第三节 发电机与调节器

一、发电机的发电原理

现代汽车普遍采用硅二极管整流的交流发电机（也称为硅整流发电机），交流发电机的基本组成部件是转子（磁极）、定子（电枢）和整流器，其组成与工作原理如图1-22所示。

1.发电原理

发电机在发动机的驱动下运转，通过电刷、集电环使转子中的励磁绕组连通电源，励磁绕组通入电流后产生一个旋转磁场；绕制在定子铁心中的三个定子绕组在旋转磁场的作用下，各自切割磁力线而产生交流感应电动势。由于电枢中的三相绕组按一定的规律均匀分布在定子槽中，使各个定子绕组产生的感应电动势彼此相差120°电角度。磁极铁心为鹰爪形，这种特殊形状的设计可使磁极磁场近似于正弦规律分布，因而三相电枢绕组产生的感应电动势按正弦规律变化。三相定子绕组感应电动势可表示为

式中 ω——电角速度（s-1）；

E_ϕ——每相绕组电动势的有效值（V）。

式中 f——交流电动势的频率（Hz）；

p——磁极对数；

n——发电机的转速（r/min）；

K——绕组系数，采用整距集中绕组时，K=1；

N——每相绕组匝数；

Ф_m——每极磁通的幅值（Wb）。

2.整流原理

交流发电机的基本整流电路由六只二极管组成，其整流电路的构成与整流器的整流原理如图1-23所示。

（1）整流二极管的导通方式

由于二极管的单向导电性，在每一个瞬间，负极接在一起的三只二极管（VD₁、VD₃、VD₅），只有正极电位最高（所连接的定子绕组电动势最高）的那个二极管导通，另外两个二极管已成反向电压而不导通；在每一个瞬间，正极接在一起的三只二极管（VD₂、VD₄、VD₆），只有负极电位最低（所连接的定子绕组电动势最低）的那只二极管导通，另两只二极管也已成反向电压而不导通。

（2）二极管整流原理

每一个瞬间，三相绕组产生的三相电动势总有一相为最高，另一相为最低，上下各有一只二极管导通，这使得发电机的端电压总是两相定子绕组电动势之和，并总是上正下负，这样就将定子绕组所产生的交流电（图1-23b）整流成了如图1-23c所示的直流电。

（3）发电机的端电压

从三相整流电路二极管导通情况可知，在任一瞬时，负载上的电压均为某两相电动势之和（三相交流电的线电压），交流发电机输出电压的平均值为

U=1.35U_L=2.34U_ϕ（星形连接）

U=1.35U_ϕ（三角形连接）

式中 U_L——三相绕组的线电压有效值；

U_ϕ——三相绕组的相电压有效值，相电压即为三相绕组各单相电压，即各相线与中点之间的电压。

（4）发电机的中点电压

一些发电机设有中点接线柱（“N”接线柱），用于控制磁场继电器、充电指示灯继电器等。“N”接线柱连接三相绕组的中性点（图1-24），其对地电压称为发电机的中点电压，从“N”接线柱输出的电压是由VD₂、VD₄、VD₆组成的半波整流得到，数值是发电机端电压的一半。

3.励磁方式

发电机与蓄电池并联相接，发电机的磁场绕组通过调节器与发电机电枢接线柱连接（图1-25）。在发电机未工作或其电压还低于蓄电池电压时，调节器B、F接线柱处于通路状态，由蓄电池提供励磁电流（他励）。在发电机建立电压之前，发电机磁场绕组就有稳定的励磁电流，磁极的磁场较强，可迅速建立电压。当发电机的电压高于蓄电池电压时，由发电机电枢向磁场绕组提供励磁电流（自励）。这时，调节器根据发电机电压的波动自动调节励磁电流，使发电机电压保持稳定。