交流发电机结构特征分析|汽车电器检修及案例分析

2023-09-17 理论教育版权反馈

【摘要】：电压调节器对发电机的输出电压进行控制，使其保持基本恒定，以满足汽车用电设备的需求。定子绕组通过两个电刷与外电路相连，根据电刷与外电路的连接形式不同，交流发电机可分为内搭铁型和外搭铁型两种。外搭铁型交流发电机定子绕组的两端均与端盖绝缘，且其中一端经调节器后搭铁的发电机称为外搭铁型交流发电机，如图2-20b所示。

汽车上是以蓄电池和发电机作为电源，但由于蓄电池的存电能力非常有限，它只能在起动汽车或汽车发动机不工作时为汽车用电设备提供电能，而不能长时间为汽车用电设备供电。因此，蓄电池只能作为汽车用电设备的辅助电源。发电机才是汽车用电设备的主要电源，其功用是在发动机怠速转速以上运转时，向除起动机外的所有用电设备供电，同时给蓄电池充电。

汽车用发电机可分为直流发电机和交流发电机，由于交流发电机的性能在许多方面优于直流发电机，所以直流发电机渐渐被交流发电机所取代，如图2-9所示。目前汽车采用三相交流发电机，内部带有二极管整流电路，将交流电整流为直流电，所以，汽车交流发电机输出的是直流电。此外，交流发电机必须配装电压调节器。电压调节器对发电机的输出电压进行控制，使其保持基本恒定，以满足汽车用电设备的需求。

汽车交流发电机一般采用三相同步交流发动机，其基本结构由定子、转子、整流器和端盖等组成，如图2-10所示。

图2-9 交流发电机实物图

图2-10 整体式交流发电机分解图

1—驱动带轮 2—风扇 3—驱动端盖 4—定子 5—转子 6—整流器 7—电刷端盖 8—集成电路调节器与电刷组件 9—抗干扰电容器

1.转子

在汽车三相同步交流发电机中转子的功用是产生磁场。转子（图2-11）由两块爪极、磁场绕组、铁心和集电环组成，如图2-12所示。

由低碳钢制成的两块爪极上制有6个鸟嘴形磁极。爪极间的空腔内装有铁心，铁心压装在转子轴上，称为磁轭。在磁轭上面绕有磁场绕组，磁场绕组的两引线分别焊接在两个集电环上。

集电环由彼此绝缘的两个铜环组成。集电环压装在转子轴的一端并与转子轴绝缘。两个铜环分别与发电机后端盖上的两个电刷相接触。当两个电刷与直流电源接通时，磁场绕组中便有电流流过，并产生轴向磁通，使一块爪极磁化为北极（即N极），另一块爪极磁化为南极（即S极），从而形成6对相互交错的磁极。

图2-11 转子实物图

图2-12 转子分解图

1—集电环 2—转子轴 3、6—爪极 4—磁轭 5—磁场绕组

2.定子

定子的功用是产生和输出交流电，即当转子在其内部转动时，引起定子绕组中磁通的变化，定子绕组中就产生交变的感应电动势，产生输出电流，所以定子又称电枢，其结构主要由定子铁心和定子绕组组成。定子与发电机的前、后端盖固定在一起，定子铁心由相互绝缘的内圆带槽的环状硅钢片叠成。在定子槽内设有三相对称绕组。

三相绕组的连接方法有星形（Y形）联结法和三角形（△形）联结法，如图2-13所示。三相绕组大多数采用星形（Y形）联结法连接，其三个末端X、Y和Z连接在一起，三个始端A、B和C作为交流发电机的输出端，图2-14所示为交流发电机展开图。在绕制三相绕组时要符合一定的要求和原则。

（1）要求使三相绕组产生的频率相同、幅值相等和相位互差120°电角度的三相对称电动势。

（2）原则每个绕组的线圈个数、每个线圈的匝数和每个线圈的节距都必须相等；三相绕组的起端A、B、C（或末端X、Y、Z）在定子槽内的排列必须相隔120°电角度。

3.整流器

交流发电机整流器的功用是将定子绕组的三相交流电整流成直流电，整流器主要由整流板和二极管组成，如图2-15所示。一般整流器由6个二极管组成，除此之外还有8管、9管和11管整流器。

图2-13 定子总成

a）星形联结法定子 b）三角形联结法定子

1—绕组引线 2—定子铁心 3—定子绕组

图2-14 交流发电机定子展开图

外壳为正极、中心引线为负极的二极管称为负极管，管壳底上标有黑色标记；外壳为负极、中心引线为正极的二极管称为正极管，管壳底上标有红色标记。安装二极管的散热器板称为整流板（也称元件板），主要由合金制成，安装3个负极管整流板（装在内侧）称为负整流板；安装3个正极管的整流板（装在外侧）称为正整流板，与后端盖绝缘固定，其固定螺栓通至发电机外壳，作为发电机的正极接线柱“B”（“+”、“A”或电枢），如图2-16所示。两整流板之间相互绝缘。

整流器的总成形状各异，有马蹄形、长方形、半圆形和圆形等。6管整流器与定子绕组的连接如图2-17所示。

图2-15 交流发电机的整流器总成

1—输出整流二极管 2—磁场二极管 3—电刷架压紧弹片 4—防干扰电容器连接器 5—整流器 6—输出端子（D+） 7—输出端子（B+）

图2-16 整流板

1—输出端子B+ 2—正整流板 3—负整流板

图2-17 交流发电机6管整流器与定子绕组的连接电路图

a）三角形联结法 b）星形联结法

4.端盖与电刷总成

端盖包括驱动端盖、整流端盖以及安装在其上的轴承、轴承盖等零部件。端盖一般采用铝合金铸造，一是利用铝合金的非导磁材料防止漏磁；二是利用铝合金轻便、散热性能好等优点。后端盖装有电刷总成，如图2-18所示。电刷的作用是将电源通过集电环引入励磁绕组，两个电刷分别装在电刷架的孔内，借助弹簧压力与集电环保持接触。

电刷总成的安装形式有内、外两种。外装式的结构如图2-19a所示，其电刷的拆装和更换在发电机外部就可以进行，拆装十分方便，所以交流发动机普遍采用。内装式结构如图2-19b所示，其电刷的拆装和更换是在发电机内部进行，由于拆装不便，因此交流发电机很少采用。

定子绕组通过两个电刷与外电路相连，根据电刷与外电路的连接形式不同，交流发电机可分为内搭铁型和外搭铁型两种。

图2-18 电刷总成

1—电刷架 2—“磁场”端子 3—电刷与电刷弹簧

（1）内搭铁型交流发电机定子绕组的一端经负电刷引出后与发电机端盖直接相连（直接搭铁）的发电机称为内搭铁型交流发电机，如图2-20a所示。

（2）外搭铁型交流发电机定子绕组的两端均与端盖绝缘，且其中一端经调节器后搭铁的发电机称为外搭铁型交流发电机，如图2-20b所示。

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