第3章 交流发电机 汽车电气设备(第2版)凌永成 电子课件

发电机的功用 发电机是汽车的主要电源，其功用是在 发动机正常运转时（怠速以上），向所有 用电设备（起动机除外）供电，同时向蓄 电池充电。
3.1交流发电机的构造与工作原理
3.1.1汽车用交流发电机的分类
1.按总体结构分
1）普通交流发电机
普通交流发电机（图 3-1）的应用最为普 遍，如东风EQ1090 型载货汽车用JF132 型交流发电机，解放 CA1091型载货汽车 用JF1522A型交流发 电机等。
因为定子绕组是由三相绕组组成的，因而在三相绕组中 产生频率相同、幅值相等、相位互差120°的交流电动势。
E＝CnΦ
式中 E——每相绕组中电动势的有效值，Ⅴ； C——发电机结构常数； n——发电机转速，r／min； Φ——磁极磁通，Wb。
2.整流原理
硅整流器是利用二极管的单向导电性，将交流电转变为 直流电的。 1）六管交流发电机整流电路
4.按冷却方式分 1）风冷式发电机 风冷式(air-cooled )发电机按通风方式不同可分为单
风扇式和双风扇式。
单风扇式是风扇安装在交 流发电机的前端，风扇旋 转产生的轴向空气流经发 电机内部，对定子绕组进 行冷却。而双风扇式交流 发电机是在转子两端各装 有一个风扇，产生的是轴 向和径向的两个方向的空 气流。
3）九管交流发电机
九管交流发电机是指具有三个磁场二极管的交流发电机， 其整流器总成共有九只二极管，如北京BJ1022型轻型车用的 JFZ14L型交流发电机。
4）十一管交流发电机
十一管交流发电机是指具有中性点二极管和磁场二极管 的交流发电机，其整流器总成共有十一只二极管，如奥迪、 桑塔纳轿车用JFZ1813Z、JFZ1913Z型交流发电机。
内搭铁（internal earth）式交流发电机磁场绕组的一 端与发电机壳相连接，如东风EQ1090车用的JF132型交流 发电机。
2）外搭铁式交流电发机
外搭铁（external earth）式交流电发机磁场绕组的一 端经电压调节器后搭铁，如解放CA1091型车用的JF152D、 JF1522A型交流发电机。
（a）三相桥式整流电路 （b）三相交流电的波形 图3-22 三相桥式整流电路及电压波形
在三相桥式整流电路中，三只正极管和三只负极管都是 轮流工作，所以流过每只二极管的平均电流Ip仅为负载电流If 的三分之一。 有些交流发电机带有中心抽头，它是从三相绕组的中性 点引出来的，其接线柱标记为“N‖。 中性点对发电机 外壳（搭铁）之间的 电压称为中性点电压， 其数值等于发电机输 出电压的一半。
5.带轮及风扇
（a）单面轴向通风
（b）双向轴向进风、径向排风 桑塔纳2000轿车的交流发电机 图3-20 发电机的通风
3.1.3交流发电机的工作原理 1.发电原理
发电机的三相定子绕组按一定规律分布在发电机的定子 槽中，彼此相差120°电角度，且匝数相等。三相绕组的末 端连在一起，成星图
3）带泵交流发电机
带泵交流发电机 是带有真空泵的 交流发电机，如 JFWBZ27型交 流发电机等。
龙口中宇 JFWBZ27带泵交流发电机
带泵交流发电机
4）无刷交流发电机
无刷交流发电机（brush-less alternator）是无电刷、 滑环结构的交流发电机。如福建仙游电机厂生产的JFW14X 型交流发电机和山东龙口中宇电机厂生产的 JFWBZ27交流 发电机。
中性点电压用途 很广，常用来控制充 电指示灯和各种用途 的继电器，如控制空 调继电器、磁场继电 器等。
2）八管交流发电机整流电路
图3-23 八管交流发电机整流电路
试验表明，在不改变交流发电机结构的情况下，在定子 绕组的中性点处加装中性点二极管后，发电机输出功率与额 定功率相比，可以提高10%～15%，并且转速越高输出功率 增加越明显。
1.转子总成
转子总成（rotor assembly）是交流发电机的磁场部分， 作用是产生磁场。 转子总成主要由两块低碳 钢爪形磁极、磁轭、磁场 绕组、转子轴和滑环等组 成。
图3-12 交流发电机转子总成 1—滑环；2—转子轴；3—磁爪；4—磁轭；5—磁场绕组
2.定子总成
定子总成（stator assembly）也称电枢，由定子铁心和 定子绕组组成，作用是产生三相交变电动势。
前、后端盖上均装有滚珠轴 承，用以支承转子总成。后 端盖内装有电刷与电刷架， 两只电刷装在电刷架中的导 孔内，借助弹簧的弹力与滑 环保持接触。
（a）外装式电刷 （b）内装式电刷 图3-19 电刷及电刷架
两个电刷中与发电机外壳绝缘的称为绝缘电刷，其引线接 到发电机后端盖外部的接线柱“F‖上，成为发电机的磁场接 柱。另一个电刷是搭铁的，称为搭铁电刷。 搭铁电刷的搭铁方式有两种：引线用螺钉固定在后端盖上 （标记为“－”）直接搭铁，即内搭铁；搭铁引线与发电机机 壳绝缘，接到后端盖外部的绝缘接线柱上（标记为“F－”） 通过调节器搭铁，即外搭铁。
三角形连接的优点是 发电机内部损失小， 在高转速时能产生较 大的输出电流，因而 主要用在高转速时要 求有高输出功率的交 流发电机上，如神龙 富康轿车等。三角形 连接的缺点是低转速 时输出电压较低。
图3-14b 定子绕组的连接方法（三角形连接）
3.整流器
整流器（rectifier）的作用是把交流发电机产生的三相 交流电转变成直流电输出，整流器一般由六只整流二极管和 散热板组成。
3.2 交流发电机的工作特性与型号
3.2.1交流发电机的工作特性 1.输出特性
交流发电机的输出特性（out-put characteristic）也称负载特性或输出电 流特性。输出特性是指在发电机保持输出电压一定（即U=const）时，发 电机的输出电流与转速之间的关系。
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 验可以测得一条的 输出特性曲线。
三相绕组的连接方法可分为星形连接和三角形连接两种。 星形连接是每相绕 组的一根线头都接 至公共接点，另外 三根线头分叉成Y 形。 所以，星形连接又 称Y形连接。星形 连接有低速发电性 能好的优点，所以 目前车用发电机多 采用星形连接。
图3-14a 定子绕组的连接方法（星形连接）
三角形连接是三相绕组的首尾线头彼此相接，就像三角形，所 以称为三角形连接。
图3-1 普通交流发电机
图3-1 普通交流发电机
2）整体式交流发电机
整体式交流发电 机(integrate alternator)是内 装电压调节器的 交流发电机，如 一汽奥迪、上海 桑塔纳等轿车用 JFZ1813Z型交 流发电机。
图3-2 整体式交流发电机（匹配KIA PRIDE）
图3-3 整体式交流发电机（匹配杭发潍柴斯太尔）
2）水冷式发电机
在高档轿车上，出于降低运行噪音和增强冷却效果的考 虑，多采用新型水冷式(water-cooled )发电机。
图3-8 宝马车配装的水冷式交流发电机
3.1.2交流发电机的构造
图3-9 国产JF系列交流发电机结构图 1—电刷；2—弹簧；3—盖板；4—转子总成；5—定子总成； 6—定位圈；7—前端盖；8—风扇；9—带轮；10—后端盖
图3-10 国产JF系列交流发电机解体图 1—紧固螺母及弹簧垫圈；2—带轮；3—风扇；4—前轴承油封及护圈；5—组装螺栓；6—前端盖； 7—前轴承；8—定子；9—转子；10—“+”（电枢）接柱； 11—散热板；12—“—”（搭铁）接柱；13—电刷及压簧；14—电刷架外盖； 15—电刷架；16—“F”（磁场）接柱；17—后轴承；18—转轴固定螺母及弹簧垫圈；19—后轴承纸垫及护盖； 20—安装臂钢套；21—后端盖； 22—后端盖轴承油封及护圈；23—散热板固定螺栓
3）九管交流发电机整流电路
在有些交流发电机中，除了有普通交流发电机用来整流 的六只二极管外，又多装了三个功率较小的二极管，组成九 管交流发电机。三个功率较小的二极管专门用来供给磁场电 流，所以又叫磁场二极管。
图3-24 九管交流发电机充电系统电路
4）十一管交流发电机整流电路
上海桑塔纳、一汽奥迪等汽 车采用十一管交流发电机， 不仅能增大输出功率，还可 以用充电指示灯来指示发电 机工作状况。
3.按装用的二极管数量分
1）六管交流发电机
六管交流发电机的整流器由六只硅二极管组成，这种型式应 用最为广泛，如东风EQ1090车用的JF132型、解放CA1091 型车用JF1522A、JF152D型交流发电机等。
2）八管交流发电机
八管交流发电机是指具有两个中性点二极管（neutral-point diode）的交流发电机，其整流器总成共有八只二极管，如 天津夏利TJ 7100、TJ7100U微型轿车所用的JFZ1542型交 流发电机。
交流发电机用的整流 二极管分为正极二极 管和负极二极管两种。 正极二极管的中心引 线为正极，外壳为负 极，管壳底部一般有 红字标记。
图3-15 整流器实物照片
交流发电机用的整流二极管分为正极二极管和负极二极 管两种。正极二极管的中心引线为正极，外壳为负极，管壳 底部一般有红字标记。
三只正极二极管的外壳压装或者焊接在铝合金散热板的 三个孔中，共同组成发电机的正极。由固定散热板的螺栓通 至外壳外（元件板与外壳绝缘），作为交流发电机的输出接 线柱“B‖接线柱（也有标“＋”或“电枢”字样的）。 负极二极管的中心引线为负极，外壳为正极，管壳底部 一般有黑字标记。三只负极二极管的外壳压装或焊接在另一 散热板上（此板与后端盖相接），或者直接压装在后端盖的 三个孔中，和发电机的外壳共同组成发电机的负极。
汽车电气设备
第3章
交流发电机
汽车用发电机有直流发电机（DC generator）和交流发 电机（AC generator）两大类，目前大多采用交流发电机。 交流发电机主要由三相同步交流发电机和二极管整流器 组成，一般称为硅整流交流发电机，亦简称交流发电机。 交流发电机（alternator）与蓄电池协同工作，共同构 成汽车电源系统。 交流发电机与电压调节器配合工作，其主要任务是对除 起动机以外的所有用电设备供电，并向蓄电池充电。