- 汽车电气系统原理与电路分析
- 麻友良 孟芳主编
- 1569字
- 2024-05-10 13:20:30
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。
图1-22 交流发电机的组成与工作原理
1—电刷 2—集电环 3—定子 4—转子 5—整流器
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);
Eϕ——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;
Фm——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。
图1-23 发电机的整流电路与原理
a)发电机整流电路 b)定子三相交流电动势 c)整流后的电压波形
(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=1.35UL=2.34Uϕ(星形连接)
U=1.35Uϕ(三角形连接)
式中 UL——三相绕组的线电压有效值;
Uϕ——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。
图1-24 交流发电机的中点电压
图1-25 交流发电机的励磁回路
专家解读:
在以前的汽车上使用的是直流发电机,其定子是磁极,定子绕组通电产生磁场,转子是电枢,电枢绕组在磁场中旋转而产生交变的感应电动势,再通过由换向铜片组成的机械换向器将电枢绕组的交流电转换为直流电输出。这种直流发电机由于采用机械式整流方式,工作时在电刷与换向器铜片之间不可避免地会产生换向火花,因而其工作的可靠性差,且体积大、重量重。因此,直流发电机早已被硅整流发电机所取代。