交流发电机工作原理ppt课件.ppt

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1、交流发电机工作原理,2.1发电原理 2.2整流原理 2.3 交流发电机的励磁,2.1交流发电机发电原理,如图1所示，发电机定子的三相绕组按一定规律分布在发电机的定子槽中，内部有一个转子，转子上安装着爪极和励磁绕组。,图 1 交流发电机发电原理示意图1定子铁心 2定子绕组 3转子 4励磁绕组 5整流二极管 6电刷,2.1交流发电机发电原理,交流发电机产生交流电的基本原理是电磁感应原理,具体地说交流发电机是利用产生磁场的转子旋转，使穿过定子绕组的磁通量发生变化,在定子绕组内产生交流感应电动势。 当励磁绕组有电流通过时，励磁绕组便产生磁场，转子轴上的两个爪极分别被磁化为N极和S极。当转子旋转时，磁极

2、交替地在定子铁心中穿过，形成一个旋转的磁场，磁力线和定子绕组之间产生相对运动，在三相绕组中产生交流感应电动势,2.1交流发电机发电原理,1. 交流电动势的变化频率f和转速、磁极对数成正比 式中 P磁极对数 n发电机转速(r/min) 在交流发电机中，由于转子磁极呈鸟嘴形，其磁场的分布近似正弦规律，所以交流电动势的波形也近似正弦规律，如果发电机定子的三相绕组是对称绕制的则产生的三相电动势也是对称的。,2.1交流发电机发电原理,2. 三相交流发电机的感应电动势瞬时值表达式： 式中 每相电动势的最大值 每相电动势的有效值 电角速度,2.1交流发电机发电原理,定子每相电动势的有效值的表示 式中 -绕组

3、系数(和发电机定子绕组的绕线方式有关 ) -每相绕组的匝数（单位：匝） 频率（单位：Hz） -每极磁通（单位：Wb） -电机结构常数（ ） -称为相电动势。 由此可见，当交流发电机结构一定时（结构常数 不变），相电动势 和发电机转速、磁通成正比。,2.2 交流发电机整流原理,交流发电机定子的三相绕组中，感应产生的是交流电，是通过6只二极管组成的三相桥式整流电路整流为直流电的，整流电路如图 12a所示。,图 12 交流发电机整流原理a) 整流电路图 b) 三相绕组电压波形图 c) 整流后发电机输出波形图,2.2 交流发电机整流原理,二极管具有单向导通性,当给二极管加上正向电压时二极管导通, 当给

4、二极管加上反向电压时二极管截止。将定子的三相绕组和6只整流二极管按图 12a的电路连接，发电机的输出端B、E上就输出一个脉动直流电压，如图 12c所示，这就是发电机的整流原理。,2.2 交流发电机整流原理,1整流原理:（1）二极管的导通原则 当3只正二极管负极端连接在一起时，正极端电位最高者导通； 当3只负二极管正极端连接在一起时，负极端电位最低者导通。,图 13整流二极管导通分析,0-t1,t1-t2,t2-t3,2.2 交流发电机整流原理,（2）整流过程的分析 同时导通的二极管管子总是两个，正、负管子各一个。 三相桥式整流电路中二极管的依次循环导通,使得负载RL两端得到一个比较平稳的脉动直

5、流电压,如图 12(c)所示。,2.2 交流发电机整流原理,2中性点电压 在定子绕组为星形连接时，三相绕组的公共结点称为中性点。从三相绕组的中性点引一根导线到发电机外，标记为“N”。“N”点电压称为中性点电压。,2.2 交流发电机整流原理,中性点电压的瞬时值是一个三次谐波电压,如图 15所示，平均值为发电机输出电压（平均值）的一半，即：,带有中性点接线柱的发电机，可用中性点电压来控制各种用途的继电器工作。,图 15 交流发电机中性点电压波形图,八管整流电路原理,中性点电压瞬间时值高于输出电压平均值（14V）时：中性点正极管导通对外输出电流。,电流回路为：中性点 中性点正极管 负载 某一负极管

6、电子绕组 中性点,八管整流电路,八管整流电路原理,中性点电压瞬间时值低于搭铁电压时：中性点负极管导通对外输出电流。,电流回路为：中性点 定子绕组 某一正极管 负载 中性点负极管 中性点,八管整流电路,中性点的作用,实际上，对有些交流发电机(如桑塔纳、奥迪等轿车)来说，在三相绕组的中性点处接上两只中性点二极管(功率二极管)，并通过两只中性点二极管与桥式整流器的正、负输出端相连。此种作法，当发动机高速运转时，可有效地利用中性点电压来增加发电机的输出功率。实践证明，在交流发电机上采用中性点二极管后，输出功率可增加1015,2.3交流发电机的励磁,除了永磁式交流发电机不需要励磁以外，其他形式的交流发电

7、机都需要励磁，因为它们的磁场都是电磁场，必须给励磁绕组通电才会有磁场产生而发电，否则发电机将不能发电。 将电流引入到励磁绕组使之产生磁场称为励磁。交流发电机励磁方式有自励和他励两种。,2.3交流发电机的励磁,1他励 在发电机转速较低时（发动机未达到怠速转速），自身不能发电，需要蓄电池供给发电机励磁绕组电流，使励磁绕组产生磁场来发电。这种由蓄电池供给磁场电流发电的方式称为他励发电。,2.3交流发电机的励磁,2自励 随着转速的提高（一般在发动机达到怠速时），发电机定子绕组的电动势逐渐升高并能使整流器二极管导通，当发电机的输出电压UB大于蓄电池电压时，发电机就能对外供电了。当发电机能对外供电时，就可

8、以把自身发的电供给励磁绕组，这种自身供给磁场电流发电的方式称为自励发电。,2.3交流发电机的励磁,交流发电机励磁过程是先他励后自励。当发动机达到正常怠速转速时，发电机的输出电压一般高出蓄电池电压12V以便对蓄电池充电，此时，由发电机自励发电。 不同汽车的励磁电路各不相同，但有一个共同特点是，励磁电路都必须由点火开关控制。交流发电机的励磁电路如图 17、 18所示。,2.3交流发电机的励磁,图 17 6管内搭铁型交流发电机的励磁,2.3交流发电机的励磁,图 18 11管外搭铁型交流发电机的励磁,3常见交流发电机的结构,1交流发电机的分类 2常见发电机的结构型式 3交流发电机的型号 4交流发电机的

9、性能指标,1交流发电机的分类,1.按总体结构分 （1）普通交流发电机。这种发电机即无特殊装置，也无特殊功能特点，使用时需要配装电压调节器。 （2）整体式交流发电机，发电机和调节器制成一个整体的发电机。 （3）带泵的交流发电机。发电机和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起的发电机。 （4）无刷交流发电机，不需要电刷的发电机。 （5）永磁交流发电机，转子磁极为永磁铁制成的发电机。,1交流发电机的分类,图 19 交流发电机结构外型a) JF1522A型交流发电机 b) 捷达JFZ1813型交流发电机 c）JFB1712型交流发电机,1交流发电机的分类,2.按整流器结构分（1）6管交流发电机。（2）8管

10、交流发电机。（3）9管交流发电机。（4）11管交流发电机。 按励磁绕组搭铁型式分（1）内搭铁型交流发电机。（2）外搭铁型交流发电机。,注意：交流发电机搭铁型式不同，所配用的调节器及接线方法不同，充电系故障检查方法也不同，使用时应予注意，否则发电机不发电，调节器不工作。,1交流发电机的分类,2常见发电机的结构型式,19管交流发电机 （1）9管交流发电机结构特点： 9管交流发电机的基本结构和6管交流发电机相同，所不同的是整流器，9管交流发电机的整流器是由6只大功率硅整流二极管和3只小功率励磁二极管组成。,2常见发电机的结构型式,图 22所示为日立公司生产的LR160-708型整体式外搭铁型9管交流

11、发电机电路图。,图 22 LR160-708型9管交流发电机电路图1点火开关 2主继电器 3熔丝 4充电指示灯,2常见发电机的结构型式,（2）充电指示灯电路： LR160-708型9管交流发电机的励磁电路还有一个功能，就是控制充电指示灯电路，在图 22所示电路中，有一充电指示灯，其作用是： 指示发电机是否有故障； 警告驾驶员停车后关断点火开关。,2常见发电机的结构型式,（3）充电指示灯的工作原理： 当点火开关接通时，发电机未发电，由蓄电池供给磁场电流。此时充电指示灯亮，表示蓄电池放电，发电机他励。 当发动机启动后，转速升高到怠速及其以上时，发电机应能正常发电并对外输出，此时，磁场电流由发电机供

12、给，发电机自励发电。若没有熄灭,说明发电机不发电或充电指示灯电路有故障。 发电机熄火后，由于发电机不再发电，如果没有关断点火开关，蓄电池会通过磁场电路向励磁绕组放电，充电指示灯会再次发亮，可提醒驾驶员关断点火开关，避免蓄电池放电时间过长烧坏励磁绕组和引起蓄电池亏电。,2常见发电机的结构型式,211管交流发电机（兼顾整流二极管、磁场二极管、中性点二极管的特点与功能） （1）11管交流发电机整流器的结构特点： 11管交流发电机的整流器由8只大功率硅整流二极管和3只小功率磁场二极管组成，8只整流管（其中6只接三相绕组,2只接中性点）组成全波桥式整流电路对外负载输出，3只小功率磁场二极管与3只大功率负

13、极管也组成三相全波桥式整流电路，为发电机磁场供电和控制充电指示灯电路。,2常见发电机的结构型式,2常见发电机的结构型式,（2）调节器的特点 桑塔纳发电机为整体式外搭铁型交流发电机，采用集成电路调节器，调节器和电刷架制成一个整体安装在发电机内部，称为整体式发电机。外搭铁型是指发电机磁场的负电刷通过调节器后再搭铁。 桑塔纳发电机的外部有两个接线柱，分别为火线接线柱B和磁场接线柱D+，火线接线柱B向全车供电，磁场接线柱D+的作用是由蓄电池向励磁绕组提供励磁电流使发电机发电，并且控制充电指示灯电路。 11管交流发电机目前汽车上应用较多，因为它具有中性点二极管可提高发电机功率，又有励磁二极管可控制充电指

14、示灯电路。 去掉11管交流发电机中的3只励磁二极管，就变成了8管交流发电机。8管交流发电机的充电指示灯电路由调节器直接控制。,2常见发电机的结构型式,无刷交流发电机 由于没有电刷和滑环，所以不会因为电刷及滑环的磨损和接触不良造成励磁不稳定或发电机不发电等故障；同时工作时无火花，也减小了无线电干扰。 无刷交流发电机分为爪极式、激磁机式和永磁式三种。 （1）爪极式无刷交流发电机的结构及工作原理 如图 24所示，爪极式无刷交流发电机励磁绕组是静止的，它通过一个磁轭托架固定在后端盖上,所以，不再需要电刷。 两个爪极中，只有一个爪极直接固定在电机转子轴上，另一爪极则用非导磁焊接在前一爪极上。当转子旋转时

15、，一个爪极就带动另一爪极一起在定子内转动, 当励磁绕组中有直流电通过时，爪极被磁化, ,就形成了旋转磁场。磁路如图 25箭头所示,2常见发电机的结构型式,图 24 爪极式无刷交流发电机的结构1外型 2后轴承 3防护罩 4整流器 5壳体 6定子 7磁轭 8励磁绕组接头 9励磁绕组 10爪极 11前端盖12风扇 13带轮,2常见发电机的结构型式,（2）爪极式无刷交流发电机的特点 爪极式无刷交流发电机的优点是：结构简单、维护方便、工作可靠，不存在电刷与滑环接触不良导致的发电不稳或不发电故障； 缺点是爪极间连接工艺困难，由于磁路中间隙加大，发电机相同输出功率下需加大励磁电流。,2常见发电机的结构型式,

16、图 25 爪极式无刷交流发电机的结构原理与磁路1转子轴 2磁轭托架 3端盖 4爪极 5定子铁心 6非导磁联结环 7励磁绕组 8转子磁轭,3 交流发电机的型号,汽车交流发电机型号由产品代号、电压等级代号、电流等级代号、设计序号、变型代号五部分组成，如图所示。,图 交流发电机型号,4 交流发电机的性能指标,1额定电压 交流发电机的电压受电压调节器控制，一般比较稳定，只是在发动机启动阶段略有变化，正常情况下，发动机达到怠速转速时，发电机的输出电压应能达到一个稳定值，这个电压值称为发电机的额定电压（12V系统的发电机额定电压为14V，24V系统的发电机额定电压为28V）。,4 交流发电机的性能指标,2

17、空载转速 交流发电机不带负载，能够达到额定电压时的初始转速值定为空载转速，空载转速在发电机出厂时通过试验确定，列入产品说明书。空载转速是汽车设计时选择发动机和发电机速比的主要依据，也是发电机使用过程中性能是否下降的评价指标之一。,4 交流发电机的性能指标,额定电流和额定转速 交流发电机受结构、转速等条件的限制，对外输出电流的能力是有限的，为了评价发电机的对外输出电流能力，把发电机输出最大电流的2/3定为发电机的额定电流，达到额定电流时的转速定为额定转速。发电机出厂时，通过试验确定额定转速和额定电流，并列入产品说明书，发电机的额定转速和额定电流是评价发电机性能的重要指标,4 交流发电机的性能指标

18、,4 交流发电机的故障检测,汽车交流发电机当发现发电机不发电或发电量不足等故障时，应首先判断故障发生在外电路还是发电机内部，若初步确定故障在发电机内部，就应将交流发电机从车上拆下来，对其进行检测、修理。 应先对交流发电机进行整机测试。目的是为了判定交流发电机有无故障和故障发生在哪个部位，以便有的放矢地修理。 整机测试包括：测量各接线柱之间的电阻、在万能试验台上进行空载电压和负载电流的试验、用示波器观察发电机输出波形。,4.1 交流发电机的整机测试,1.测量各接线柱之间的电阻 （1）测量发电机的输出端子B+和搭铁端E之间的阻值（壳体或搭铁接线柱）。 通过测量可以判断交流发电机整流器是否有故障，如

19、有故障应将发电机解体进一步检测。 （2）测量发电机正电刷F接线柱和负电刷E之间的阻值 通过测量各接线柱之间的阻值，不能确定交流发电机是否有无故障时，应进行试验台试验。,4.1 交流发电机的整机测试,图 27各接线柱之间电阻的测量,4.1 交流发电机的整机测试,2试验台试验（1）空载试验 空载试验是在交流发电机不带任何负载（不对外输出电流）情况下的一种试验。空载试验的目的是：初步测定发电机是否有故障。（2）负载试验 负载试验就是在交流发电机带有负载（对外输出电流）情况下的一种试验。负载试验的目的是：进一步测定发电机是否有故障。 交流发电机的有些故障，在没有电流输出的情况下是表现不出来的，所以如果

20、交流发电机空载试验正常情况下，应再作负载试验。,4.1 交流发电机的整机测试,用示波器观察输出电压波形（有条件的情况下） 当交流发电机有故障时，其输出电压的波形将出现异常，因此，在有条件的情况下，可用示波器观察发电机的输出电压波形，根据输出电压波形可以判断交流发电机内部故障是整流器故障还是定子绕组故障。,4.1 交流发电机的整机测试,图 29交流发电机各种故障时的电压波形,4.2 零部件的检修,1转子的检修 (1) 励磁绕组的检修 用万用表测量励磁绕组的电阻，应符合标准。 每个滑环与转子轴之间的阻值都应该是无穷大。,4.2 零部件的检修,(2)转子轴和滑环的检修 转子轴的弯曲会造成转子与定子之

21、间间隙过小而摩擦或碰撞，如发现发电机运转时阻力过大或有异响，应检查转子轴是否有弯曲。 滑环应表面光滑，无烧蚀，厚度应大于1.5mm,图 32 转子轴径向摆差的检测,4.2 零部件的检修,(3)轴承的检修 若发现发电机运转时有异响，应仔细检查是否因轴承的损坏而造成。,4.2 零部件的检修,2定子的检修（1）定子绕组的断路和搭铁故障检测（2）定子绕组的短路故障检测,4.2 零部件的检修,整流器的检修 (1) 普通整流器的检测 将二极管的引线与其他连接分离，用指针万用表的两个表笔分别接到二极管的引线与壳体上，测二极管的正向与反向电阻。二极管的正向电阻应符合标准值，反向电阻应在10k以上。,4.2 零

22、部件的检修,4.2 零部件的检修,（2）整体结构的整流器检测： 整体结构整流器的整流板、正、负硅二极管全部焊装在一起，不可分解。右图为本田汽车交流发电机的整流器。 检测正极管时，将指针万用表的红表笔接B，黑表笔依次接P1、P2、P3、P4，均应导通；交换两表笔后再测，均应为无穷大，否则有正二极管损坏，需更换整流器总成。 检测负极管时将指针万用表的黑表笔接E，红表笔依次接P1、P2、P3、P4，均应导通；交换两表笔后再测，均应为无穷大，否则有负二极管损坏，需更换整流器总成。,4.2 零部件的检修,4.2 零部件的检修,4电刷组件的检测 电刷和电刷架应无破损或裂纹，电刷在电刷架中应活动自如，不得出现卡滞现象。电刷露出电刷架部分的长度叫电刷长度，电刷长不应超出磨损极限（原长的1/2），否则应更换。 电刷弹簧压力应符合标准，一般为23N，将电刷压入电刷架使之露出部分约2mm，弹簧压力过小应更换。,