第二章

交流發電機與電壓調節器汽車與交通學院嚴英1學習目標

了解交流發電機的功用、分類；掌握發電機的結構、工作原理及特性；了解調節器的工作原理；2第二章交流發電機及調節器2.0概述2.1交流發電機的構造2.2交流發電機工作原理2.3交流發電機的特性2.4新型交流發電機2.5電壓調節器使用與維護32.0概述汽車電源蓄電池發電機主要電源，將發動機的部分機械能轉化為電能整流子換向的直流發電機硅整流交流發電機4第二章交流發電機及調節器2.0概述2.1交流發電機的構造2.2交流發電機工作原理2.3交流發電機的特性2.4新型交流發電機2.5電壓調節器52.1交流發電機的構造汽車交流發電機三向同步交流發電機硅二極管整流器62.1交流發電機的構造交流發電機一般由轉子、定子、整流器、端蓋四部分組成。JF132型交流發電機組件圖見圖782.1交流發電機的構造1、轉子2、定子3、端蓋4、風扇和皮帶輪92.1.1轉子轉子的功用是產生旋轉磁場。轉子由爪極、磁軛、磁場繞組、集電環、轉子軸組成，見圖。102.1.1轉子轉子軸上壓裝著兩塊爪極，兩塊爪極各有六個鳥嘴形磁極,爪極空腔內裝有磁場繞組(轉子線圈)和磁軛。集電環由兩個彼此絕緣的銅環組成，集電環壓裝在轉子軸上并與軸絕緣，兩個集電環分別與磁場繞組的兩端相連。112.1.1轉子當兩集電環通入直流電時（通過電刷），磁場繞組中就有電流通過，并產生軸向磁通，使爪極一塊被磁化為N極，另一塊被磁化為S極，從而形成六對相互交錯的磁極。當轉子轉動時，就形成了旋轉的磁場。122.1.2定子定子的功用是產生交流電。定子由定子鐵心和定子繞組組成。132.1.2定子定子鐵心由內圈帶槽的硅鋼片疊成，定子繞組的導線就嵌放在鐵心的槽中。三相繞組必須按一定要求繞制,才能使之獲得頻率相同、幅值相等、相位互差120°的三相電動勢。142.1.2定子三相繞組產生大小相等、相位相差120°的對稱電動勢，需要遵循以下原則：1）每相繞組的線圈個數和每個線圈的節距與匝數都必須完全相等2）三相繞組起端在定子槽內的排列必須相隔120°152.1.3端蓋端蓋一般分兩部分（前端蓋和后端蓋），起固定轉子、定子、整流器和電刷組件的作用。端蓋一般用鋁合金鑄造，一是可有效的防止漏磁，二是鋁合金散熱性能好。后端蓋上裝有電刷組件，有電刷、電刷架和電刷彈簧組成。電刷的作用是將電源通過集電環引入磁場繞組。162.1.3端蓋172.1.3端蓋內搭鐵型發電機：磁場繞組負電刷直接搭鐵的發電機（和殼體直接相連）。外搭鐵型發電機：磁場繞組的兩只電刷都和殼體絕緣的發電機。外搭鐵型發電機的磁場繞組負極（負電刷）接調節器，通過后再搭鐵。182.1.3端蓋192.1.4風扇和皮帶輪1）風扇：對發電機內部進行通風冷卻2）皮帶輪動力傳遞202.2整流器作用：將三向交流電變為直流向外輸出組成：1、元件板2、硅整流二極管212.2.1元件板又稱散熱板，鋁合金制成，月牙形，壓裝三個硅整流二極管222.2.2硅整流二極管整流器由六只硅二極管組成232.2.2硅整流二極管242.2.2硅整流二極管注意：后端蓋上的三只硅二極管，引線為二極管負極，外殼為正極，稱為負極管或反燒管，管殼低打黑色標記元件板上的三只硅二極管，引線為二極管正極，外殼為負極，稱為正極管或正燒管，管殼底打紅色標記252.3交流發電機的型號根據中華人民共和國汽車行業標準QC/T73-93《汽車電器設備產品型號編制方法》的規定，汽車交流發電機型號組成如右圖：261.產品代號產品代號用中文字母表示，例：JF——普通交流發電機JFZ——整體式（調節器內置）交流發電機JFB——帶泵的交流發電機JFW——無刷交流發電機2.3交流發電機的型號272.電壓等級代號電壓等級代號用一位阿拉伯數字表示，1表示12V系統2表示24V系統6表示6V系統2.3交流發電機的型號283.電流等級代號2.3交流發電機的型號294.其他代號設計序號：

產品設計先后順序用1～2位數字表示變形序號：

以調整臂位置作為變形代號無ＹＺ2.3交流發電機的型號30第二章交流發電機及調節器2.0概述2.1交流發電機的構造2.2交流發電機工作原理2.3交流發電機的特性2.4新型交流發電機2.5電壓調節器31第二節交流發電機工作原理發電原理整流原理32交流發電機發電原理圖33一、交流發電原理1.在發電機內部有一個由發動機帶動轉子（旋轉磁場）2.磁場外有一個定子繞組,繞組有3組線圈(3相繞組)，3相繞組彼此相隔120度34定子3相繞組感生電動勢的大小為：其中：Em-每相電動勢的最大值

ω-電角速度

f-交流電動勢的頻率（為轉速的函數）

Eφ-每相電動勢的有效值35定子每相電動勢的有效值K-繞組系數(和發電機定子繞組的繞線方法有關)N-每項匝數（匝）φ-每極磁通（Wb）Ce-電機結構常數f=pn/60,p磁極對數36交流電動勢波形交流電動勢的幅值是發電機轉速的函數。因此，當轉速n變化時，三相電動勢的波形為變頻率、變幅值的交流波形。37二、整流原理交流發電機定子的三相繞組中，感應產生的是交流電，靠六只二極管整流變為直流電。二極管具有單項導電性,當給二極管加上正向電壓時,二極管導通,當給二極管加上反向電壓時,二極管截止,二極管的導通原則如下:38二極管的導通原則當三只二極管負極端相連時，正極端電位最高者導通；當三只二極管正極端相連時，負極端電位最低者導通。39整流時二極管導通條件對于三個正極管子（D1、D3、D5正極和定子繞組始端相聯），在某瞬時，電壓最高一相的正極管導通。對于三個負極管子（D2、D4、D6負極和定子繞組始端相聯），在某瞬時，電壓最低一相的負極管導通。但同時導通的管子總是兩個，正、負管子各一個。402.整流過程分析順時回路，輪流導通41整流過程三相橋式整流電路中二極管的依次循環導通,使得負載RL兩端得到一個比較平穩的脈動直流電壓。發電機輸出的直流電壓平均值為：

U=1.35UL=2.34UΦUL—線電壓有效值

UΦ—相電壓有效值423．中性點電壓有的發電機具有中性點接線柱，是從三相繞組的中性點引出來的，標記為“N”。輸出電壓為UN，稱為中性點電壓中性點電壓的平均值為發電機輸出電壓（平均值）的一半43中性點作用帶有中性點接線柱的發電機可用中性點電壓來控制各種用途的繼電器。８管發電機：如夏利、桑塔納發電機，在中性點處接上兩只整流二極管，和三相繞組的六只整流二極管一道輸出，可提高發電機功率。44交流發電機電動勢順時回路，輪流導通45第二章交流發電機及調節器2.0概述2.1交流發電機的構造2.2交流發電機工作原理2.3交流發電機的特性2.4新型交流發電機2.5電壓調節器46第三節、交流發電機工作特性交流發電機的勵磁

交流發電機的工作特性輸出特性空載特性外特性47

3.1勵磁永磁式交流發電機不需要勵磁以外，其他形式的交流發電機都需要勵磁。將電流引入到磁場繞組使之產生磁場稱為勵磁，交流發電機勵磁方式有自勵和他勵兩種。48在發動機起動期間，需要蓄電池供給發電機磁場電流生磁，使發電機發電。這種供給磁場電流的方式稱為他勵發電。

3.1勵磁49發電機對外供電時，可以把自身發的電供給磁場繞組生磁發電，這種供給磁場電流的方式稱為自勵。

3.1勵磁50交流發電機的勵磁

交流發電機的工作特性輸出特性空載特性外特性第三節、交流發電機工作特性513.2交流發電機的工作特性交流發電機的工作特點：轉速變化范圍大，分析汽車用交流發電機的特性必須以轉速的變化為基礎。交流發電機的特性有輸出特性、空載特性和外特性，其中輸出特性最重要。523.2輸出特性指發電機向負載供電時，保持輸出電壓恒定，

（對12V系列的交流發電機規定為14V，對24V系列規定為28V）即U=常數時，發電機的輸出電流與轉速之間的關系，I＝f（n）的函數關系。533.2交流發電機輸出特性實驗54（1）空載轉速n1當發電機達到額定電壓并能對外輸出電流時的最小轉速為空載轉速。

3.2交流發電機輸出特性實驗55(2)額定轉速n2額定電流IA可通過檢測空載轉速與額定轉速這兩個數據來判斷發電機性能的好壞。3.2交流發電機輸出特性實驗56發電機達到額定電流IA時的轉速定義為額定轉速，圖中用n2表示，最大輸出電流約為額定電流的1.5倍。空載轉速與額定轉速是測試交流發電機性能的重要依據。3.2交流發電機輸出特性實驗57（3）最大電流Imax發電機輸出電流能力隨轉速的升高而增大，但曲越來越平坦，當轉速達到一定值時，無論轉速增加多少電流都不再增加。

----交流發電機自我保護（限流）能力。3.2交流發電機輸出特性實驗58交流發電機自我限流原因一：交流發電機定子繞組具有一定的阻抗Z，它由繞組的電阻r及感抗XL兩部分組成。3.2交流發電機輸出特性實驗59由于XL

與n成正比，故發電機定子繞組的阻抗Z隨發電機的車速升高而增加。高速時，由于R與XL相比可忽略不計，故阻抗Z約等于XL，定子阻抗Z與轉速n成正比，其值較大，產生較大的內壓降。3.2交流發電機輸出特性實驗60原因二：定子電流增加時，由于電樞反應的增強，也會使感應電動勢下降。兩者共同作用的結果，當發電機的轉速升高且負載電流達到最大值時，輸出電流幾乎不隨負載電阻的減小或轉速的增加而增大。3.2交流發電機輸出特性實驗61發電機電壓（輸出）一定時，發電機電流存在最大值。即發電機功率存在最大值。限制發電機輸出功率，只要限制發電機輸出電壓即可。限制輸出電壓后，發電機轉速增加，不會出現由于電流過高，燒壞發電機的情況。如果發電機電壓過高通常損壞用電設備。3.2交流發電機輸出特性實驗623.2輸出特性交流發電機的勵磁

交流發電機的工作特性輸出特性

空載特性外特性63空載特性空載特性是研究發電機在空載運行時，其端電壓隨轉速變化的關系，即I2＝0時，U=f（n）的曲線，實驗如圖所示。64空載特性65第三節、交流發電機工作特性交流發電機的勵磁

交流發電機的工作特性

輸出特性空載特性

外特性66外特性外特性是研究當發電機轉速一定時，其端電壓與輸出電流的關系，即n-=常數時，U=f（I）的曲線，如圖所示。67外特性從外特性曲線可以看出發電機電壓受負載影響的程度：如果發電機在高速運轉時，突然失去負載，發電機電壓會突然升高，致使發電機及調節器等內部電子元件有被擊穿的危險。68小結69第二章交流發電機及調節器概述交流發電機的工作原理交流發電機的結構交流發電機的工作特性

新型交流發電機交流發電機的電壓調節器70新型交流發電機八管交流發電機九管交流發電機十一管交流發電機無刷交流發電機（爪極式、激磁式、永磁式）714.18管交流發電機8管交流發電機（如夏利車用）和6管交流發電機的基本機構是相同的，所不同的是整流器有8只硅整流二極管724.18管交流發電機6只---三相全波橋式整流電路2只---中性點二極管，1只正極管接在中性點和正極之間，1只負極管接在中性點和負極，對中性點電壓進行全波整流。試驗表明：加裝中性點二極管的交流發電機在結構不變的情況下可以提高發電機的功率10%～15%之間。734.29管交流發電機6只--大功率整流二極管，對外負載供電3只--小功率勵磁（磁場）二極管：形成單獨的勵磁電路，并可判斷蓄電池的充放電狀態744.311管交流發電機6只大功率整流二極管2只中性點二極管3只磁場二極管其它結構和6管交流發電機相同（如桑塔納車用發電機）7511管優點：可提高功率、使充電指示燈電路簡化。4.311管交流發電機76有刷與無刷發電機構造重要依據（磁場電流的引出）優點：無電刷和集電環，不會因為磨損和接觸不良造成激磁不穩定或發電機不發電等故障；工作時無火花；減小了無線電干擾。分類爪極式（磁場繞組不轉、爪極轉）感應子式（將磁場繞組與定子繞組都固定的定子上）永磁式4.4無刷直流交流電機77第二章交流發電機及調節器概述交流發電機的工作原理交流發電機的結構交流發電機的工作特性新型交流發電機

交流發電機的電壓調節器78第五節交流發電機的電壓調節器電壓調節器功用電壓調節器的分類電壓調節器的調壓原理各種調節器結構與工作原理79

1）發電機的電壓隨著轉速的變化而變化;

2）在一定條件下發電機的輸出功率是定值，當車輛電器負載較小時，發電機電壓升高；車輛電器負載較大時，發電機電壓降低。（外特性）

3）車用電器設備及蓄電池充電均要求發電機必須在某一恒定電壓下工作，如12V系統的工作電壓一般為14±0.25V，24V系統的工作電壓為28±0.3V。5.1功用調節、控制發電機輸出電壓80第一階段（基本已被淘汰）

第二階段（20世紀60年代始）現廣泛用于東風、解放等中低檔車第三階段20世紀70年代始）現廣泛應用于桑塔納、奧迪等轎車第四階段（目前新型）上海別克、廣州本田等轎車發電機上使用機械電磁振動式（觸點式）晶體管調節器集成電路調節器（半導體、絕緣）電腦控制調節器觸點、鐵心、支架、彈簧等機械部分三極管直接安裝在外殼上、電子元件焊接在印刷電路板上將半導體元件、電路元件組裝在微小基片上，安裝于發電機內部電負載檢測儀、發電機電腦、集成電路結構復雜、體積大、質量重、可靠性差、壽命短、精度低控制范圍一般在1V左右、火花觸點燒蝕精度高控制在0.5V；結構簡單體積小、成本低；抗反向電壓能力差、抗振性差、易失控，只適于車用電器較少且要求不高的狀況小型化、接線少、調節精度高，不大于0.3V、成本較低、壽命長調節精度高、適時地接通和斷開磁場電路，即能可靠地保證電器系統正常工作，使蓄電池充電充足，又能減輕發動機負荷，提高燃料經濟性5.2汽車發電機調節器的分類(按技術發展）81

電子調節器按所匹配的交流發電機搭鐵型式可分為：內搭鐵型調節器外搭鐵型調節器5.2汽車發電機調節器的分類

（按匹配的發電機）825.2調節器選配內搭鐵型：與內搭鐵型交流發電機所匹配的電子調節器稱為內搭鐵型調節器；外搭鐵型：與外搭鐵型交流發電機所匹配的電子調節器稱為外搭鐵型調節器。晶體管調節器，使用汽車說明書中指定的調節器。如型號替代，除標稱電壓等規定參數與原調節器相同外，代用調節器必須與原調節器的搭鐵形式相同，否則勵磁電路不通而不能工作。對于集成電路調節器，必須是專用的。835.3交流發電機的電壓調節器電壓調節器功用電壓調節器的分類電壓調節器的調壓原理各種調節器結構與工作原理845.3電壓調節器的調壓原理由交流發電機的工作原理，交流發電機的三相繞組產生的相電動勢的有效值：Eφ=CeФn（V）Ce--發電機的結構常數，n--轉子轉速，Ф--轉子的磁極磁通855.3電壓調節的調壓原理發電機所產生的感應電動勢與轉子轉速和磁極磁通成正比。當轉速升高到一定值時（空載轉速以上），輸出端電壓達到額定值。欲使發電機的輸出電壓UB不再隨轉速的升高而上升，只能通過減小磁通Ф來實現。減小勵磁電流If。Eφ=Ce*Ф*n86第五節交流發電機的電壓調節器電壓調節器功用電壓調節器的分類電壓調節器的調壓原理各種調節器結構與工作原理

875.4各種調節器結構與工作原理

1、觸點式電壓調節器

2、晶體管電壓調節器3、集成電路調節器4、電腦控制調節器885.4各種調節器結構與工作原理1、觸點式電壓調節器觸點式電壓調節器通過觸點開閉，接通和斷開磁場電路，來改變磁場電流If大小；晶體管調節器、集成電路調節器等利用大功率三極管的導通和截止，接通和斷開磁場電路，來改變磁場電流If大小。89觸點式電壓調節器90缺點：觸點間隙小，很難檢查調整保養；且斷開時有電火花易出現故障，存在無線電干擾。調壓精度較低1V。5.4各種調節器結構與工作原理1、觸點式電壓調節器915.2晶體管調節器晶體管調節器有多種型式，其電路各不相同，但一般采用整體封裝型式，不可拆卸，不能維修，只能整體更換。舉例介紹電子調節器工作原理。925.2晶體管放大、開關作用放大：加在基極電流的微小變化,就會引起集電極電流的較大變化。

開關：當Ib＝0時，Ic≈0，晶體管處于截止狀態。93（1）JFT126、JFT246型晶體管調節器電子開關部分、開關控制部分、信號檢出部分5.2晶體管放大、開關作用94D1—過壓保護D2—溫度補償D3—使T2可靠截止D4—續流二極管，與磁場繞組構成回路C1—降低三極管開關頻率C2、R5—正反饋，提高T3開關速度，提高靈敏度R1、R2—構成分壓器R3、R6、R7—偏置電壓R4—R4、D3、R6串聯，分壓95（2）JFT201型晶體管調節器5.2晶體管放大、開關作用965.3集成電路調節器集成電路調節器（IC調節器），將若干元件集成在同一基片上，成獨立的電子芯片。裝于發電機內部，構成整體式交流發電機。發電機外部有2個或3個接線柱。工作原理與晶體管調節器完全一樣，通過穩壓管感應發電機的輸出電壓信號，利用三極管的開關特性控制發電機的勵磁電流，使發電機的輸出電壓保持恒定。集成電路調節器通常與整體式發電機相配。975.3典型的集成電路調節器985.4發動機電腦控制的調節器廣州本田轎車的集成電路調節器為8管外搭鐵型交流發電機，調節器為內裝式外搭鐵型，由發動機電腦控制。通過檢測電路中總電流負載大小，適時地接通和斷開磁場繞組電路，以此控制發電機的輸出電壓。99B－發電機輸出接住，S、FR－接電腦，L－接充電指示燈，LG－接點火開關100小結101第二章交流發電機及調節器2.0概述2.1交流發電機的構造2.2交流發電機工作原理2.3交流發電機的特性2.4新型交流發電機2.5電壓調節器使用與維護102第六節使用和維護交流發電機與調節器的使用注意事項交流發電機與調節器的維護1036.1使用注意事項交流發電機與調節器的結構簡單，維護方便，在使用和維護中應注意以下幾點：1．蓄電池的極性必須是負極搭鐵，不能接反。否則，會燒壞發電機或調節器的電子元件；1