汽車(chē)交流發(fā)電機(jī)的工作原理

之前我們學(xué)習(xí)了汽車(chē)交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，對(duì)汽車(chē)交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)有了一定的了解?，F(xiàn)在，讓我們來(lái)了解一下汽車(chē)交流發(fā)電機(jī)的工作原理。

交流電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生原理

交流發(fā)電機(jī)定子的三相繞組按一定規(guī)律排列在發(fā)電機(jī)定子槽內(nèi)，電角度差為120。

圖2.7交流發(fā)電機(jī)工作原理圖

當(dāng)DC電源接入勵(lì)磁繞組時(shí)，被勵(lì)磁，轉(zhuǎn)子的爪極被磁化成N極和S極。它的磁力線從N極發(fā)出，穿過(guò)轉(zhuǎn)子并固定。

定子與定子之間的微小氣隙進(jìn)入定子鐵芯，最后通過(guò)氣隙回到相鄰的S極。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子繞組與磁力線相對(duì)切斷。

因此在三相繞組中產(chǎn)生同頻、等幅、相差120的正弦電動(dòng)勢(shì)eA、eB、e C，其波形如圖2.8(a)所示。

2.8(b).三相繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可由以下公式表示。

ea=emsin(t )=2esin (t)).

(EB=EMsIn(t-120)=2 esin(t-120))))))652

EC=埃姆辛(t-240)=2埃辛(t-240)

在公式中，

M—— ——相電動(dòng)勢(shì)的最大值；

E—— ——相電動(dòng)勢(shì)的有效值；

———電角速度(=2f)。

發(fā)電機(jī)各相繞組產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)有效值(單位：V)

在E=4.44Kf N時(shí)，——-定子的繞組系數(shù)一般小于1；

F—— ——感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率(單位：H z)，f=Pn/60[P為磁極對(duì)數(shù)，n為轉(zhuǎn)速)，單位：r/m I n)；

n ——-每相繞組的匝數(shù)；

—— ——磁極的磁通量(單位：瓦特巴)。

從上式可以看出，使用中的交流發(fā)電機(jī)交流電動(dòng)勢(shì)的有效值取決于轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子的磁通量。

這種性質(zhì)直接決定了交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓值。

交流發(fā)電機(jī)的整流原理

1.六管交流發(fā)電機(jī)的整流原理

六管交流發(fā)電機(jī)的整流裝置實(shí)際上是由六個(gè)硅整流二極管組成的三相橋式整流電路。參見(jiàn)圖2.8(a)。三個(gè)二極管V D1、V D 3、VD 5形成共陰極連接方式，三個(gè)二極管V D 2、VD 4、V D 6形成共陽(yáng)極連接方式。在每個(gè)時(shí)刻，兩個(gè)二極管同時(shí)導(dǎo)通，其中一個(gè)在公共陰極組，另一個(gè)在公共陽(yáng)極組。同時(shí)導(dǎo)通的兩個(gè)燈管總是將發(fā)電機(jī)的電壓施加到負(fù)載的兩端。參見(jiàn)圖2.8(c)。

圖2.8三相橋式整流電路中的電壓和電流波形

(a)電路；(二)三階段傳播趨勢(shì)

(c)整流交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓波形。

t=0時(shí)，C相電位最高，B相電位最低，對(duì)應(yīng)的二極管V D 5和V D 4都正向?qū)?。電流從繞組c流出，經(jīng)過(guò)V D 5負(fù)載R L VD 4繞組B形成電路。二極管的內(nèi)阻很小，發(fā)電機(jī)的輸出電壓可以看作是B、C繞組之間的線電壓。

T 1到T 2期間，A相電位最高，B相電位最低，因此正向?qū)▽?duì)應(yīng)的V D 1和VD 4。同樣，溝通

發(fā)電機(jī)的輸出電壓可視為A和B繞組之間的線電壓。T2 ~ T3期間，A相電位最高，C相電位最高。

因?yàn)榈?，正向?qū)╒ D 1和V D 6。類似地，交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓可以視為A和C繞組之間的線電壓。

在下面的類比中，如果周期性地重復(fù)，將在負(fù)載中獲得相對(duì)穩(wěn)定的DC脈動(dòng)電壓。

交流發(fā)電機(jī)平均輸出電壓

無(wú)人機(jī)=2.34U

在公式中，

u av ——————輸出DC電壓的平均值(單位為伏)；

U—— ——發(fā)電機(jī)相電壓有效值(單位為伏)。

2.九管交流發(fā)電機(jī)的整流原理

九管交流發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是在常用的六個(gè)二極管的基礎(chǔ)上增加了三個(gè)小功率二極管來(lái)提供磁場(chǎng)電流，也稱為磁場(chǎng)二極管。采用磁場(chǎng)

二極管后面可以省略繼電器，充電指示燈可以指示發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)。

九管變壓器的電路圖

發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流由三相橋式整流器電路的整流DC電壓提供，該電路由三個(gè)勵(lì)磁二極管V D7、V D 8和VD 9以及三個(gè)共陽(yáng)極二極管V D 2、VD 4和V D 6組成。發(fā)電機(jī)工作時(shí)，充電指示燈由電池端電壓與勵(lì)磁二極管輸出端L的電壓U L之差控制。

隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，U L變高，指示燈亮度變?nèi)酢?p>當(dāng)發(fā)電機(jī)的電壓達(dá)到蓄電池的充電電壓時(shí)，發(fā)電機(jī)開(kāi)始自勵(lì)。此時(shí)，由于兩端電位相等，指示燈熄滅，表示發(fā)電機(jī)工作正常。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降或發(fā)生故障時(shí)，U L下降，指示燈亮起。這樣使用充電燈，不僅駕駛員可以在停車(chē)后立即關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)，還可以指示發(fā)電機(jī)的動(dòng)作狀態(tài)，并且可以省去結(jié)構(gòu)復(fù)雜的繼電器。

3.八管交流發(fā)電機(jī)的工作原理

根據(jù)交流發(fā)電機(jī)的不同，構(gòu)成三相橋式整流電路的除了六個(gè)二極管外，還有兩個(gè)中性點(diǎn)二極管，其端子的符號(hào)為“n”。中性點(diǎn)與發(fā)電機(jī)外殼(即鐵)之間的電壓U N是三個(gè)負(fù)極管三相半波整流得到的DC電壓，所以UN=(1/2) u .中性點(diǎn)電壓一般用于控制磁場(chǎng)繼電器等各種繼電器。

電器、充電指示繼電器等。也有交流發(fā)電機(jī)利用中性點(diǎn)的輸出來(lái)提高發(fā)電機(jī)的輸出。請(qǐng)參考圖2.10。

發(fā)電機(jī)高速時(shí)，當(dāng)中性點(diǎn)電壓的瞬時(shí)值高于輸出電壓(平均電壓為14 V)時(shí)，中性點(diǎn)輸出的電流如圖2.10 (a)所示，其輸出電路包括定子繞組中性點(diǎn)二極管V D 7負(fù)載)蓄電池)負(fù)極管定子繞組。

當(dāng)中性點(diǎn)電壓的瞬時(shí)值低于鐵電體上的電位時(shí)，流過(guò)中性點(diǎn)二極管V D 8的電流如圖2.10(b)所示，其輸出電路為定子繞組、陰極管B端負(fù)載(包括電池)、中性點(diǎn)二極管VD 8定子繞組。

實(shí)驗(yàn)表明，加入中性二極管后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)2000 r/min時(shí)，輸出功率可提高11%~ 15%。交流發(fā)電機(jī)輸出電流時(shí)，中性點(diǎn)電壓包含交流分量，即中性點(diǎn)三次諧波電壓，其幅值隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速而變化。參見(jiàn)圖2.11。

4.十一管交流發(fā)電機(jī)的工作原理

十一管交流發(fā)電機(jī)整流器組件由六個(gè)整流二極管、三個(gè)磁場(chǎng)二極管和兩個(gè)中性點(diǎn)二極管組成。參見(jiàn)圖2.12。桑塔納（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）、奧迪100、豐田皇冠（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）都裝了這種交流整流發(fā)電機(jī)。十一管交流發(fā)電機(jī)具有八管和九管交流發(fā)動(dòng)機(jī)的特性和功能。

勵(lì)磁方式車(chē)用交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式不同于一般的工業(yè)用交流發(fā)電機(jī)。

在沒(méi)有外部直接DC電源的情況下，我們也可以利用磁極剩磁進(jìn)行自激發(fā)電，但由于交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子剩磁較弱，發(fā)電機(jī)在高速時(shí)只能進(jìn)行自激發(fā)電，無(wú)法滿足汽車(chē)用電的要求。為了使交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓滿足汽車(chē)低速耗電的要求，當(dāng)交流發(fā)電機(jī)開(kāi)始發(fā)電時(shí)，由他激式(即電池)提供勵(lì)磁電流來(lái)增強(qiáng)磁場(chǎng)，使電壓隨交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速上升。

這是交流發(fā)電機(jī)低速充電性能好的主要原因。發(fā)電機(jī)的輸出電壓高于蓄電池電壓。一般當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1000轉(zhuǎn)/分左右時(shí)，勵(lì)磁電流由發(fā)電機(jī)自身提供。這種激勵(lì)模式稱為自激?？梢钥闯觯?chē)交流發(fā)電機(jī)在輸出電壓建立前后，采用他勵(lì)和自勵(lì)兩種不同的勵(lì)磁方式。