交流发电机和电压调节器.docx

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交流发电机和电压调节器

课程名称

汽车电气设备构造和维修

课题

交流发电机及电压调节器

任课教师

授课日期

授课班级

课时

2

总课时

72

教学方式

讲授（采用多媒体演示）

教学目的和要求

应知能力：

（1）了解交流发电机的结构特性；

（2）掌握交流发电机及电压调节器的工作原理；

应会能力：

学会进行电路分析；

重点

难点

重点：

（1）交流发电机的工作原理；

（2）电压调节器的工作原理；

难点：

（1）交流发电机的工作原理；

（2）电压调节器的工作原理；

教学准备

工量具、仪器、教具

多媒体教室

机件、原材料

发电机，发电机解剖模型

作业布置

1、复习交流发电机的工作原理；

2、复习电压调节器的工作原理；

课后

分析

序号

教学内容

教学方法

一.

二.

三.

四.

五.

提问：

（5分钟）

1、蓄电池充放电特性分别是什么？

2、蓄电池的种类：

导入新课

课题：

交流发电机及电压调节器

（一）

教学目标

1.应知能力：

（1）了解交流发电机的结构特性；

（2）掌握交流发电机及电压调节器的工作原理；

2.应会能力：

学会进行电路分析；

理论讲解（75分钟）

一．交流发电机的优点：

1、体积小、重量轻；

2、输出功率大；

3、低速充电性能好；

4、对无线电干扰小；

5、配用调节器结构简单；

二、交流发电机的分类

1．按总体结构分

普通式、整体式、带泵式、无刷式、永磁式

2．按磁场绕组搭铁方式分：

内搭铁、外搭铁

3．按装用的二极管数量分：

六管的、八管的、九管的、十一管的

三、交流发电机的构造

汽车用交流发电机，多采用三相同步交流发电机，由6只二极管构成三相桥式全波整流器。

各国生产的交流发电机都大同小异，主要由定子、转子、电刷、整流二极管、前后端盖、风扇及带轮等组成。

有的还将调节器和发电机装在一起。

转子用来建立磁场。

定子中产生的交变电动势，经过二极管整流器整流后输出直流电。

JF132型交流发电机的组件图见图2．l。

（一）转子

1、组成：

交流发电机的转子是发电机的磁场部分，它主要由两块爪极、磁场绕组、滑环及轴等组成

2、作用：

产生磁场（在激磁绕组上加入激磁电流）

3、检测:

（1）测激磁绕组电阻R=3～4Ώ

（2）测滑环和轴之间的绝缘性

（3）观察铁芯分布的均匀性（4）观察滑环的光洁度

（5）测转子的径向跳动

（二）定子

1、组成：

定子是产生和输出交流电的部件，又叫电枢，由定子铁心和定子绕组组成。

定子铁心由相互绝缘的内圆带槽的环状硅钢片叠成。

定子槽内置有三相对称绕组，三相绕组大多数采用Y形（星形）联结，也有用凸形联结的。

2、作用：

产生三相交流电（导线切割磁力线）

3、检测:

（1）测各相绕组间电阻值应小于1欧姆；

（2）测线圈和铁芯之间的绝缘性。

（三）整流器

1、组成：

六只硅二极管（其中三只正二极管──装在元件板上；三只负二极管──装在后端盖上）形成三相全波桥式整流。

2、作用：

将交流电变成直流电

3、检测:

（1）性能检测------二极管正向导通,反向截止；

（2）极性判断------当二极管导通时,黑表棒接的是辫子,此二极管为正二极管；

（四）其它

炭刷、炭刷架、前、后端盖、风扇、皮带轮等；

四、交流发电机的工作原理

（一）工作原理

1、发电原理

Ea=EmSinωt

Eb=EmSin（ωt-120︒）

Ec=EmSin（ωt-240︒）

（二）整流原理

正极管导通是：

加在正极管上的正向电压最高的管子导通。

负极管导通是：

加在负极管上的反向电压最低的管子导通。

六管交流发电机的整流装置实际是一个由6个硅整流二极管组成的三相桥式整流电路，见图2．15（a）。

3个二极管VD2、VD4、VD6组成共阳极组接法，3个二极管VD1、VD3、VD5组成共阴极组接法。

每个时刻有2个二极管同时导通，其中一个在共阴极组，一个在共阳极组，同时导通的两个管子总是将发电机的电压加在负荷两端，见图2．15（c）。

当t＝0时，C相电位最高，而B相电位最低，所对应的二极管VD5、VD4均处于正向导通。

电流从绕组C出发，经VD5→负载RL→VD4→绕组B构成回路。

由于二极管的内阻很小，所以此时发电机的输出电压可视为B、C绕组之间的线电压。

在t1－t2时间内，A相的电位最高，而B相电位最低，故对应VD；、VD。

处于正向导通。

同理，交流发动机的输出电压可视为A、B绕组之间的线电压。

在t。

－t。

时间内，A相电位最高，而C相电位最低，故VD1、VD6处于正向导通。

同理，交流发动机的输出电压可视为A、C绕组之间的线电压。

以次类推，周而复始，在负载上便可获得一个比较平稳的直流脉动电压。

交流发动机输出电压的平均值为

Uav＝2.34UΦ

式中，Uav——输出直流电压平均值（单位：

v）；

UΦ——发电机相电压有效值（单位：

v）。

（三）激磁方式

汽车用交流发电机的励磁方法和一般工业用交流发电机不同。

在无外接直流电源的情况下，也可利用磁极的剩磁自励发电，但由于交流发电机转子的剩磁较弱，发电机只有在较高转速时，才能自励发电，因而不能满足汽车用电的要求。

为了使交流发电机在低速运转时的输出电压满足汽车上用电的要求，在发电机开始发电时，采用他励方式，即由蓄电池提供励磁电流，增强磁场，使电压随发电机转速很快上升。

这就是交流发电机低速充电性能好的主要原因。

当发电机输出电压高于蓄电池电压，一般发电机的转速达到1000r／min左右时，励磁电流便由发电机自身供给，这种励磁方式称为自励。

由此可见，汽车交流发电机在输出电压建立前后分别采用他励和自励两种不同的励磁方式。

五、交流发电机的特性

（一）空载特性

空载特性是指无负荷时，发电机端电压和转速的变化规律。

根据试验结果，可以绘出一条U＝f（n）的空载特性曲线，见图：

从曲线可以看出，随着转速的升高，端电压上升较快。

由他励转入自励发电时，即能向蓄电池进行补充充电。

这进一步证实了交流发电机低速充电性能好的优点。

空载特性是判定交流发电机充电性能是否良好的重要依据。

（二）输出特性

输出特性也称负载特性或输出电流特性，它是在发电机保持输出电压一定时，发电机的输出电流和转速之间的关系。

一般对标称电压为12V的硅整流发电机，其输出电压恒定在14V；对标称电压为24V的发电机，其输出电压恒定在28V。

通过试验可以测得一条I＝f（n）的输出特性曲线，见图：

由输出特性可以看出发电机在不同转速下输出功率的情况，它表明：

①发电机只需在较低的空载转速n1时，就能达到额定输出电压值，因此其具有低速充电性能好的优点。

空载转速值是选定传动比的主要依据。

②发电机转速升至满载转速n2时，即可输出额定功率的电能，因此其具有发电性能优良的特点。

空载转速值和满载转速值是使用中判断发电机技术性能优劣的重要指标，发电机出厂技术说明书中均有规定。

使用中，只要测得这两个数据，和规定值相比即可判断发电机性能是否良好。

③当转速升到某一定值以后，输出电流就不再随转速的升高和负荷的增多而继续增大，因此其具有自身控制输出电流的功能，不再需要限流器。

交流发电机的最大输出电流约为额定电流的1．5倍。

（三）外特性

空载特性是指无负荷时，发电机端电压和转速的变化规律。

根据试验结果，可以绘出一条U＝f（n）的空载特性曲线，见图：

发电机的转速越高，端电压越高，输出电流也越大。

转速对端电压的影响较大。

六、交流发电机性能的改善

有的交流发电机除具有组成三相桥式整流电路的6个二极管外，还具有2个中性点二极管，其接线柱的记号为“N”。

中性点对发电机外壳（即搭铁）之间的电压UN是通过3个负极管三相半波整流得到的直流电压，所以UN＝（l／2）Uo中性点电压一般用来控制各种继电器如磁场继电器、充电指示灯继电器等。

有的交流发电机还利用中性点的输出提高发电机的输出功率，见图：

发电机高速时，当中性点电压的瞬时值高于输出电压（平均电压14V）时，从中性点输出的电流见图（a），其输出电路为：

定子绕组→中性点二极管VD7→负载（包括蓄电池）→负极管→定子绕组。

当中性点电压瞬时值低于搭铁电位时，流过中性点二极管VD8的电流见图（b），其输出电路为：

定子绕组→正极管→B接线柱→～负载（包括蓄电池）→中性点二极管VD8→定子绕组。

实验证明，加装中性点二极管后，在发电机转速超过2000r／min时，其输出功率可提高11％～15％。

当交流发电机输出电流时，中性点的电压含有交流成分，即中性点三次谐波电压，且幅值随发电机的转速而变化，见图。

七、交流发电机的调节器

（一）调节器的功用：

E=Cnφ

n↑---Φ↓---Φ=L*I↓---I↓=U/R↑+Rf

（二）电压调节原理

通过改变激磁回路的电阻值，来调节发电机的输出电压，使其保持稳定。

（三）调节器的分类

1、电磁振动式调节器

①按触点的对数分：

单级式、双级式

②按组成的联数分：

单联式、双联式

2、电子调节器

①按结构形式分：

晶体管式、集成电路式

②按安装方式分：

外装式、内装式

③按搭铁形式分：

内搭铁、外搭铁

④按功能的多少分：

单功能、多功能

八、电磁震动式调节器

（一）双级式电压调节器

双级式电压调节器工作过程：

①发动机起动并闭合点火开关时，发电机转速很低，其端电压低于蓄电池端电压，调节器低速触点闭合，由蓄电池向发电机提供他励励磁电流。

此时的励磁电路为：

蓄电池正极→电流表→点火开关→调节器火线接线S→低速触点K1→衔铁→调节器磁场接线柱F→发电机励磁绕组→搭铁→蓄电池负极。

这种情况下，用电设备均由蓄电池供电，电流表指向“－”的一侧，调节器不工作。

②当发电机转速升高，其端电压略高于蓄电池的端电压但低于14V时，调节器低速触点仍闭合，发电机由他励转入自励而正常发电。

励磁电路基本不变，只是蓄电池被发电机取代。

从此开始，所有用电设备均由发电机供电，同时，发电机向蓄电池作补充充电。

电流表指向“＋”的一侧，调节器处于准备工作状态，工作电路为：

发电机正极→点火开关→调节器火线接线柱S→R1→R3→搭铁→发电机负极。

③当发动机升至较高转速，发电机的电压达到第一级调压值时，调节器线圈中的铁心电磁力克服弹簧力，使低速触点K1打开，但尚不能使高速触点K2闭合。

因为励磁电路中串入R1和R2，而R2阻值比R1大得多，使励磁电流减小，端电压下降，低速触点又闭合；低速触点K1重新闭合后，切去电阻R1＋R2，使励磁电流再次增大，端电压再次升高，低速触点再次打开。

如此循环下去，在低速触点不断开合振动下实现第一级电压的调节工作。

一级调压的励磁电路为：

发电机正极→点火开关→调节器火线接线柱S→R1→R2→调节器磁场接线柱F→发电机励磁绕组→搭铁→发电机负极。

④发动机高速运转时，发电机的电压将超过第一级调压值，达到第二级调压值，调节器线圈中的铁心电磁力远大于弹簧力，使高速触点K2闭合，立即将励磁电路短接搭铁。

于是励磁电流急速减小，电压下降，高速触点打开；高速触点打开之后，励磁电路又被接通，励磁电流又增大，电压又上升，高速触点又闭合。

如此循环下去，在高速触点不断开合振动下实现第二级电压的调节工作。

二级调压高速触点闭合时的励磁电路短接回路为：

搭铁→高速触点K2→衔铁→磁轭→调节器磁场接线柱F→发电机励磁绕组→搭铁。

⑤发动机停转时，断开点火开关，发电机不发电，调节器恢复到不工作状态，即低速触点K1常闭，高速触点K2常开，电流表指针回到零位。

课后总结（5分钟）

1、交流发电机的结构特性；

2、交流发电机及电压调节器的工作原理；

作业布置（5分钟）

1、复习交流发电机的工作原理；

2、复习电压调节器的工作原理；

〈启发提问〉

〈板书〉

〈讲解说明〉

〈板书〉

〈讲解说明〉

〈板书〉

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〈讲解说明〉

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〈讲解说明〉

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