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汽车发电机

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汽车发电机是汽车的主要电源,按照整流器结构可分为六管交流发电机、九管交流发电机和十一管交流发电机等。随着汽车技术的进步,汽车的用电量越来越高。20年前,中级轿车的发电机输出功率一般只有500瓦左右,发电机功率的增加是随着车上用电设备增加而增加的。由皮带轮后的风扇吹风进入机壳进行冷却。在现有风冷式发电机构造的限制下,功率的增加必然会导致发电机体积的加大。所以在一些高端车上出现了一种水冷式发电机,如奥

随着汽车技术的进步,汽车的用电量越来越高。20年前,中级轿车的发电机输出功率一般只有500瓦左右,发电机功率的增加是随着车上用电设备增加而增加的。由皮带轮后的风扇吹风进入机壳进行冷却。在现有风冷式发电机构造的限制下,功率的增加必然会导致发电机体积的加大。所以在一些高端车上出现了一种水冷式发电机,如奥迪新款3.0T发动机。

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。

汽车用发电机可分为直流发电机和交流发电机,由于交流发电机在许多方面优于直流发电机,直流发电机已被淘汰,交流发电机按照不同的分类方法分为以下几类:

1.按结总体结构分五类

(1)普通交流发电机又称为“硅整流发电机”(使用时需要配装电压调节器的发电机)。例JF132(EQ140用)。见插图

(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)例别克轿车的发动机上装配的是CS型发电机(包括CS—121、CS—130和CS—144三种不同的型号)。

(3)带泵交流发电机。(带泵交流发电机安的泵是真空泵不是真空助力泵,真空助力泵是汽车制动系统上的)。

(4)无刷交流发电机(不需要电刷的发电机)例JFW1913。

(5)永磁交流发电机。磁极为永磁铁制成的发电机)。

2.按整流器结构分四类

(1)六管交流发电机例JF1522(东风汽车用)。

(2)八管交流发电机例JFZ1542(天津夏利汽车用)。

(3)九管交流发电机例(日本日立、三凌、马自达汽车用)。

(4)十一管交流发电机例JFZ1913Z(奥迪、桑塔纳汽车用)。

3.按磁场绕组搭铁形式分两类

(1)内搭铁型交流发电机磁场绕组的一端(负极)直接搭铁(和壳体相联)。

(2)外搭铁型交流发电机磁场绕组的一端(负极)接入调节器,通过调节器后再搭铁。

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(调节器内置)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.电流等级代号

电流等级代号123456789
电流(A)≤1920~2930~3940~4950~5960~6970~7980~89≥90

4.设计序号

设计序号按产品的先后顺序,用阿拉伯数字表示。

5.变形代号

交流发电机以调整臂位置作为变形代号,从驱动端看,调整臂在左边用Z表示,调整臂在右端用Y表示,调整臂在中间不加标记。

注:进口发电机不符合上述标准。

整体交流发电机的工作原理

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。

6管交流发电机

交流发电机一般由转子、定子、整流器、端盖四部分组成。

(一)转子

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。

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。

(二)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。

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)

在国产JF13系列交流发电机中,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。

(四)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

1.内搭铁型发电机:磁场绕组负电刷直接搭铁的发电机(和壳体直接相连)。见图2-13a

2.外搭铁型发电机:磁场绕组的两只电刷都和壳体绝缘的发电机。见图2-13b

外搭铁型发电机的磁场绕组负极(负电刷)接调节器,通过后再搭铁。

8管交流发电机

8管交流发电机(如夏利车用)和6管交流发电机的基本机构是相同的,所不同的是整流器有8只硅整流二极管,其中6只组成三相全波桥式整流电路,还有2只是中性点二极管,1只正极管接在中性点和正极之间,1只负极管接在中性点和负极之间。对中性点电压进行全波整流。

9管交流发电机(日车应用较多)

9管交流发电机的基本结构和6管交流发电机相同,所不同的是整流器。9管交流发电机的整流器是由6只大功率整流二极管和3只小功率励磁二极管组成的交流发电机。

其中6只大功率整流二极管组成三相全波桥式整流电路,对外负载供电

3只小功率管二极管与三只大功率负极管也组成三相全波桥式整流电路专门为发电机磁场供电。所以称3只小功率管为励磁二极管。

11管交流发电机(例如桑塔纳车用发电机)

11管交流发电机的整流器由8只大功率整流二极管(其中2只中性点二极管)和3只磁场二极管组成。其它结构和6管交流发电机相同。

无刷交流发电机

由于没有电刷和集电环,所以不会因为电刷和集电环的磨损和接触不良造成激磁不稳定或发电机不发电等故障;同时工作时无火花,也减小了无线电干扰。

无刷交流发电机分为爪极式、激磁机式和永磁式三种。

(一)爪极式无刷交流发电机

1.爪极式无刷交流发电机的结构及工作原理

爪极式无刷交流发电机磁场绕组是静止的,它通过一个磁轭托架固定在后端盖上,所以,不再需要电刷。

两个爪极中只有一个爪极直接固定在电机转子轴上,另一爪极则用非导磁联接环固定在前一爪极上。当转子旋转时,一个爪极就带动另一爪极一起在定子内转动,当磁场绕组中有直流电通过时,爪极被磁化,,就形成了旋转磁场。

2.优点

(1)结构简单、维护方便、工作可靠

(2)不存在电刷与集电环接触不良导致的发电不稳或不发电故障。

3.缺点

(1)爪极间连接工艺困难

(2)由于磁路中间隙加大,发电机相同输出功率下需加大励磁电流。

带泵交流发电机

带泵交流发电机的发电机与普通交流发电机完全一样,不同的是转子轴很长并伸出后端盖,利用外花键与真空泵的转于内花键相连接,驱动真空泵与发电机转子同步旋转,给汽车制动系中的真空筒抽真空,为制动系的真空增压器提供真空源,主要用于没有真空源的柴油机(汽油机可直接从进气歧管处取得真空。制动时因节气门几乎关闭而在进气歧管中形成高真空,而柴油机无节气门)。国产JFB2525型带泵交流发电机外形如图2-21所示。

汽车双整流发电机

双整流发电机是一种最新型交流发电机,它大大改善了普通交流发电机低速充电性能和高速最大功率输出,又不增设比较复杂的控制电路,因此也没有增加充电系的故障率。

在普通交流发电机三相定于绕组基础上,增加绕组匝数并引出接线头,增加一套三相桥式整流器。低速时由原绕组和增绕组串联输出,而在较高转速时,仅由原三相绕组输出。工作中高低速供电电路的变换是自动的,没有增设任何机电控制装置,其工作原理分析如下:

在低速范围内,由于发电机转速低,三相绕组的串联输出,提高了发电机的输出电压,使发电机低速充电性能大大提高。在高速范围内,随着发电机转速的增大,串接的三相绕组的感抗增大,内压降增大,再加上电枢反应加强,使输出电压下降。这时原三相绕组A、B、C因内压降较小,产生的感应电流相对较大,确保高速下的功率输出。

我们在进行汽车交易的过程中,必须要进行路试,然而,在路试的过程中必须要考虑到车辆的动力性,那么,什么是汽车的动力性呢?

汽车的动力性就是指汽车在良好的路面上进行直线行驶的过程,可以由纵向的外力来进行决定相应的行驶性能,是能够达到平均行驶速度的要求。我们从这个定义当中就可以看出,对于道路来说,必须要是良好的路面,水平或是坡路都可以,运动方式可以采取直线行驶的过程,对于外力因素来说,可以由纵向的外力来决定运动的基础,使其能够达到一定的能力。对于运动能力来说,主要有三个方面的指标,比如汽车的最高车速,加速时间,以及最大爬坡度。在良好的水平路面上进行行驶的车辆,如果能够达到最高的行驶速度,我们就叫最高车速。对于加速时间来说,通常是在原地起步的加速时间,以及超车加速的时间,这个时间表明了汽车的加速能力。“t”表示原地起步的时间,一般都是一档或是二档进行起步,逐渐进行换档位处理,如果行驶到一定的预定距离时,车速所需要的时间。就是原地起步的时间。超车的加速时间也可以用“t”来进行表示,最高的次高档位的一些车,其车速在30或是4左右,全力加速要在一些高速路上所用的时间表示。

目前,汽车上广泛使用交流发电机,使用时应注意以下几点:

①经常清洁发电机外表的积垢和尘土,保持清洁和通风良好。

②经常检查与发电机相关的各紧固件的紧固情况,及时紧固各部螺钉。

③传动皮带的张力要合适。过松,易打滑而造成发电不足;过紧,易损坏皮带和发电机轴承。

④安装蓄电池时,千万不要装错,通常是先装正极线,不装搭铁线,否则极易烧坏二极管。

⑤采用集成电路调节器时,发动机不运转应立即关断点火开关。

⑥绝不允许用“刮火”方法试验是否发电。

⑦发电机有了故障不发电时,要及时排除,否则会造成更严重的故障。

电能是现代社会最主要的能源之一。发电机是将其它形式的能源转换成电能的机械设备,最早产生于第二次工业革命时期,由德国工程师西门子于1866年制成,它由水轮机、汽轮机、柴油机或其它动力机械驱动,将水流,气流,燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机,再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产,国防,科技及日常生活中有广泛的用途。

发电机的分类方式通常有以下三种:

1.按转换的电能方式分类

按转换的电能方式可分为交流发电机和直流发电机两大类。

交流发电机又分为同步发电机和异步发电机两种。同步发电机又分为隐极式同步发电机和凸极式同步发电机两种。现代发电站中最常用的是同步发电机,异步发电机很少用。

交流发电机组又可分为单相发电机和三相发电机两种。三相发电机输出电压为380V,单相发电机输出电压为220V.

2.按励磁方式分类

按励磁方式可分为刷励磁发电机和无刷励磁发电机两类

有刷励磁发电机的励磁方式为他励式,无刷励磁发电机的励磁方式为自励式。他励式式发电机的整流装置是在发电机定子上,而自励磁式发电机的整流装置是在发电机组的转子上。

3.按驱动动力分类

发电机驱动动力的形式有多种,常见的的动力机有:

(1)风力发电机

风力发电机就是依靠风力带动发电机转动,产生电流;这种发电机无需消耗额外能源,是一种无污染的发电机;

(2)水力发电机

水力发电机是利用水流的落差,产生动力,带动发电机发电,也是利用绿色自然资源发电的设备,又称水轮发电机

(3)燃油发电机

燃油发电机是依靠柴油或汽油燃烧产生动力带动发电机组的。使用小型燃油发电机可以起到应急的作用。遇到停电,就可启动燃油发电机发电,以维持正常工作。

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