汽车发电机的发展.docx

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汽车发电机的发展

汽车发电机的发展

摘要

汽车上虽然装有蓄电池，但它存储的电能十分有限。

比如动发动机时，起动机要消耗蓄电池大量电能，若不及时对其进行补充充电就不能满足汽车上不断增多的用电设备的需求，也就很难保证汽车的频繁启动正常运行。

所以可以说发电机是汽车电器系统的主要电源。

发电机的作用是将发动机的部分机械能转变成电能，向除起动机以外的所有用电设备供电，并及时对蓄电池进行补充充电。

长期以来，汽车上采用的是直流发发电机，由于靠整流子换向的直流发电机已不能适应现代汽车的要求，而逐渐被交流发电机取代。

交流发电机的采用，是汽车电器的一大突破。

它始用于20世纪50年代，当今世界发达国家均已在汽车上普遍采用硅整流交流发电机，我国也从70年代开始使用，并已迅速普及。

交流发电机与直流发电机相比，在结构方面有根本性差别的是用硅二极管的固体换向器取代了机械整流器。

这是交流发电机优于直流发电机的主要原因。

因此现代汽车都使用硅整流发电机。

关键词：

交流发电机原理

一交流发电机的作用

1.充电到电瓶，使电瓶保持充满电的状态

2.供应电流到各电器，作为汽车内各个用电器的主要供电电源。

3.唯有在发电机的发电量，低于电器耗用电流时，才由电瓶补足供电

二交流发电机的结构

交流发电机一般由转子、定子、整流器、端盖四部分组成。

交流发电机组件图见图

1—后端盖2—电刷架3—电刷4—电刷弹簧压盖5—硅二极管6—散热板7—转子8—定子总成9—前端盖10—风扇11—皮带轮

交流发电机结构图见图

（1）

转子的功用是产生旋转磁场。

转子由爪极、磁轭、磁场绕组、集电环、转子轴组成，见图

转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有六个鸟嘴形磁极,爪极空腔内装有磁场绕组（转子线圈）和磁轭。

集电环由两个彼此绝缘的铜环组成，集电环压装在转子轴上并与轴绝缘，两个集电环分别与磁场绕组的两端相连。

当两集电环通入直流电时（通过电刷），磁场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，从而形成六对相互交错的磁极。

当转子转动时，就形成了旋转的磁场。

交流发电机的磁路为：

磁轭→N极→转子与定子之间的气隙→定子→定子与转子间的气隙→S极→磁轭。

见图2-7。

（2）定子

定子的功用是产生交流电。

定子由定子铁心和定子绕组成。

见图2-8A

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（大功率）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）

交流发电机三相绕组绕制见图2-8B

结构参数如下：

磁极对数p6对

　　定子槽数z36槽

　　定子绕组相数m3相

　　每个线圈匝数N13匝

　　绕组联结方法Y型联结

一对磁极占6个槽的空间位置（每槽60o电角度），一个磁极占3个槽的空间位置，所以每个线圈两条有效边的位置间隔是3个槽，每相绕组相邻线圈始边之间的距离6个槽，三相绕组的始边的相互间隔可以是2个槽，8个槽，14个槽等。

（三）整流器

交流发电机整流器的作用是将定子绕组的三相交流电变为直流电，6管交流发电机的整流器是由6只硅整流二极管组成三相全波桥式整流电路，6只整流管分别压装（或焊装）在两块板上。

1．汽车用硅整流二极管特点

（1）工作电流大，正向平均电流50A，浪涌电流600A；

（2）反向电压高，反向重复峰值电压270V，反向不重复峰值电压300V；

（3）只有一根引线见图2-9。

并且有的二极管引线是正极，有的二极管引线是负极，引出线为正极的管子叫正极管，引出线为负极的管子叫负极管，所以说整流二极管有正二极管和负二极管之分。

2．整流管的安装

将正极管安装在一块铝制散热板上，称为正整流板；将负极管安装另一块铝制散热板上，称为负整流板，也可用发电机后盖代替负整流板。

见图2-10。

在正整流板上有一个输出接线柱B（发电机的输出端）。

负整流板上直接搭铁。

负整流板上一定和壳体相联接。

整流板的形状各异，有马蹄形、长方形、半圆形等见图2-11

（4）端盖

端盖一般分两部分（前端盖和后端盖），起固定转子、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。

后端盖上装有电刷组件，有电刷、电刷架和电刷弹簧组成。

电刷的作用是将电源通过集电环引入磁场绕组。

见图2-12

磁场绕组（两只电刷）和发电机的联接不同，使发电机分为内搭铁型和外搭铁型两种

（五）风扇

风扇用1.5～2mm厚的钢板冲制而成，并用半圆键装在前端盖外侧的转轴上。

发电机的后端盖上有进风口，前端盖上有出风口，当皮带轮与风扇一起旋转时，使空气高速流经发电机内部进行强力通风冷却。

（6）皮带轮

皮带轮是利用皮带将发动机的转矩传递给转子，通常用铝合金制成。

一般分为单槽和双槽两种，利用风扇的半圆键装在风扇外侧的转轴上，并用弹簧垫圈和螺母紧固。

三交流发电机工作原理

交流发电机的发电原理如图2-2所示。

图2-2交流发电机发电原理

1.在发电机内部有一个由发动机带动转子（旋转磁场）

2.磁场外有一个定子绕组,绕组有3组线圈（3相绕组），3相绕组彼此相隔120度

3.当转子旋转时，旋转的磁场使固定的电枢绕组切割磁力线（或者说使电枢绕组中通过的磁通量发生变化）而产生电动势。

（1）定子3相绕组感生电动势的大小为：

其中：

Em-每相电动势的最大值

ω-电角速度

f-交流电动势的频率（为转速的函数）

p-磁极对数

n-发电机转速（r/min）

Eφ-每相电动势的有效值

（2）定子每相电动势的有效值

K-绕组系数（和发电机定子绕组的绕线方法有关）

N-每项匝数（匝）

φ-每极磁通（Wb）

Ce-电机结构常数

（3）交流电动势波形

由此可见,交流电动势的幅值是发电机转速的函数。

因此，当转速n变化时，三相电动势的波形为变频率、变幅值的交流波形。

4.定子三相绕组的接法

定子三相绕组的接法有两种

（1）星形接法

IL=IΦIL-线电流IΦ-相电流

（2）三角形接法中

0UL=UΦ

四　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，是靠六只二极管组成的三相桥式整流电路变为直流电的。

二极管具有单项导电性,当给二极管加上正向电压时,二极管导通,当给二极管加上反向电压时,二极管截止,二极管的导通原则如下:

1.二极管的导通原则

当三只二极管负极端相连时，正极端电位最高者导通；

当三只二极管正极端相连时，负极端电位最低者导通。

2.整流过程分析

桥式整流电路及电压波形见图2-3。

图2-3桥式整流电路及电压波形

（1）整流时二极管导通条件：

①对于三个正极管子（D1、D3、D5正极和定子绕组始端相联），在某瞬时，电压最高一相的正极管导通。

②对于三个负极管子（D2、D4、D6负极和定子绕组始端相联），在某瞬时，电压最低一相的负极管导通。

但同时导通的管子总是两个，正、负管子各一个。

（2）整流过程

看一下下面的动画（动画1）

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流电压。

如图2-2所示

（3）发电机输出的直流电压平均值为：

U=1.35UL=2.34UΦ

流经每只二极管的电流

ID=IL/3

3．中性点电压

有的发电机具有中性点接线柱，如图2-4，是从三相绕组的中性点引出来的，标记为“N”。

输出电压为UN，称为中性点电压

图2-4带中心抽头的交流发电机

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，即：

UN=UB/2

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。

有的发电机没有中性点接线柱，但是也把中性点电压充分的利用了（如夏利、桑塔纳发电机），这些发电机在中性点处接上两只整流二极管，和三相绕组的六只整流二极管一道输出，可提高发电机功率。

五交流发电机的发展趋势

随着汽车交流发电机技术的发展与进步，各汽车生产大国相继开发了结构先进、性能优良的新型交流发电机。

目前汽车装备的主要有八管交流发电机（如夏利轿车发电机）、九管交流发电机（如斯太尔汽车发电机）、十一管交流发电机（如奥迪、桑塔纳轿车发电机）和无刷交流发电机（如东风EQ2102、EQ1108、EQ1141型汽车发电机）。

而20世纪80年代以来，国内外都在致力于开发研制结构新颖、性能优良、维修方便的无刷交流发电机，其显著特点是发电机内部没有电刷和集电环。

汽车用无刷交流发电机分为爪极式无刷交流发电机和感应电子式无刷交流发电机两类，目前大多数采用爪极式无刷交流发电机。

六参考文献

1，赵福堂《汽车电器与电子设备》北京理工大学出版社