汽車電氣與電子技術(shù)-第2章-交流發(fā)電機(jī)與調(diào)節(jié)器.ppt

1、第2章 交流發(fā)電機(jī)及調(diào)節(jié)器,2.1 汽車電源系統(tǒng)的組成,汽車電源系統(tǒng)又稱汽車充電系統(tǒng)，由蓄電池、發(fā)電機(jī)、電壓調(diào)節(jié)器和充電指示燈等組成。蓄電池和發(fā)電機(jī)并聯(lián)于汽車電路之中。,2.2 交流發(fā)電機(jī)的類型和構(gòu)造,2.2.1 交流發(fā)電機(jī)的類型,2.2.2 交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造,JF132交流發(fā)電機(jī)的組件 1后端蓋 2電刷架 3電刷 4電刷彈簧壓蓋 5硅整流管 6散熱板 7轉(zhuǎn)子 8定子總成 9前端蓋 10風(fēng)扇 11帶輪,2.2.2 交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造,1.轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子是交流發(fā)電機(jī)的磁場部分，主要是由爪極、磁場繞組、滑環(huán)等組成,爪極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖 1.集電環(huán)（滑環(huán)） 2.軸 3.爪極 4.轉(zhuǎn)子磁軛 5.勵(lì)磁繞組,1.轉(zhuǎn)

2、子,磁極對數(shù)可為4對、5對和6對，我國設(shè)計(jì)的交流發(fā)電機(jī)的磁極對數(shù)多為6對。爪極凸緣的外形呈鳥嘴形，當(dāng)發(fā)電機(jī)工作時(shí)，可在定子鐵心內(nèi)部形成近似正弦變化的交變磁場。,2.定子,定子又稱電樞，由定子鐵心和定子繞組組成。定子鐵心由一組相互絕緣且內(nèi)圓帶有嵌線槽的環(huán)狀硅鋼片疊制而成，定子槽內(nèi)嵌有三相對稱繞組。,2.定子,三相繞組的連接方法有星形接法（又稱Y形接法）和三角形接法（又稱形接法）兩 種。,2.定子,Y形接法是將三相繞組的三個(gè)末端X、Y、Z接在一起，將三相繞組的首端A、B、C作為交流發(fā)電機(jī)的交流輸出端，,形接法,形接法是將每相繞組的首端和另一相繞組的末端依次相連接，因而有三個(gè)接點(diǎn)，這三個(gè)接點(diǎn)即為交流

3、發(fā)電機(jī)的交流輸出端。,三相繞組的繞法,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度的對稱電動(dòng)勢，應(yīng)遵循以下原則： 規(guī)則1每相繞組的線圈個(gè)數(shù)和每個(gè)線圈的匝數(shù)應(yīng)完全相等。 例如，JF11型交流發(fā)動(dòng)機(jī)定子總槽數(shù)Z為36，每相繞組占用的槽數(shù)應(yīng)為12。因采用單層集中繞法，即每個(gè)槽內(nèi)放置1個(gè)有效邊，故每相繞組又由六組線圈串聯(lián)而成，若每個(gè)線圈有13匝，則每相繞組共有78匝。,規(guī)則2每個(gè)線圈的節(jié)距必須相同。 節(jié)距y1和極距yp是兩個(gè)重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)。y1在數(shù)據(jù)上等于線圈的兩個(gè)有效邊之間的定子槽數(shù)，而相鄰異性磁極中心線之間的定子槽數(shù)則稱為極距yp 要使線圈內(nèi)能產(chǎn)生最大的感應(yīng)電動(dòng)勢，線圈的兩個(gè)有效邊應(yīng)

4、分別置于異性的磁極下面。若每個(gè)線圈的節(jié)距y1相等并等于極矩yp時(shí)，便可獲得最大感應(yīng)電動(dòng)勢。,規(guī)則3三相繞組的起端A、B、C在定子槽內(nèi)的排列必須相隔120度電度角。 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁場相對定子中的導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。且每轉(zhuǎn)過一對磁極時(shí)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢就變化一個(gè)周期，即360度電角度，由此計(jì)算(P6，Z36)，每個(gè)槽的電角度為60 度。 相鄰兩相繞組線圈的起端間隔距離應(yīng)等于23n個(gè)槽（y13，nl，2，3，），即2、5、8、11個(gè)槽均可,三相繞組的繞法示例-JF11發(fā)電機(jī),3.整流器,整流器的作用是將定子繞組產(chǎn)生的三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并可阻止蓄電池電流向發(fā)電機(jī)倒流。,3.整

5、流器,為便于散熱，散熱板通常用鋁合金制成，它與后端蓋用絕緣材料墊片隔開，固定在后端蓋上，用螺栓引至后端蓋外部作為發(fā)電機(jī)的電源輸出端，并在后端蓋上鑄由標(biāo)記“B”或“+”、“A”、“電樞”。,4.端蓋與電刷總成,前、后端蓋均由鋁合金壓鑄或用砂模鑄造而成。鋁合金為非導(dǎo)磁材料，可減少漏磁并具有輕便、散熱性能良好等優(yōu)點(diǎn)。 后端蓋上裝有電刷架，它用酚醛塑料或玻璃纖維增強(qiáng)尼龍制成。兩個(gè)電刷分別裝在電刷架的孔內(nèi)，借彈簧壓力與滑環(huán)保持接觸。,2.3交流發(fā)電機(jī)的工作原理,2.3.1發(fā)電原理,當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子繞組與磁力線之間產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，在三相繞組中產(chǎn)生頻率相同、幅值相等、相位相差120度電角度的三相正弦交流電動(dòng)

6、勢。 每相電動(dòng)勢的有效值為 式中 每相電動(dòng)勢的有效值（）； k繞組系數(shù)，采用整距集中繞組時(shí) ， k 1； f感應(yīng)電動(dòng)勢的頻率（Hz） （p為磁極對數(shù)，n為轉(zhuǎn)速）； N每相繞組的匝數(shù)（匝）； 每極磁通（Wb）。,2.3.2整流原理,交流發(fā)電機(jī)定子繞組產(chǎn)生的交流電，通過硅整流二極管組成的整流電路轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?。二極管具有單向?qū)щ娦?，?dāng)二極管加上正向電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，呈現(xiàn)低阻狀態(tài)；當(dāng)二極管加上反向電壓時(shí)，二極管截止，呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。利用二極管的單向?qū)щ娦裕纯砂呀涣麟娹D(zhuǎn)變成直流電。,二極管VD1、VD3、VD5為正極管子，其正極分別接在發(fā)電機(jī)三相繞組的首端，負(fù)極連接在一起，在某一瞬間，正極電位最高者導(dǎo)

7、通；二極管VD2、VD4、VD6為負(fù)極管子，其負(fù)極分別接在發(fā)電機(jī)三相繞組的首端，正極連接在一起，某一瞬間負(fù)極電位最低者導(dǎo)通。,（1）t0時(shí)，uA0，uB為負(fù)值，uC為正值，二極管VD5、VD4獲得正向電壓而導(dǎo)通，電流由C相流出VD5RLVD4B相C相，形成電流回路； （2）t1t2時(shí)間內(nèi)，A相電壓最高，B相電壓最低，VD1、VD4管獲得正向電壓而導(dǎo)通，形成電流回路； （3）t2t3時(shí)間內(nèi)，A相電壓最高，C相電壓最低，VD1、VD6管獲得正向電壓而導(dǎo)通，形成電流回路； （4）t3t4時(shí)間內(nèi)，B相電壓最高，C相電壓最低，VD3、VD6管獲得正向電壓而導(dǎo)通，形成電流回路； 依此循環(huán)導(dǎo)通,2.3.3勵(lì)

8、磁方式,交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式是先他勵(lì)、后自勵(lì)。 當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，其電壓低于蓄電池電壓時(shí)，由蓄電池向發(fā)電機(jī)磁場繞組供電輸出，為他勵(lì)方式； 當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高、其電壓高于蓄電池電壓時(shí)，發(fā)電機(jī)向自身的磁場繞組供電，為自勵(lì)方式。,2.3.4帶中性點(diǎn)輸出的交流發(fā)電機(jī)整流原理,1. 帶中性點(diǎn)抽頭的交流發(fā)電機(jī)電路 在星形接法的交流發(fā)電機(jī)中，將三相繞組的中性點(diǎn)用導(dǎo)線引出，稱為中性點(diǎn)抽頭。其接線柱的標(biāo)記為“N” 。由于是通過三個(gè)搭鐵的負(fù)極管子整流后得到的直流電壓，即三相半波整流電壓，其大小為,2.中性點(diǎn)整流輸出,在星形接法的交流發(fā)電機(jī)中，其中性點(diǎn)N不僅具有直流電壓(等于發(fā)電機(jī)直流輸出電壓的一半)，而且還包含有交

9、流電壓成分。中性點(diǎn)瞬時(shí)電壓為三相基波電壓整流得到的直流分量和三次諧波交流分量的疊加，三次諧波交流分量與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速越高，三次諧波交流分量的瞬時(shí)最高值越大。,中性點(diǎn)整流輸出的基本電路,當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高到超過2000rmin時(shí)，交流分量的最高瞬時(shí)值有可能超過發(fā)電機(jī)的直流輸出電壓UB（14V），最低瞬時(shí)值則可能低于搭鐵電壓（0V）。交流分量中高于發(fā)電機(jī)直流輸出電壓UB和低于0V時(shí)便有可能對外輸出。,2.3.5帶勵(lì)磁二極管的交流發(fā)電機(jī),為進(jìn)一步提高發(fā)電機(jī)的電流輸出，增加發(fā)電機(jī)的輸出功率，在交流發(fā)電機(jī)中增加3只正整流管作為勵(lì)磁二極管 。,帶勵(lì)磁二極管和中性點(diǎn)整流輸出的交流發(fā)電機(jī)的電路示例,2.4

10、交流發(fā)電機(jī)的工作特性,2.4.1空載特性 當(dāng)發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行（負(fù)載電流I=0）時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓U和轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系稱為發(fā)電機(jī)的空載特性?？蛰d特性可以判斷發(fā)電機(jī)低速充電性能的好壞。 發(fā)電機(jī)達(dá)到額定電壓時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為空載轉(zhuǎn)速n1 ?？蛰d轉(zhuǎn)速n1通常作為選擇發(fā)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)比的依據(jù)。,2.4.2輸出特性,當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電壓一定時(shí)，輸出電流I與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系，即U為常數(shù)時(shí)，的函數(shù)關(guān)系，稱為發(fā)電機(jī)的輸出特性 。 發(fā)電機(jī)達(dá)到額定功率時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為額定轉(zhuǎn)速n2，是判斷發(fā)電機(jī)的性能的重要指標(biāo)。,2.4.3外特性,當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓U與輸出電流I之間的關(guān)系，稱為發(fā)電機(jī)外特性。 外特性曲線表明，在

11、一定的轉(zhuǎn)速下，輸出電流增加時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓有較大幅度的下降，因此，要使輸出電壓穩(wěn)定，必須配備電壓調(diào)節(jié)器。另外，在發(fā)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果突然失去負(fù)載，端電壓會(huì)急劇升高，電氣設(shè)備中的電子元件將有擊穿的危險(xiǎn)。,2.5電壓調(diào)節(jié)器,2.5.1 電壓調(diào)節(jié)器的作用和類型 交流發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器的作用 通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的輸出電壓的穩(wěn)定。 電壓調(diào)節(jié)器的類型 按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，交流發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器可分為電磁振動(dòng)式和電子式兩大類。,2.5.2電壓調(diào)節(jié)器的基本原理,每相繞組電動(dòng)勢的有效值 其中 故 令 則,2.5.3雙級電磁振動(dòng)式電壓調(diào)節(jié)器,雙級電磁振動(dòng)式電壓調(diào)節(jié)器的工作原理 （1） 調(diào)節(jié)器不工

12、作時(shí)，低速觸點(diǎn)K1閉合，高速觸點(diǎn)K2處于開啟狀態(tài)。,雙級電磁振動(dòng)式電壓調(diào)節(jié)器的工作原理,（2）發(fā)電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，低速觸點(diǎn)K1閉合，勵(lì)磁電流由蓄電池供給。隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，輸出電壓增加，當(dāng)輸出電壓大于蓄電池電動(dòng)勢時(shí)，發(fā)電機(jī)進(jìn)入自勵(lì)階段。,雙級電磁振動(dòng)式電壓調(diào)節(jié)器的工作原理,（3）當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升到n1，發(fā)電機(jī)電壓稍高于第一級調(diào)節(jié)電壓U1時(shí)，流經(jīng)電磁鐵線圈L的電流產(chǎn)生電磁吸力，克服彈簧拉力使K1打開，電阻R1串入勵(lì)磁回路，勵(lì)磁電流減小，發(fā)電機(jī)輸出電壓下降，鐵心吸力減小，K1復(fù)位，輸出電壓又上升。當(dāng)升至略高于調(diào)節(jié)電壓U1時(shí)，K1又打開，如此往復(fù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出電壓的平均值維持在U1不變。,雙級電磁振

13、動(dòng)式電壓調(diào)節(jié)器的工作原理,（4）當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，高于n3時(shí)，電磁線圈L的電磁吸力使高速觸點(diǎn)K2閉合，將勵(lì)磁繞組短路，勵(lì)磁電流減小到零，發(fā)電機(jī)電壓隨之迅速下降，電磁線圈的吸力減小，K2分開，活動(dòng)觸點(diǎn)處于中間位置，勵(lì)磁回路又串入R1，發(fā)電機(jī)端電壓又隨之上升。,2.5.4晶體管電壓調(diào)節(jié)器,電磁振動(dòng)式電壓調(diào)節(jié)器存在體積大、觸電易燒蝕、機(jī)械慣性和磁慣性大、調(diào)節(jié)后的電壓波動(dòng)幅度大等缺點(diǎn)，已逐步被電子電壓調(diào)節(jié)器取代。 電子電壓調(diào)節(jié)器可分為： 晶體管調(diào)節(jié)器 集成電路調(diào)節(jié)器,2.5.4晶體管電壓調(diào)節(jié)器,思考與練習(xí)2,1.交流發(fā)電機(jī)的主要組成部分及其作用。 2.交流發(fā)電機(jī)三相繞組的繞法應(yīng)遵循哪些規(guī)則？ 3.

14、何謂交流發(fā)電機(jī)的輸出特性、空載特性和外特性？ 4.試分析交流發(fā)電機(jī)三相橋式電路和整流電路的整流過程。,2.5.5集成電路調(diào)節(jié)器,由于集成電路具有體積小、可靠性高、成本低、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛用于汽車電子工業(yè)上。 用集成電路開發(fā)的電壓調(diào)節(jié)器體積很小，可方便地安裝在發(fā)電機(jī)內(nèi)部與發(fā)電機(jī)組成一個(gè)整體，故裝有集成電路調(diào)節(jié)器的交流發(fā)電機(jī)又稱為整體式交流發(fā)電機(jī)。,集成電路調(diào)節(jié)器的電壓檢測方法,集成電路調(diào)節(jié)器的基本電路又可分為發(fā)電機(jī)電壓檢測法和蓄電池電壓檢測法 前者控制電路所取信號直接來自于發(fā)電機(jī)的輸出端，后者則來自于蓄電池端。,采用發(fā)電機(jī)電壓檢測法，可省去信號輸入線，缺點(diǎn)是當(dāng)發(fā)電機(jī)至蓄電池電路上的壓降

15、損失較大時(shí)，可導(dǎo)致蓄電池的端電壓偏低引起蓄電池充電不足。因此，一般大功率發(fā)電機(jī)多采用蓄電池電壓檢測法。但采用蓄電池電壓檢測法后，若發(fā)電機(jī)的電壓輸出線或信號輸入線斷路時(shí)，由于無法檢測發(fā)電機(jī)的工作情況，會(huì)造成發(fā)電機(jī)失控。,1.國產(chǎn)JFTl52型集成電路調(diào)節(jié)器,國產(chǎn)JFTl52型集成電路調(diào)節(jié)器是長沙汽車電器廠生產(chǎn)的一種厚膜混合集成電路調(diào)節(jié)器，適用于14V350W500W的外搭鐵交流發(fā)電機(jī)，如東風(fēng)EQl090汽車裝用的JFZl32N,內(nèi)搭鐵與外搭鐵,所謂內(nèi)搭鐵交流發(fā)電機(jī)是指磁場繞組的一端與發(fā)電機(jī)殼體相連后搭鐵，而外搭鐵交流發(fā)電機(jī)是指磁場繞組的一端經(jīng)調(diào)節(jié)器后搭鐵。,2.豐田和夏利轎車集成電路調(diào)節(jié)器,改進(jìn)

16、電壓檢測 充電指示 外搭鐵,3.奧迪100、桑塔納轎車用交流發(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)電壓檢測 充電指示 外搭鐵,2.6充電系統(tǒng)電路實(shí)例分析,2.6.1 解放CA1091充電系統(tǒng)電路 內(nèi)搭鐵 采用中性點(diǎn)電壓控制繼電器,上海大眾SANTANA2000系列轎車充電系統(tǒng)電路,采用中央線路板；發(fā)電機(jī)電壓檢測；充電指示 外搭鐵,2.6.3 上海通用別克轎車充電系統(tǒng)電路,三角形連接方式 動(dòng)力系控制模塊2級串行數(shù)據(jù)接口向儀表組件2級串行數(shù)據(jù)接口傳送數(shù)據(jù)，控制充電指示燈工作,2.7交流發(fā)電機(jī)與調(diào)節(jié)器的檢測與實(shí)驗(yàn),1.交流發(fā)電機(jī)的檢測與實(shí)驗(yàn) 2.整機(jī)性能實(shí)驗(yàn) 空載特性 輸出特性 外特性 3.調(diào)節(jié)器故障檢查與調(diào)整,本章小結(jié),汽車電源系統(tǒng)的組成：由蓄電池、發(fā)