機）直接搭鐵，即內搭鐵；搭鐵引線與發(fā)電機機殼絕緣，接到后端蓋外部的絕緣接線柱上（標記為殼絕緣，接到后端蓋外部的絕緣接線柱上（標記為“F”）通過調節(jié)器搭鐵，即外搭鐵。通過調節(jié)器搭鐵，即外搭鐵。5.帶輪及風扇帶輪及風扇（a）單面軸向通風）單面軸向通風 （b）雙向軸向進風、徑向排風）雙向軸向進風、徑向排風 桑塔納桑塔納2000轎車的交流發(fā)電機轎車的交流發(fā)電機 圖圖3-20 發(fā)電機的通風發(fā)電機的通風3.1.3交流發(fā)電機的工作原理交流發(fā)電機的工作原理1.發(fā)電原理發(fā)電原理 發(fā)電機的三相定子繞組按一定規(guī)律分布在發(fā)電機的定子發(fā)電機的三相定子繞組按一定規(guī)律分

21、布在發(fā)電機的定子槽中，彼此相差槽中，彼此相差120電角度，且匝數相等。三相繞組的末電角度，且匝數相等。三相繞組的末端連在一起，成星形連接。端連在一起，成星形連接。圖圖3-21 交流發(fā)電機的工作原理圖交流發(fā)電機的工作原理圖 因為定子繞組是由三相繞組組成的，因而在三相繞組中因為定子繞組是由三相繞組組成的，因而在三相繞組中產生頻率相同、幅值相等、相位互差產生頻率相同、幅值相等、相位互差120的交流電動勢。的交流電動勢。 ECn 式中式中 E每相繞組中電動勢的有效值，每相繞組中電動勢的有效值，； C發(fā)電機結構常數；發(fā)電機結構常數； n發(fā)電機轉速，發(fā)電機轉速，rmin； 磁極磁通，磁極磁通，Wb。2.整

22、流原理整流原理 硅整流器是利用二極管的單向導電性，將交流電轉變?yōu)楣枵髌魇抢枚O管的單向導電性，將交流電轉變?yōu)橹绷麟姷?。直流電的?）六管交流發(fā)電機整流電路）六管交流發(fā)電機整流電路 （a）三相橋式整流電路）三相橋式整流電路 （b）三相交流電的波形）三相交流電的波形圖圖3-22 三相橋式整流電路及電壓波形三相橋式整流電路及電壓波形 在三相橋式整流電路中，三只正極管和三只負極管都是在三相橋式整流電路中，三只正極管和三只負極管都是輪流工作，所以流過每只二極管的平均電流輪流工作，所以流過每只二極管的平均電流Ip僅為負載電流僅為負載電流If的三分之一。的三分之一。 有些交流發(fā)電機帶有中心抽頭，它是從三

23、相繞組的中性有些交流發(fā)電機帶有中心抽頭，它是從三相繞組的中性點引出來的，其接線柱標記為點引出來的，其接線柱標記為“N”。 中性點對發(fā)電機中性點對發(fā)電機外殼（搭鐵）之間的外殼（搭鐵）之間的電壓稱為中性點電壓，電壓稱為中性點電壓，其數值等于發(fā)電機輸其數值等于發(fā)電機輸出電壓的一半。出電壓的一半。 中性點電壓用途中性點電壓用途很廣，常用來控制充很廣，常用來控制充電指示燈和各種用途電指示燈和各種用途的繼電器，如控制空的繼電器，如控制空調繼電器、磁場繼電調繼電器、磁場繼電器等。器等。2）八管交流發(fā)電機整流電路）八管交流發(fā)電機整流電路 試驗表明，在不改變交流發(fā)電機結構的情況下，在定子試驗表明，在不改變交流發(fā)

24、電機結構的情況下，在定子繞組的中性點處加裝中性點二極管后，發(fā)電機輸出功率與額繞組的中性點處加裝中性點二極管后，發(fā)電機輸出功率與額定功率相比，可以提高定功率相比，可以提高10%15%，并且轉速越高輸出功率，并且轉速越高輸出功率增加越明顯。增加越明顯。圖圖3-23 八管交流發(fā)電機整流電路八管交流發(fā)電機整流電路3）九管交流發(fā)電機整流電路）九管交流發(fā)電機整流電路 在有些交流發(fā)電機中，除了有普通交流發(fā)電機用來整流在有些交流發(fā)電機中，除了有普通交流發(fā)電機用來整流的六只二極管外，又多裝了三個功率較小的二極管，組成九的六只二極管外，又多裝了三個功率較小的二極管，組成九管交流發(fā)電機。三個功率較小的二極管專門用來供給磁場電管交流發(fā)電機。三個功率較小的二極管專門用來供給磁場電流，所以又叫磁場二極管。流，所以又叫磁場二極管。圖圖3-24 九管交流發(fā)電機充電系統(tǒng)電路九管交流發(fā)電機充電系統(tǒng)電路4）