第二節交流發電機構造、工作原理及特性

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

交流發電機（alternator）與蓄電池協同工作，共同構成汽車電源系統。

交流發電機與電壓調節器配合工作，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。

交流發電機主要由三相同步交流發電機和二極管整流器組成，一般稱為硅整流交流發電機，亦簡稱交流發電機。1.交流發電機的分類按總體結構分按磁場繞組搭鐵方式分按裝用的二極管數量分1）普通交流發電機2）整體式交流發電機3）帶泵交流發電機4）無刷交流發電機5）永磁交流發電機1）內搭鐵式交流發電機2）外搭鐵式交流電發機六管、八管、九管、十一管1）普通交流發電機整體式交流發電機(integratealternator)是內裝電壓調節器的交流發電機。2）整體式交流發電機帶泵交流發電機是帶有真空泵的交流發電機。

3）帶泵交流發電機采用交流勵磁機和旋轉整流器為同軸的發電機磁場提供勵磁能量的同步發電機。4）無刷交流發電機

永磁交流發電機（permanent-magnetalternator）是轉子磁極采用永磁材料的交流發電機。5）永磁交流發電機1）內搭鐵式交流發電機2）外搭鐵式交流電發機2.按磁場繞組搭鐵方式分1）六管交流發電機

六管交流發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。3.按裝用的二極管數量分:

六管、八管、九管、十一管2）八管交流發電機八管交流發電機是指具有兩個中性點二極管（neutral-pointdiode）的交流發電機，其整流器總成共有八只二極管。八管交流發電機整流電路

試驗表明，在不改變交流發電機結構的情況下，在定子繞組的中性點處加裝中性點二極管后，發電機輸出功率與額定功率相比，可以提高10%～15%，并且轉速越高輸出功率增加越明顯。八管交流發電機整流電路3）九管交流發電機

九管交流發電機是指具有三個磁場二極管的交流發電機，其整流器總成共有九只二極管。4）十一管交流發電機

十一管交流發電機是指具有中性點二極管和磁場二極管的交流發電機，其整流器總成共有十一只二極管。AlternatorTerminalIdentification“B”TerminalAlternatorOutputTerminaltoBattery“L”TerminalGroundsWarningLamp“S”TerminalSensesBatteryVoltageS端子感知電池電壓“IG”TerminalIgnitionSwitchSignalTurnsRegulatorON點火開關信號啟動調節器2.交流發電機的構造四根電線將交流發電機與充電系統的其余部分連接起來。B是交流發電機的輸出線，為電池提供電流。IG是啟動交流發電機/調節器總成的點火輸入。S被調節器用來監控電池的充電電壓。L是調節器用來接地充電警示燈的電線。ChargingSystemCircuitAlternatorB+OutputTerminal+輸出Regulator,Diode,&BrushCover調節器、二極管、電刷端蓋EndFrameCover后端蓋DriveFrameCover前端蓋DrivePulley驅動皮帶輪MountingEar裝配吊耳CirculationVent環向通氣孔IdentificationLabel標識牌Thealternatorcontains:Arotatingfieldwindingcalledtherotor.轉子Astationaryinductionwindingcalledthestator.定子Adiodeassemblycalledtherectifierbridge.整流橋Acontroldevicecalledthevoltageregulator.電壓調節器Twointernalfanstopromoteaircirculation.內部風扇AlternatorDesignDrivePulleyRemovaloftherearcoverreveals:BrushesDiodeRectifierBridgeRegulatorInsidetheAlternatorTheRectifierBridgeconvertsACvoltagetoDCvoltage.TheBrushesconductcurrenttotherotorfieldwinding.TheRegulatorcontrolsthealternatoroutput.SlipRings(partoftheRotorAssembly)滑環RegulatorDiodeRectifierBrushesSlipRingsInsidetheAlternatorStatorWindingRotorWindingAssemblySeparatingthecasereveals:Thestatorwindingdevelopsvoltageandcurrentbeginstoflowfromtheinducedmagneticfieldoftherotor.Therotorwindingassemblyrotatesinsidethestatorwinding.Therotorgeneratesamagneticfield.1.轉子總成轉子總成（rotorassembly）是交流發電機的磁場部分，作用是產生磁場。圖交流發電機轉子總成1—滑環；2—轉子軸；3—磁爪；4—磁軛；5—磁場繞組轉子總成主要由兩塊低碳鋼爪形磁極、磁軛、磁場繞組、轉子軸和滑環等組成。SlipRingsBearingInternalCoolingFanRotorAssemblyFingerPolesRotorFieldWindingRotorShaftInternal

CoolingFan2.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，作用是產生三相交變電動勢。

定子鐵心一般由一組相互絕緣且內圓帶有嵌線槽的環狀硅鋼片或低碳鋼片疊成，

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

LeadEndsThreePhase

WindingsNeutralJunctionJF132型交流發電機定子繞組的展開圖

為了在三相繞組中產生大小相等，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及每個線圈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。

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。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。星形連接有低速發電性能好的優點，所以目前車用發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。三角形連接的優點是發電機內部損失小，在高轉速時能產生較大的輸出電流，因而主要用在高轉速時要求有高輸出功率的交流發電機上，如神龍富康轎車等。三角形連接的缺點是低轉速時輸出電壓較低。定子繞組的連接方法（三角形連接）Astherotorassemblyrotateswithinthestatorwinding.Thealternatingmagneticfieldfromthespinningrotorinducesanalternatingvoltageintothestatorwinding.Boththestrengthofthemagneticfieldandthespeedoftherotoraffecttheamountofvoltageinducedintothestator.Rotor/StatorRelationship磁場的強度和轉子的速度都會影響感應到定子的電壓。3.整流器

整流器（rectifier）的作用是把交流發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散熱板組成。交流發電機用的整流二極管分為正極二極管和負極二極管兩種。DiodeRectifierBridgeAssembly二極管整流橋總成GroundPoints接地點“B”Terminal“P”TerminalStatorTapsAttachestoStatorWindings連接到定子繞組上NegativeDiodes負極二極管PositiveDiodes正極二極管4.電刷電刷裝在電刷架中的導孔內，借助彈簧的彈力與滑環保持接觸。

兩個電刷中與發電機外殼絕緣的稱為絕緣電刷，其引線接到發電機后端蓋外部的接線柱“F”上，成為發電機的磁場接柱。另一個電刷是搭鐵的，稱為搭鐵電刷。（a）外裝式電刷（b）內裝式電刷圖3-19電刷及電刷架

搭鐵電刷的搭鐵方式有兩種：引線用螺釘固定在后端蓋上（標記為“－”）直接搭鐵，即內搭鐵；搭鐵引線與發電機機殼絕緣，接到后端蓋外部的絕緣接線柱上（標記為“F－”）通過調節器搭鐵，即外搭鐵。5.帶輪及風扇（a）單面軸向通風（b）雙向軸向進風、徑向排風發電機的通風

端蓋（bearingbraket）的作用是支承轉子總成并封閉內部構造。交流發電機的前、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。前、后端蓋上均裝有滾珠軸承，用以支承轉子總成。6.端蓋根據中華人民共和國行業標準QT／T73－1993《汽車電氣設備產品型號編制規則方法》的規定，汽車交流發電機的型號如下：（1）產品代號。用2或3個大寫漢語拼音字母表示，交流發電機的產品代號有JF、JFZ、JFB、JFW四種，分別表示交流發電機、整體式交流發電機、帶泵交流發電機和無刷交流發電機。（2）電壓等級代號。用1位阿拉伯數字表示：1-12V；2-24Ⅴ；6-6V。（3）電流等級代號。用1位阿拉伯數字表示，其含義見表2-5。（4）設計序號。按產品的先后順序，用1、2位阿拉伯數字表示。（5）變型代號。交流發電機以調整臂的位置作為變型代號。從驅動端看，Y-調整臂在右邊；Z-調整臂在左邊；調整臂在中間時不加標記。3.交流發電機型號例如：桑塔納、奧迪100型轎車所用代號為JFZ1913Z型交流發電機，其含義為：電壓等級為12Ⅴ，輸出電流大于90A，第13次設計，調整臂位于左邊的整體式交流發電機。1.三相交流電動勢的產生4.交流發電機的工作原理發動機結構常數每極磁通每相繞組匝數感應電動勢頻率繞組系數每相電動勢有效值圖2-23交流發電機的工作原理

a)汽車交流發電機電路b)感應電動勢輸出波形2.整流原理二極管導通規則正極管：電位最高者導通負極管：電位最低者導通輸出直流電壓平均值：三只正極管和三只

負極管輪流工作

中性點(UN)：電壓中心抽頭(N)對發電機外殼（搭鐵）電壓，UN=U/2UN用途：控制充電指示燈和各種用途的繼電器，如控制空調繼電器、磁場繼電器等。八管交流發電機整流電路

試驗表明，在不改變交流發電機結構的情況下，在定子繞組的中性點處加裝中性點二極管后，在發電機>2000rpm時，輸出功率與額定功率相比，可以提高10%～15%，并且轉速越高輸出功率增加越明顯。八管交流發電機整流電路3、勵磁方法他勵自勵調節器根據發電機電壓波動自動調節勵磁電流，以穩定發電機電壓交流發電機的勵磁電路此勵磁電路缺點：駕駛員如果在發動機熄火后，忘記將點火開關S關閉，蓄電池就會通過調節器向發電機勵磁繞組長時間放電。九管交流發電機整流電路

在有些交流發電機中，除了有普通交流發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。九管交流發電機充電系統電路不同汽車的勵磁電路各不相同，但有一個共同特點是：勵磁電路都必須由點火開關控制。十一管交流發電機整流電路

十一管交流發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電機，不僅能增大輸出功率，還可以用充電指示燈來指示發電機工作狀況。交流發電機工作特點：轉速變化范圍大、輸出電流不穩定。輸出特性空載特性外特性5.交流發電機的工作特性1.輸出特性交流發電機的輸出特性也稱負載特性或輸出電流特性。輸出特性是指在發電機保持輸出電壓一定時，發電機的輸出電流與轉速之間的關系：I=f(n)。一般對標稱電壓為12Ⅴ的硅整流發電機，其輸出電壓恒定在14V，對標稱電壓為24V的發電機，其輸出電壓恒定在28V。通過試驗可以測得一條的輸出特性曲線。

交流發電機的輸出特性輸出電流發電機轉速指保持發電機端電壓不變時，輸出電流與發電機轉速之間關系。空載轉速n1，是指輸出電流為零、電壓為額定電壓時的發電機轉速。滿載轉速n2，是指額定電壓、額定電流下的發電機轉速。n1、n2是判斷發電機性能重要參數交流發電機的輸出特性曲線

由輸出特性可以看出發電機在不同轉速下的輸出功率情況：（1）發電機只需在較低的空載轉速時，就能達到額定輸出電壓值。表明交流發電機具有低速充電性能好的優點。空載轉速值是選擇發電機與發動機傳動比的主要依據。（2）發電機轉速升至