汽车发电机工作原理.docx

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汽车发电机工作原理

RevisedbyChenZhenin2021

汽车发电机工作原理

整体式交流发电机工作原理、

结构及主要零部件的功能简介

一、概述

发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动机正常运转时，向除启动机外的所有用电设备供电，同时给蓄电池充电，汽车用发电机可分为直流发电机和交流发电机，由于交流发电机的性能在许多方面优于直流发电机，直流发电机已被淘汰。

目前汽车采用三相交流发电机，内部带有二极管整流电路，将交流电整流为直流电，所以，汽车交流发电机输出的是直流电。

交流发电机必须配装电压调节器，电压调节器对发电机的输出电压进行控制，使其保持基本恒定，以满足汽车用电器的需求。

二、交流发电机的分类

一、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

我们的产品主要以整体式交流发电机、带泵交流发电机为主。

2、按输出电压分为14V和28V两大类

3、按发电机的输出电流分有很多种，我们的产品主要有25A、35A、55A、70A、75A、80A、90A、100A、110A、120A、140A、150A等。

三、交流发电机的型号

根据中华人民共和国汽车行业标准QC/T73-93《汽车电器设备产品型号编制方法》的规定，汽车交流发电机型号组成如下：

1.产品代号

产品代号用中文字母表示，例：

JF——普通交流发电机JFZ——整体式（内置调节器）交流发电机JFB——带泵的交流发电机JFW——无刷交流发电机

2.电压等级代号

　　电压等级代号用一位阿拉伯数字表示，例：

1表示12V系统，2表示24V系统，6表示6V系统。

3.变形代号

变形代号现在主要为各生产厂根据自己的情况进行编排，没有固定的代号。

例：

JFZ2972为28V整体式交流发电机

JFZB1990为14V整体式带泵交流发电机

四、整体交流发电机的工作原理

1.工作原理

当外电路通过电刷使励磁绕组通电时，便产生磁场，使爪极被磁化为N极和S极。

当转子旋转时，磁通交替地在定子绕组中变化，根据电磁感应原理可知，定子的三相绕组中便产生交变的感应电动势。

这就是交流发电机的发电原理。

由原动机（即发动机）拖动直流励磁的同步发电机转子，以转速n（rpm）旋转，三相定子绕阻便感应交流电势。

定子绕阻若接入用电负载，电机就有交流电能输出，经过发电机内部的整流桥将交流电转换成直流电从输出端子输出。

交流发电机分为定子绕组和转子绕组两部分，三相定子绕组按照彼此相差120度电角度分布在壳体上，转子绕组由两块极爪组成。

当转子绕组接通直流电时即被励磁，两块极爪形成N极和S极。

磁力线由N极出发，透过空气间隙进入定子铁心再回到相邻的S极。

转子一旦旋转，转子绕组就会切割磁力线，在定子绕组中产生互差120度电度角的正弦电动势，即三相交流电，再经由二极管组成的整流元件变为直流电输出。

当开关闭合后，首先由蓄电池提供电流。

电路为：

蓄电池正极→充电指示灯→调节器触点→励磁绕阻→搭铁→蓄电池负极。

此时，充电指示灯由于有电流通过，所以灯会亮。

但发动机起动后，随着发电机转速提高，发电机的端电压也不断升高。

当发电机的输出电压与蓄电池电压相等时，发电机“B”端和“Ｄ”端的电位相等，此时，充电指示灯由于两端电位差为零而熄灭。

指示发电机已经正常工作，励磁电流由发电机自己供给。

发电机中三相绕阻所产生的三相交流电动势经二极管整流后，输出直流电，向负载供电，并向蓄电池充电。

2.励磁方式

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。

（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）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。

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1～2V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。

图为星形接法交流发电机的励磁电路

五、整体交流发电机的结构

整体式交流发电机一般由定子、转子、整流桥（桥式整流器）、调节器总成（由电刷组件和调节器组成）、前后端盖、轴承、风扇、皮带轮等组成。

驱动端盖

电刷端盖

转子

轴承

皮带轮

轴承

交流发电机结构示意图

1、转子

转子的功用是产生磁场。

转子由爪极、励磁绕组、滑环、转子轴等组成，如图所示

图为转子解体示意图

转子轴上压装着两块爪极，爪极被加工成鸟嘴形状，爪极空腔内装有励磁绕组和磁轭。

滑环由两个彼此绝缘的铜环组成，压装在转子轴上并与轴绝缘，两个滑环分别与励磁绕组的两端相连。

当给两滑环通入直流电时，励磁绕组中就有电流通过，并产生轴向磁通，使爪极一块被磁化为N极，另一块被磁化为S极，从而形成六对（或八对）相互交错的磁极。

当转子转动时，就形成了旋转的磁场。

如下图所示：

1-磁轭2-磁场绕组3、4-磁极

5-定子铁心6-定子绕组7-轴8-漏磁通

2、定子

定子又称为电枢。

定子的功用是产生交流电。

当激磁电流作用于转子绕组，转子轴在发动机正时齿轮的带动下转动，在定子绕组中产生感应电动势。

定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。

定子绕组有三相，三相绕组采用星形接法或三角形接法，都能产生三相交流电。

三相绕组的必须按一定要求绕制,才能使之获得频率相同、幅值相等、相位互差120°的三相电动势。

（1）每个线圈的两个有效边之间的距离应和一个磁极占据的空间距离相等。

（2）每相绕组相邻线圈始边之间的距离应和一对磁极占据的距离相等或成倍数。

（3）三相绕组的始边应相互间隔2π+120o电角度（一对磁极占有的空间为360o电角度）

定子三相绕组的接法有两种

星形接法的特点是线电流等于相电流，且三相

的一端连接在一起。

中性点电压的瞬时值是一个

三次谐波电压，中性点电压的平均值为发电机输出

电压（平均值）的一半，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。

（如右图所示）

三角形接法的特点是线电流等于相电流，且三相连接成一个闭环，无中性点。

如图所示：

定子安装在转子的外面，和发电机的前后端盖固定在一起，当转子在其内部转动时，引起定子绕组中磁通的变化，定子绕组中就产生交变的感应电动势。

定子由定子铁心和定子绕组（线圈）组成。

定子铁心由内圈带槽、互相绝缘的硅钢片叠成。

定子绕组有三组线圈（3相绕组），3相绕组彼此相隔120度对称的嵌放在定子铁心的槽中。

三相绕组的连接有星形接法和三角形接法两种，都能产生三相交流电。

定子绕组

定子铁心

定子示意图

3、整流桥（又叫整流器）

整流桥的功用是将定子绕组的三相交流电变为直流电输出。

整流器由整流板、整流二极管和激磁二极管组成。

二极管只允许电流单向通过，所以将其接入交流电路时它能使电路中的电流只按单向流动，即所谓“整流”。

整流二极管一种具有单向导电性的半导体器件,能将交流电能转变为直流电能。

将交流电源整流成为直流电流的二极管叫作整流，整流二极管分为正极管和负极管两种，分别压装（或焊装）在相互绝缘的两块板上组成的。

正二极管的中心引线为二极管正极，外壳为负极。

正二极管的外壳压装或焊装在元件板上，共同组成发电机的正极，由一个与后端盖绝缘的元件板固定螺栓通至机壳外，成为发电机的B+输出钉。

4、端盖及电刷组件

端盖一般分两部分（驱动端盖和电刷端盖），起支撑转子、定子、整流器和电刷组件的作用。

端盖一般用铝合金铸造，一是可有效的防止漏磁，二是铝合金散热性能好。

电刷端盖上装有电刷组件。

不带调节器的电刷组件由电刷、电刷架和电刷弹簧组成，带调节器的电刷组件由电刷、电刷架、电刷弹簧及调节器组成。

电刷的作用是将电源通过滑环引入励磁绕组。

两个电刷分别装在电刷架的孔内，借助弹簧压力与滑环保持接触。

电刷和滑环的接触应良好，否则会因为磁场电流过小，导致发电机发电足。

电压调节器是把发电机输出电压控制在规定范围内的装置，其功用是在发电机转速变化时，自动控制发电机电压保持恒定，使其不因发电机转速高时电压过高烧坏用电器和导致蓄电池过充电；也不会因发电机转速低而电压不足导致用电器工作失常。

电刷架

调节器

电刷组件示意图

5．皮带轮及风扇

交流发电机的前端装有皮带轮和风扇，由发动机通过传动带驱动发电机的转子轴和风扇一起旋转。

发电机工作时，定子绕组和励磁绕组中都会有热量产生，温度过高会烧坏导线的绝缘导致发电机不能正常工作，所以为发电机散热是必须的。

发电机的通风散热是靠风扇来完成，（由铝合金或钢板冲压而成）发电机有1-2个风扇，对于只有一个风扇的发电机，风扇均装于前端盖与带轮之间；对于有两个风扇的发电机，有的是在转子爪极两侧各焊装一个，有的是一个风扇装于前端盖与皮带轮之间，另一个风扇装在后端盖与转子爪极之间

六、汽车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）。

2．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。

3．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。