交流發(fā)電機-第一講

第3章交流發(fā)電機

汽車用發(fā)電機有直流發(fā)電機（DCgenerator）和交流發(fā)電機（ACgenerator）兩大類，目前大多采用交流發(fā)電機。

交流發(fā)電機（alternator）與蓄電池協(xié)同工作，共同構(gòu)成汽車電源系統(tǒng)。

交流發(fā)電機與電壓調(diào)節(jié)器配合工作，其主要任務(wù)是對除起動機以外的所有用電設(shè)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。3.1交流發(fā)電機的構(gòu)造與工作原理

3.1.1汽車用交流發(fā)電機的分類1.按總體結(jié)構(gòu)分1）普通交流發(fā)電機普通交流發(fā)電機（圖3-1）的應(yīng)用最為普遍，如東風(fēng)EQ1090型載貨汽車用JF132型交流發(fā)電機，解放CA1091型載貨汽車用JF1522A型交流發(fā)電機等。圖3-1普通交流發(fā)電機圖3-1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(integratealternator)是內(nèi)裝電壓調(diào)節(jié)器的交流發(fā)電機，如一汽奧迪、上海桑塔納等轎車用JFZ1813Z型交流發(fā)電機。圖3-2整體式交流發(fā)電機（匹配KIAPRIDE）

圖3-3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)電機是帶有真空泵的交流發(fā)電機，如JFWBZ27型交流發(fā)電機等。

龍口中宇JFWBZ27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（brush-lessalternator）是無電刷、滑環(huán)結(jié)構(gòu)的交流發(fā)電機。如福建仙游電機廠生產(chǎn)的JFW14X型交流發(fā)電機和山東龍口中宇電機廠生產(chǎn)的JFWBZ27交流發(fā)電機。山東龍口中宇電機廠生產(chǎn)的JFWBZ27交流發(fā)電機5）永磁交流發(fā)電機

永磁交流發(fā)電機（permanent-magnetalternator）是轉(zhuǎn)子磁極采用永磁材料的交流發(fā)電機。圖3-6YJFW168永磁交流發(fā)電機圖3-7添錦牌汽車永磁發(fā)電機2.按磁場繞組搭鐵方式分1）內(nèi)搭鐵式交流發(fā)電機

內(nèi)搭鐵（internalearth）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(fēng)EQ1090車用的JF132型交流發(fā)電機。2）外搭鐵式交流電發(fā)機

外搭鐵（externalearth）式交流電發(fā)機磁場繞組的一端經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器后搭鐵，如解放CA1091型車用的JF152D、JF1522A型交流發(fā)電機。3.按裝用的二極管數(shù)量分1）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(yīng)用最為廣泛，如東風(fēng)EQ1090車用的JF132型、解放CA1091型車用JF1522A、JF152D型交流發(fā)電機等。2）八管交流發(fā)電機八管交流發(fā)電機是指具有兩個中性點二極管（neutral-pointdiode）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TJ7100、TJ7100U微型轎車所用的JFZ1542型交流發(fā)電機。3）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，其整流器總成共有九只二極管，如北京BJ1022型輕型車用的JFZ14L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、桑塔納轎車用JFZ1813Z、JFZ1913Z型交流發(fā)電機。4.按冷卻方式分1）風(fēng)冷式發(fā)電機

風(fēng)冷式(air-cooled)發(fā)電機按通風(fēng)方式不同可分為單風(fēng)扇式和雙風(fēng)扇式。單風(fēng)扇式是風(fēng)扇安裝在交流發(fā)電機的前端，風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的軸向空氣流經(jīng)發(fā)電機內(nèi)部，對定子繞組進行冷卻。而雙風(fēng)扇式交流發(fā)電機是在轉(zhuǎn)子兩端各裝有一個風(fēng)扇，產(chǎn)生的是軸向和徑向的兩個方向的空氣流。2）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慮，多采用新型水冷式(water-cooled)發(fā)電機。圖3-8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(gòu)造圖3-9國產(chǎn)JF系列交流發(fā)電機結(jié)構(gòu)圖1—電刷；2—彈簧；3—蓋板；4—轉(zhuǎn)子總成；5—定子總成；6—定位圈；7—前端蓋；8—風(fēng)扇；9—帶輪；10—后端蓋

圖3-10國產(chǎn)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(fēng)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(zhuǎn)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—后軸承；18—轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子總成

轉(zhuǎn)子總成（rotorassembly）是交流發(fā)電機的磁場部分，作用是產(chǎn)生磁場。轉(zhuǎn)子總成主要由兩塊低碳鋼爪形磁極、磁軛、磁場繞組、轉(zhuǎn)子軸和滑環(huán)等組成。圖3-12交流發(fā)電機轉(zhuǎn)子總成1—滑環(huán)；2—轉(zhuǎn)子軸；3—磁爪；4—磁軛；5—磁場繞組2.定子總成

定子總成（statorassembly）也稱電樞，由定子鐵心和定子繞組組成，作用是產(chǎn)生三相交變電動勢。

定子鐵心一般由一組相互絕緣且內(nèi)圓帶有嵌線槽的環(huán)狀硅鋼片或低碳鋼片疊成，圖3-13定子總成實物照片

定子槽內(nèi)嵌有三相對稱繞組。繞組是用高強度漆包線在專用模具上繞制的。

為了在三相繞組中產(chǎn)生大小相等，頻率相同，且相位相差120°的對稱電動勢，每相繞組的線圈個數(shù)及每個線圈的匝數(shù)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。

星形連接是每相繞組的一根線頭都接至公共接點，另外三根線頭分叉成Y形。圖3-14a定子繞組的連接方法（星形連接）所以，星形連接又稱Y形連接。星形連接有低速發(fā)電性能好的優(yōu)點，所以目前車用發(fā)電機多采用星形連接。三角形連接是三相繞組的首尾線頭彼此相接，就像三角形，所以稱為三角形連接。三角形連接的優(yōu)點是發(fā)電機內(nèi)部損失小，在高轉(zhuǎn)速時能產(chǎn)生較大的輸出電流，因而主要用在高轉(zhuǎn)速時要求有高輸出功率的交流發(fā)電機上，如神龍富康轎車等。三角形連接的缺點是低轉(zhuǎn)速時輸出電壓較低。圖3-14b定子繞組的連接方法（三角形連接）3.整流器

整流器（rectifier）的作用是把交流發(fā)電機產(chǎn)生的三相交流電轉(zhuǎn)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。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(biāo)記。圖3-15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(biāo)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)電機的輸出接線柱“B”接線柱（也有標(biāo)“＋”或“電樞”字樣的）。

負極二極管的中心引線為負極，外殼為正極，管殼底部一般有黑字標(biāo)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（b）散熱板總成圖3-16散熱板二極管(壓裝型大功率二極管)的安裝圖3-17小功率二極管(勵磁二極管及中性點二極管)二極管命名及其符號代表的含義如下：例如ZQ10表示為汽車用整流二極管，額定正向電流為10A。4.前、后端蓋

端蓋（bearingbraket）的作用是支承轉(zhuǎn)子總成并封閉內(nèi)部構(gòu)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(fēng)口，用以通風(fēng)散熱。前、后端蓋上均裝有滾珠軸承，用以支承轉(zhuǎn)子總成。后端蓋內(nèi)裝有電刷與電刷架，兩只電刷裝在電刷架中的導(dǎo)孔內(nèi)，借助彈簧的彈力與滑環(huán)保持接觸。（a）外裝式電刷（b）內(nèi)裝式電刷圖3-19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（標(biāo)記為“－”）直接搭鐵，即內(nèi)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(biāo)記為“F－”）通過調(diào)節(jié)器搭鐵，即外搭鐵。5.帶輪及風(fēng)扇（a）單面軸向通風(fēng)（b）雙向軸向進風(fēng)、徑向排風(fēng)桑塔納2000轎車的交流發(fā)電機圖3-20發(fā)電機的通風(fēng)3.1.3交流發(fā)電機的工作原理1.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)電機的定子槽中，彼此相差120°電角度，且匝數(shù)相等。三相繞組的末端連在一起，成星形連接。圖3-21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，因而在三相繞組中產(chǎn)生頻率相同、幅值相等、相位互差120°的交流電動勢。

E＝CnΦ

式中E——每相繞組中電動勢的有效值，Ⅴ；

C——發(fā)電機結(jié)構(gòu)常數(shù)；

n——發(fā)電機轉(zhuǎn)速，r／min；

Φ——磁極磁通，Wb。2.整流原理

硅整流器是利用二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⒔涣麟娹D(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷摹?）六管交流發(fā)電機整流電路

（a）三相橋式整流電路（b）三相交流電的波形圖3-22三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If的三分之一。

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(biāo)記為“N”。

中性點對發(fā)電機外殼（搭鐵）之間的電壓稱為中性點電壓，其數(shù)值等于發(fā)電機輸出電壓的一半。

中性點電壓用途很廣，常用來控制充電指示燈和各種用途的繼電器，如控制空調(diào)繼電器、磁場繼電器等。2）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(jié)構(gòu)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)電機輸出功率與額定功率相比，可以提高10%～15%，并且轉(zhuǎn)速越高輸出功率增加越明顯。圖3-23八管交流發(fā)電機整流電路3）九管交流發(fā)電機整流電路

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。圖3-24九管交流發(fā)電機充電系統(tǒng)電路4）十一管交流發(fā)電機整流電路圖3-25十一管交流發(fā)電機整流和充電電路上海桑塔納、一汽奧迪等汽車采用十一管交流發(fā)電機，不僅能增大輸出功率，還可以用充電指示燈來指示發(fā)電機工作狀況。3.勵磁方式

向交流發(fā)電機的磁場繞組供電使其產(chǎn)生磁場的過程，稱為勵磁（excitation，亦稱激磁）。交流發(fā)電機磁場繞組的勵磁方式有兩種形式，一種是由蓄電池供電，稱為他勵（separatel