1、3.2 交流发电机工作原理及特性,一、交流发电机的工作原理,1、发电原理 （a）在发电机内部有一个由发动机带动的转子（产生旋转磁场）励磁绕组通直流电，产生磁场使两块爪极磁化，形成N、S极交错排列的六对磁极，随转子旋转，形成旋转磁场 （b）磁场外有定子绕组, 绕组有3组线圈(3相绕组)，3相绕组是对称的，彼此相隔120度 （c）当转子旋转时，旋转的磁场使固定的定子绕组切割磁力线（或者说使定子绕组中通过的磁通量发生变化）而产生感应电动势。,输出波形,(1)三相交流电动势分别用eu、ev、ew表示，其瞬时值方程为： eu = Emsint=E sint ev = Emsin(t-120)=E sin
2、(t-120) ew = Emsin(t+120)=E sin(t+120)(2)电动势的有效值为: E =4.44KW=Cen (3)频率f=np/60,每极磁通,发电机转速,电机结构常数,磁极对数,（4）三相绕组不同接法时的电压、电流关系,Y形接法 形接法,电压关系： 电流关系：,电压关系：电流关系：,结论： 在交流发电机相电压相同的情况下，采用Y形接法输出电压（线电压）较大；当输出线电压相同时，采用形接法输出电流较大（是Y形接法的3倍），输出功率是Y形接法的3倍。 因此，大多数车用交流发电机的三相定子绕组采用Y形接法，只有少数大功率交流发电机采用形接法。,2、整流原理 通过六只硅二极管组
3、成的三相桥式全波整流电路，将交流发电机产生的三相正弦交流电整流为直流电。 （1）二极管的导同原则 （a）正极管的导通原则：瞬间正极电位最高者导通 （b）负极管的导通原则：瞬间负极电位最低者导通。,a）整流电路；b）三相交流电电压波形；c）整流后电压输出波形,（2）发电机输出的直流电压平均值 UAV=1.35UL Y形连接:UAV=1.35UL=2.34U 形连接:UAV=1.35UL=1.35U 在三相桥式整流电路中，在每个周期内，每只二极管只有1/3时间通过，所以，每只二极管的平均电流ID只是负载电流I的1/3，即ID=I/3。,（3）中性点电压 在有些交流发电机上，中性点用导线引出，接在中
4、性点接线柱“N”上。 UN=UAV/2 用来控制磁场继电器、充电指示灯继电器 加装中性点二极管可以提高发电机的输出功率,（4）多管交流发电机 （a）8管交流发电机利用中性点的输出来提高发电机的输出功率,不同转速时中性点电压,（b）9管交流发电机利用3个磁场二极管控制充电指示灯；给励磁绕组供电,（c）11管交流发电机有6个整流二极管、2个中性点二极管和3个磁场二极管，兼有8管交流发电机和9管交流发电机的特点和作用。,3、励磁方式 （1）他励发电（低速运转时）由蓄电池提供励磁电流以增强磁场 （2）自励发电（高速运转，转速在1000r/min左右时）励磁电流由发电机自身供给 （a）交流发电机自励发电
5、的条件有剩磁且转速足够高 （b）自励原理 转子爪极有剩磁，转子旋转三相定子绕组中产生感应电动势感应电动势加到磁场绕组上磁场绕组中有电流通过磁场增强三相定子绕组中感应电动势提高磁场增强感应电动势提高如此相互促进，发电机电动势很快升高。,内搭铁交流发电机励磁电路,外搭铁交流发电机励磁电路,二、交流发电机的工作特性,1、输出特性即负载特性，指发电机向负载供电时，保持发电机电压一定（对12V系列为14V，对24V系列规定为28V） ，发电机的输出电流与转速的关系。即 U =常数时， 的曲线。,交流发电机的输出特性曲线,变化规律：当发电机电压一定时，随发电机转速的升高，发电机输出电流随之升高。当发电机的
6、转速达到一定值后，发电机的输出电流不再随转速的升高而升高。,（1）空载转速n1发电机空载时，发电机电压达到额定值时的转速。空载转速常作为选择发电机与发动机输出传动比的主要依据。 （2）满载转速n2发电机达到额定功率（或电流）时的转速。发电机的额定电流一般规定为最大电流的70%75%。 （3）发电机的最大输出电流当发电机的转速达到一定值后，发电机的输出电流不再随转速的升高和负载的减小而增大，这时的电流值称为发电机的最大输出电流或限流值。,注意点： （1）空载转速和满载转速是表示交流发电机性能的主要指标，在产品使用说明书中有规定。 （2）交流发电机具有自身限制输出电流的能力，不需要电流限制器。 限
7、流保护原理： （1）定子绕组的阻抗Z随转速升高而增大,内电压降增大Z=感抗 XL=2 L （2）电枢反应增强使磁场削弱，感应电动势下降,2、空载特性,指发电机空载时，发电机的电压与转速之间的关系。即 时， 的曲线。,结论：（1）输出电压随转速升高而升高。 （2）判断低速充电性能的好坏。,3、外特性,指发电机转速一定时，发电机的端电压与输出电流的关系。即 n=常数时， 的曲线。,变化规律： （1）在一定转速下，随负载 （即输出电流）的增加，发电机的端 电压会很快下降，且转速越高，下降 的斜率越大。 （2）当输出电流增大到一定值时， 如负载再增加，输出电流不仅不会增 加，反而会同端电压一起下降。,
8、注意点： （1）当发电机在高速下运转时，如果突然失去负载，其端电压会急剧升高，发电机中的二极管和调节器中的电子元件有被击穿的危险。 （2）由于发电机有自身限制电流的功能，当发电机短路时，其短路电流是很小的。 （3）交流发电机一般工作在转折点以前。 （4）必须配用电压调节器,3.3 交流发电机的电压调节器,一、交流发电机调节器的功用 当发电机转速改变时，自动调节发电机的输出电压，使之保持恒定，防止发电机输出电压过高而烧坏用电设备或使蓄电池过充电。,二、电压调节器的分类 1、按工作原理可分为： 触点式电压调节器触点易产生火花，对无线电干扰大，可靠性差，寿命短，现已被淘汰。 晶体管调节器三极管的开关
9、频率高，且不产生火花，调节精度高，还具有重量轻、体积小、寿命长、可靠性高、电波干扰小等优点；现广泛应用于东风、解放及多种中低档车型,集成电路调节器超小型，安装于发电机的内部（又称内装式调节器），减少了外接线，并且冷却效果得到了改善；现广泛应用于桑塔纳、奥迪等多种轿车车型上。 计算机控制调节器新型调节器，上海别克、广州本田等轿车发电机上使用了这种调节器 （2）按所匹配的交流发电机搭铁型式可分为 内搭铁型调节器与内搭铁型交流发电机配套使用 外搭铁型调节器与外搭铁型交流发电机配套使用,三、交流发电机电压调节器的型号,产品代号交流发电机调节器的产品代号有FT和FTD两种，分别表示发电机调节器和电子式发
10、电机调节器（字母F、T、D分别为发、调、电的汉语拼音第一个字母）,（2）电压等级代号电压等级代号用一位阿拉伯数字表示：1表示12V系统，2表示24V系统，6表示6V系统。 （3）结构形式代号用一位阿拉伯数字表示 1-单联；2-双联；3-三联；4-晶体管；5-集成电路 （4）设计代号按产品设计先后次序，用12位阿拉伯数字表示。 （5）变形代号用汉语拼音大写字母A、B、C顺序表示（不能用0和1）。 例如：FT126C表示12V的双联触点式调节器，第6次设计，第3次变形。 FTD152表示12V集成电路调节器，第2次设计。,交流发电机的三相绕组产生的相电动势的有效值E=Cen（V） 交流发电机所产生
11、的感应电动势与转子转速和磁极磁通成正比 E增大，输出端电压UB升高，当转速升高到一定值时（空载转速以上），输出端电压达到极限，要使发电机的输出电压UB不再随转速的升高而上升 交流发电机调节器的工作原理是：当交流发电机的转速升高时，调节器通过减小发电机的励磁电流If来减小每极磁通，使发电机的输出电压UB保持不变 触点式电压调节器通过触点开闭，接通和断开磁场电路，来改变磁场电流If大小；晶体管调节器、集成电路调节器等利用大功率三极管的导通和截止，接通和断开磁场电路，来改变磁场电流If大小。,3.4 电压调节器的工作原理,一、触点式电压调节器的工作原理,触点式调节器的缺点 （1）可靠性差，寿命短。
12、（2）调节精度差。 （3）维修、调整复杂。 （4）无线电干扰大。 （5）结构复杂，体积大，质量大，价格高。,二、晶体管式电压调节器的工作原理,内搭铁式晶体管调节器基本电路 主要由功率开关三极管（VT2）、信号放大和控制电路（VT1）、电压信号的检测电路（R1、R2、VS）等三部分组成,功率开关三极管VT2串联在磁场绕组的电源端，用来接通和切断发电机的磁场电路。 晶体管三极管VT1将电压检测电路送来的信号进行放大处理，来控制功率开关三极管VT2的导通和截止。 电阻R1、R2构成分压器，接于发电机的输出端与搭铁端之间，用来检测发电机的输出电压UB，从电阻R1上取出总电压的一部分作为调节器的输入信号电压。 稳压管VS反向串联在晶体管三极管VT1的基极回路中，控制VT1的导通与截止。 VD续流二极管 当UPUVS+Ube1时，Vs反向击穿导通，VT1导通,VT2截止 当 UPUVS+Ube1时，Vs截止， VT1截止,VT2导通,
