車用交流發(fā)電機基礎知識介紹
一、 發(fā)電機的作用及特點
1、 發(fā)電機是汽車電氣系統(tǒng)的兩個主要電源之一,與蓄電池并聯(lián)工作。在發(fā)電機發(fā)出的電能多于汽車電器所消耗的電能時,它將多余的電能通過充電的方式儲存在蓄電池中;當汽車電器用電超過發(fā)電機所輸出電能時,由蓄電池補充不足的電能(發(fā)動機啟動時起動機消耗的電能也由蓄電池提供)。充電和放電的過程由發(fā)電機與蓄電池兩端的電勢自動調(diào)節(jié)。
圖一 發(fā)電機接線示意圖
2、 發(fā)電機的特點與汽車電系特點密切相關。它采用單線制,負極搭鐵(少數(shù)用于某些特定場合的發(fā)電機采用雙線制);輸出三相直流電,因此需要整流;因汽車電器的需要,輸出穩(wěn)定的電壓,因此需與調(diào)節(jié)器搭配使用;輸出電動勢與轉速成正比,在調(diào)節(jié)器作用下,輸出實際電流取決于車上實際使用的負載大小(包括蓄電池狀況),同時自身有限流功能,每個發(fā)電機都有一個**大輸出電流。
二、 發(fā)電機的種類
汽車用交流發(fā)電機可按總體結構、整流器結構、搭鐵型式、散熱型式等多方面進行分類。按總體結構可分為:
1)普通交流發(fā)電機:無特殊裝置和特殊功能的發(fā)電機,如JF1521;
2) 整體式交流發(fā)電機:內(nèi)裝電子調(diào)節(jié)器的交流發(fā)電機,如JFZ1521;
3) 無刷交流發(fā)電機:無電刷和集電環(huán)結構的交流發(fā)電機,如康明斯發(fā)電機JFW2621;
4) 帶泵交流發(fā)電機:帶真空制動助力泵的交流發(fā)電機,如供朝柴的JFB2729;
5) 永磁交流發(fā)電機:轉子磁極采用永磁材料的交流發(fā)電機,如廣西梧州金卓公司生產(chǎn)的JFY系列發(fā)電機。
上述分類并不相互排斥,一種發(fā)電機可以有上述的幾種特征。隨著新技術的應用,混合勵磁式等結構的發(fā)電機也開始出現(xiàn)。
按整流器結構不同,發(fā)電機可分為:
1) 六管交流發(fā)電機:其整流器由六只硅整流二極管組成三相橋式全波整流電路;有的采用單個的硅二極管壓裝,也有的采用在極板上燒結硅管組成整流組件。
2) 八管交流發(fā)電機:其整流器有八只二極管,除了六只組成三相橋式全波整流外,在定子繞組中性線輸出端也接有二只二極管,用以對三相電路不均衡產(chǎn)生的中性點波形進行整流。
3) 九管交流發(fā)電機:在六管交流發(fā)電機的基礎上又增加了三只勵磁二極管,組成兩套三相橋式全波整流電路,提供電壓檢測點和勵磁電流。
4) 十一管交流發(fā)電機:在八管交流發(fā)電機的基礎上,其整流器增加了三只勵磁二極管。
圖二 發(fā)電機整流電路
按勵磁繞組搭鐵型式不同,發(fā)電機可分為:
1) 內(nèi)搭鐵型發(fā)電機:勵磁繞組的一端與發(fā)電機端蓋相連接的發(fā)電機。
2) 外搭鐵型發(fā)電機:勵磁繞組的一端經(jīng)調(diào)節(jié)器后搭鐵的交流發(fā)電機。
由于整體式發(fā)電機調(diào)節(jié)器裝在發(fā)電機內(nèi)部,不論是內(nèi)搭鐵還是外搭鐵對汽車電路均無影響,因此內(nèi)、外搭鐵型式的區(qū)別只針對非整體式發(fā)電機;在使用時,它必須與同樣搭鐵型式的調(diào)節(jié)器配用。
交流發(fā)電機按散熱型式可分為:
1) 交流發(fā)電機:其兩端端蓋密封,端蓋上制有很多散熱肋,通過風扇帶動空氣流通使端蓋散熱。這種型式散熱效果較差,只適用于小功率、有特殊使用環(huán)境要求的場所。
2) 普通單外風扇發(fā)電機:在兩端蓋上制有通風孔,通過風扇抽風,使冷空氣流經(jīng)電機內(nèi)部帶走熱量,散熱效果一般。
3) 內(nèi)外風扇發(fā)電機:在端蓋外面和內(nèi)部各裝有一個風扇,通過抽風實現(xiàn)散熱,散熱效果較好。
4) 雙內(nèi)風扇發(fā)電機:在兩端蓋內(nèi)裝有兩風扇,分別裝在兩磁極背面。這種散熱效果好,但成本較高,結構較復雜,一般用在乘用車等功率要求較高的場合。
5) 液冷發(fā)電機:它是隨著現(xiàn)代汽車電器的不斷增多,對發(fā)電機功率要求不斷增大的情況下由歐美發(fā)達國家新近研制出的一種新型結構發(fā)電機。與傳統(tǒng)風冷式發(fā)電機不同,它采用水、油等液體作為傳熱介質(zhì),目前在豪華大客車上已開始使用。
三、 發(fā)電機的發(fā)電原理
發(fā)電機的發(fā)電過程是一個利用電磁轉換原理將機械能轉化為電能的過程,它可以分為以下幾個步驟:
1) 產(chǎn)生磁場 發(fā)電機在未發(fā)電前由蓄電池供給其初始勵磁電流(發(fā)電機發(fā)電后由自身提供)。接通點火開關,蓄電池電勢加在發(fā)電機激磁線圈兩端,產(chǎn)生勵磁電流,從而在線圈的鐵芯中產(chǎn)生磁場。
2) 磁場形成回路,切割定子線圈 產(chǎn)生的磁場在發(fā)電機中的傳遞回路如下:磁軛和軸→爪極一端→定子鐵芯→另一端爪極→磁軛和軸。其間需要通過兩次轉子外圓與定子鐵芯內(nèi)圓之間的主間隙,并切割嵌在定子鐵芯槽中的定子線圈。同時,當發(fā)動機啟動后,通過皮帶傳動將機械能輸入到發(fā)電機,帶動發(fā)電機轉子旋轉。由于每個爪極在圓周方向上布置有多個爪,在爪與爪之間是空位,因此在轉子旋轉過程中,切割每一組定子線圈的磁場強度是循環(huán)變化的。對汽車發(fā)電機而言,這種變化被設計為三相正弦波形。
3) 產(chǎn)生交流電 定子線圈受變化的磁場切割后將產(chǎn)生對應波形的三相交流電動勢,這種電動勢加在負載兩端時便會產(chǎn)生三相交流電流。
4) 整流和調(diào)壓 產(chǎn)生的三相交流電流通過三相橋式整流電路整流為直流電。同時調(diào)節(jié)器通過控制激磁電流的通斷將發(fā)電機輸出電壓維持在相對恒定的范圍內(nèi),滿足汽車電器的需要。
四、 發(fā)電機的結構
交流發(fā)電機雖然有很多種類,但基本結構大致相同,都包括轉子、定子、整流器、端蓋、風扇、皮帶輪等幾大部分。下面以我公司JFZ2721發(fā)電機的結構來作一下簡介。
1)定子 由定子鐵芯和定子繞組組成。定子鐵芯由內(nèi)圓帶槽的環(huán)狀硅剛片疊壓而成;定子繞組則采用漆包圓銅繞組線繞制而成,安放在定子鐵芯的槽內(nèi)。定子繞組間與定子鐵芯間采用聚酯薄膜帶絕緣,同時用槽楔將繞組固定,防止繞組竄動、脫落。為提高定子繞組的絕緣、散熱和機械性能,繞組嵌入鐵芯后應進行浸漆處理。
定子繞組為三相對稱繞組,三相繞組的聯(lián)接方法有星形(Y形)和三角形(△形)兩種。三相繞組的繞制方法是使三相繞組能產(chǎn)生頻率相同、幅值相等、相位互差120°(電角度)的三相對稱電動勢,為此在繞制和嵌放時應按照一定的繞組規(guī)范進行,并確定合理的安放位置。
2)轉子 轉子的作用是產(chǎn)生磁場,它主要由磁軛、磁場繞組、爪極和集電環(huán)等組成。爪極有兩塊,每塊上都有多個鳥嘴形磁極,兩塊爪極之間裝有磁軛和磁場繞組;磁場繞組裝在磁軛外部,中間用絕緣架隔開,通過磁軛一起壓裝在轉子軸上。
集電環(huán)由兩個彼此絕緣的銅環(huán)組成,壓裝在軸上,銅環(huán)與軸絕緣。磁場繞組的兩端分別與兩個銅環(huán)焊接在一起。兩個銅環(huán)在發(fā)電機工作時分別與發(fā)電機的兩個電刷相接觸,使磁場繞組中保持電流通過。
3)整流器 交流發(fā)電機的整流器由多只硅整流二極管組成,其基礎是由六只二極管構成三相橋式整流電路,將三相繞組感應出的交流電變?yōu)橹绷麟姟?/div>
汽車用交流發(fā)電機用硅整流二極管的內(nèi)部結構和工作原理與一般工業(yè)用硅整流二極管基本相同,但其外形結構有要求有所不同。現(xiàn)在主要應用的型式有兩種:一是將二極管的PN結直接燒結在金屬散熱板上;二是將二極管壓裝在金屬散熱板的孔中使用。
整流二極管的引出電極有正極和負極之分,引出電極為二極管正極的稱為正極管;引出電極為負極的稱為負極管,六管發(fā)電機有三只正極管和三只負極管。散熱板一般用鋁板或銅板制成,又稱整流板,安裝三只負極管的整流板稱為負整流板;安裝三只正極管的整流板稱為正整流板。負整流板與端蓋碰在一起為發(fā)電機負極;正整流板用螺栓或引線引出,為發(fā)電機的正極,標記為“B”。
4)端蓋 發(fā)電機有前后兩個端蓋,主要作用是支撐發(fā)電機其它部件,傳導散熱,并把發(fā)電機與發(fā)動機支架聯(lián)接起來。發(fā)電機用端蓋通常用鋁合金壓鑄而成,這種鋁合金不導磁,并且具有重量輕、散熱性能好的特點,適合發(fā)電機防漏磁的需要。前端蓋緊挨皮帶輪,承載驅(qū)動的主要分力,因而選用的軸承要大于后端,故也稱為驅(qū)蓋。整流器等電子元器件裝在發(fā)電機后部,靠后端蓋提供安裝位,因此也把后蓋稱為電蓋。在兩端蓋上制有掛角,掛角上的安裝孔用來與發(fā)動機支架配合,將發(fā)電機固定在發(fā)動機上。
5)電刷組件 由電刷、電刷架和電刷彈簧組成,如下圖所示。電刷安裝在電刷架的孔內(nèi),借彈簧張力使電刷與集電環(huán)保持良好接觸。電刷用銅粉和石墨粉模壓而成,電刷架則用酚醛玻璃纖維塑料模壓而成。每臺發(fā)電機有兩只電刷,每只電刷上都有一根引線接到發(fā)電機后端蓋的接線柱上或直接搭鐵。
6)調(diào)節(jié)器 它的作用是控制發(fā)電機的輸出電壓在一定范圍內(nèi)。從發(fā)電機或蓄電池上采集電壓信號,通過控制激磁回路的通和斷來調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出電壓。當電壓低于設定值時,維持激磁回路導通;當電壓高于設定值時將激磁回路關斷,通常汽車調(diào)節(jié)器設定電壓為14.2±0.2/28±0.3。
7)其它零件 發(fā)電機上還裝有皮帶輪、風扇等其它零部件,其中皮帶輪與轉子部件聯(lián)接在一起,依靠皮帶輸入機械能;風扇也裝在轉子部件的軸上,通過旋轉來實現(xiàn)發(fā)電機的通風散熱。
五、 發(fā)電機的性能參數(shù)
發(fā)電機除外形尺寸要求外,其性能參數(shù)更為重要,其中主要有三項:空載性能、負載性能和調(diào)節(jié)電壓值,下面列有一個發(fā)電機的輸出曲線供參考。
1)空載性能 用空載轉速指標衡量(又稱零電流轉速、起始發(fā)電轉速),它是指發(fā)電機在輸出電動勢達到規(guī)定值要求,但尚未輸出電流時的轉速,用n0表示。對于帶充電指示燈的發(fā)電機,由于指示燈本身有一定功率,其首次熄滅時的轉速往往高于零電流轉速。因此,在現(xiàn)場出于大批量生產(chǎn)的需要我們一般規(guī)定一個另外的熄燈轉速指標用于驗收。
2)負載性能 發(fā)電機在調(diào)節(jié)器完全導通,電壓恒定的情況下輸出電流與轉速之間的關系,實際中一般檢測兩個指標:**小工作電流和額定電流。**小工作電流指發(fā)電機在1500r/min時輸出的電流,此時發(fā)動機往往處于怠速狀態(tài);額定電流指發(fā)電機在額定轉速5000r/min(有的規(guī)定為6000r/min)時輸出的電流,此時發(fā)動機往往處于穩(wěn)定工作轉速狀態(tài)。額定電流一般標示在發(fā)電機銘牌上。
發(fā)表于 @ 2008年06月05日 10:15:00 |點擊數(shù)()