同步发电机.docx
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同步发电机.docx
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同步发电机
汽车或机械上的发电机是直流还是交流,是不是给蓄电池充电?
请给出关于车用发电机的详细知识
如果发电机是直流电,那么怎么给蓄电池充电啊,因为蓄电池也是直流。
目前各种类型的实用发电机发的全部是交流电,有的是经过整流后输出的直流电。
汽车发电机发的电,有一部分是直接给电瓶充电的,其它直接用掉了。
相关具体知识涉及面比较广,请参阅相关物理和汽车方面书籍。
正极对正极,发电机发的电电压相对要高一些,电流便流向电瓶。
这和用桶向缸里倒水的道理类似。
修正‘石刚威’:
以前的发电机也是交流的,只是在内部安装了机械换向开关(器),而近似的认为它发的是直流电。
我也想知道关于车用发电机的详细知识,正在做毕业设计,不知道发电机输入的转速和输出的电流电压功率等参数有怎么样的对应关系?
还有想知道再生制动时的制动功率的计算。
谢谢各位
车用发电机通过整流器发出直流电,可以给蓄电池充电或直接供电
80年前车用发电机都是直流的,80年以后逐渐被硅整流交流发电机替代。
硅整流交流发电机自带调节器(断电器,节流器,节压器三合一体)。
现在更先进了,一块集成电路板就可控制全车电路,包括点火系,充电系,照明系,控制系以及门锁,玻璃,空调等附助电路
车用发电机一般有二用途:
一是给蓄电池充电二是当蓄电池充满后直接作为电源提供给负载。
目前车用发电机大都是硅整流即交流发电机,电流通过调节器后输出变为直流,当然也有用直流发电机的,不过成本高了些。
三相发电机的原理?
三相同步发电机由原动机拖动直流励磁的同步发电机转子,以转速n(rpm)旋转,根据电磁应原理,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。
若认为磁路不饱和,则电枢磁势与磁极磁势各自产生相应的磁通,并在定子绕阻内感因电势。
对于极电机,电枢磁势所感应的电势可以表示为Ea=-jIaXa.Xa被称为电枢反应电抗。
Xa+Xσ=Xs隐极同步发电机的同步电抗。
对于凸极电机,因直轴.交轴处磁阻不同,可将电枢磁势分解成Fad和Faq分别研究。
它们所感应的电势分别写成Ead=-jIdXad和Eaq=-jIqXaq,式中Xad.Xaq分别是直轴及交轴电枢反应电抗。
Xad+Xσ=Xd.Xaq+Xσ=Xq,Xd和Xq分别为直轴同步电抗和交交轴同步电抗。
Xσ为漏磁通引起的电抗。
同步电抗是决定同步电机性能的一个重要参数,通个开路实验和稳态实验就可求取。
同步发电机的空载特性是一个很重要的特性,它直接影响着电机的其它特性,通个开路实验还可以发现励磁系统的故障。
态短路特性和零功率因数特性也都属于同步电机的重要特性,和空载特性配合,可以求出同步发电机的态参数及确定出补偿电枢的励磁电流。
同步发电机的外特性曲线用来求取电机运行时的重要指标之一及电压调整率。
同步发电机的调整特性可使运行人员知道在功率因数一定时,不改变端电压值.负载电流到多小而不使励磁电流超过规定值。
国家标准"GB1029"对三相同步电机的实验方法作了具体规定,适用于普通三相同步发电机的型式实验或检查实验。
通过实验可以确定该电机各性能指标。
各种电机的效率和电压调整率均在部颁标准的相应技术条件中有具体规定,将实验结果与标准规定数据比较即可确定某同步发电机的质量和性能了。
若求取额定励磁电流和电压变化率,一般用做图法,跟国家标准GB1029介绍,其具体步骤如下:
(1)如图1上绘制开路特性曲线,并沿纵轴额定相电压相量UN.
(2)自原点O作额定电枢电流相量IN,与纵轴成ΦN角(cosΦN为额定功率因数)。
(3)从相量UN终端作出电枢绕组电阻压降INRa平行与相量,IN,Ra为基准工作温度时的绕组电阻(对大型电机的Ra可忽略不计,对小型电机可进可行实际测量),从INRa终端作一垂直于相量IN的保梯电抗压降相
量INXp(Xp的保梯电抗压降相量INXp(Xp的求法见下(5),UN和INRa及
和INRa及INXp的相量和为相量Ep,Ep和UN的夹角δ。
(4)由开路特性确定的对应于Ep的励磁电流为Ifp在相量终端上与纵
与纵轴成δ+ΦN角做相量Ifa
(5)额定电枢电流时电枢反应的励磁电流Ifa和保梯电抗Xp的确定:
如右下图上的开路特性曲线,并在图上作F点,F点的纵坐标为额定电压,横坐标为零功率因数特性上对应于于额定电枢电压.额定电枢电流的励磁电流通过通过F点作平行于横轴的直线CF,取CF的长度等于三相稳态短特性曲线上对应于额定枢电流的励磁电流Ifk,自点C作直线平行于开路特性的直线部分于开路特性交于H,自CF作的垂线HK交CF于K,线段
HK的长度即为额定电枢电流时在保梯电流电抗Xp上的压降△Up,则保梯
电抗Xp,可按下式计算。
Xp=△Up/IN
若用标么值绘制开路特性曲线时,则,即可直接得出.线段的长度代表对应于时的励磁电流.
(6)与的向量和即为额定励磁电流。
(7)由开路特性曲线求出对应与开路电压。
电压变化率按下式机算
△U=(U0-UN)/UN*100
注:
实验室里为教学实验用的同步电机通常是小型的。
三相发电机主要是三相交流同步发电机。
其转子通常为直流励磁线圈产生的电磁铁,为发电机工作提供磁场。
定子是在空间互差120度电角度的三相交流绕组(按照一定规律连接的线圈组称为绕组)。
当给转子线圈通入直流电且由原动机带动三相同步发电机的转子旋转时,转子磁场对定子的三相绕组有相对运动,定子的三相绕组就感应三相交流电。
调节转子线圈通入直流电流的大小,可以改变定子的三相绕组电压的大小,改变原动机的转速,可以改变定子的三相绕组电压的频率。
交流发电机及调节器
一、发电原理
交流发电机的工作原理如图2—2所示。
发电机的转子为磁极,磁极绕组通过电刷和滑环引入直流电而产生磁场;发电机的定子为电枢,三相电枢绕组按一定的规律分布在定子的槽中,彼此相差120°电角度。
三相绕组的末端连在一起,形成星形联结。
当转子旋转时,定子绕组与磁力线之间产生相对运动,在三相绕组中产生频率相同、幅值相等、相位相差120°电角度的三相正弦交流电动势,其波形如图2—3所示。
二、整流原理
交流发电机通过六只二极管组成的三相桥式整流电路如图2—3所示,将电枢绕组产生的三相交流电动势转变为直流电流输出。
三、砺磁方式
交流发电机的励磁方式是先他励、后自励,即当发电机转速较低,其电压低于蓄电池电压时,先由蓄电池向发电机磁场绕组供电;当发电机转速升高、其电压高于蓄电池电压时,发电机向自身的磁场绕组供电。
一般交流发电机的励磁电路如图2—4所示所示。
当点火开关S接通时,励磁回路是:
蓄电池“+”→点火开关S→电压调节器→磁场绕组→蓄电池“—”。
当发电机电压高于蓄电池电压时,励磁回路是:
发电机定子绕组→二极管正极→点火开关S→电压调节器→磁场绕组→发电机“E”→二极管负极→定子绕组。
汽车交流发电机的电压调节器
由于交流发电机的转子是由发动机通过皮带驱动旋转的,且发动机和交流发电机的速比为1.7~3,因此交流发电机转子的转速变化范围非常大,这样将引起发电机的输出电压发生较大变化,无法满足汽车用电设备的工作要求。
为了满足用电设备恒定电压的要求,交流发电机必须配用电压调节器,使其输出电压在发动机所有工况下基本保持恒定。
一、电压调节器的分类
1.交流发电机电压调节器按工作原理可分为:
(1)触点式电压调节器
触点式电压调节器应用较早,这种调节器触点振动频率慢,存在机械惯性和电磁惯性,电压调节精度低,触点易产生火花,对无线电干扰大,可靠性差,寿命短,现已被淘汰。
(2)晶体管调节器
随着半导体技术的发展,采用了晶体管调节器。
其优点是:
三极管的开关频率高,且不产生火花,调节精度高,还具有重量轻、体积小、寿命长、可靠性高、电波干扰小等优点,现广泛应用于东风、解放及多种中低档车型。
(3)集成电路调节器
集成电路调节器除具有晶体管调节器的优点外,还具有超小型,安装于发电机的内部(又称内装式调节器),减少了外接线,并且冷却效果得到了改善,现广泛应用于桑塔纳。
奥迪等多种轿车车型上。
(4)电脑控制调节器
电脑控制调节器是现在轿车采用的一种新型调节器,由电负载检测仪测量系统总负载后,向发电机电脑发送信号,然后由发动机电脑控制发电机电压调节器,适时地接通和断开磁场电路,即能可靠地保证电器系统正常工作,使蓄电池充电充足,又能减轻发动机负荷,提高燃料经济性。
如上海别克、广州本田等轿车发电机上使用了这种调节器。
2.电子调节器按所匹配的交流发电机搭铁型式可分为:
(1)内搭铁型调节器:
适合于与内搭铁型交流发电机所匹配的电子调节器称为内搭铁型调节器;
(2)外搭铁型调节器:
适合于与外搭铁型交流发电机所匹配的电子调节器称为外搭铁型调节器。
在使用过程中,对于晶体管调节器,最好使用汽车说明书中指定的调节器,如果采用其他型号替代,除标称电压等规定参数与原调节器相同外,代用调节器必须与原调节器的搭铁形式相同,否则,发电机可能由于励磁电路不通而不能正常工作。
对于集成电路调节器,必须是专用的,是不能替代的。
二、电压调节器的调压原理
由交流发电机的工作原理我们知道,交流发电机的三相绕组产生的相电动势的有效值
Eφ==CeФn(V)
这里Ce为发电机的结构常数,n为转子转速,Ф为转子的磁极磁通,也就是说交流发电机所产生的感应电动势与转子转速和磁极磁通成正比。
当转速升高时,Eφ增大,输出端电压UB升高,当转速升高到一定值时(空载转速以上),输出端电压达到极限,要想使发电机的输出电压UB不再随转速的升高而上升,只能通过减小磁通Ф来实现。
又磁极磁通Ф与励磁电流If成正比,减小磁通Ф也就是减小励磁电流If。
所以,交流发电机调节器的工作原理是:
当交流发电机的转速升高时,调节器通过减小发电机的励磁电流If来减小磁通Ф,使发电机的输出电压UB保持不变。
触点式电压调节器通过触点开闭,接通和断开磁场电路,来改变磁场电流If大小;晶体管调节器、集成电路调节器等利用大功率三极管的导通和截止,接通和断开磁场电路,来改变磁场电流If大小。
三、电子调节器结构与工作原理
电子调节器有多种型式,其电路个不相同,但一般采用整体封装型式,不可拆卸,不能维修,只能整体更换。
这里向大家介绍电子调节器的基本电路,实际电路要复杂的多,但工作原理可用基本电路工作原理去理解。
1.外搭铁型电子调节器的基本电路
晶体管调节器又称为电子调节器,图2-29所示为外搭铁型电子调节器的基本电路:
基本电路是由三只电阻R1、R2、R3,两只三极管VT1、VT2,一只稳压二极管VS和一只二极管VD组成。
电阻R3既是VT1的分压电阻,又是VT2的负载电阻
电阻R1和R2组成一个分压器,分压器R1、R2两端的电压为发电机电压UB,R1上得分压为:
VT2是大功率三极管(NPN型),和发电机的磁场绕组串联,起开关作用,用来接通与切断发电机的励磁电路;
VT1是小功率三极管(NPN型),用来放大控制信号;
VD是续流二极管;磁场绕组由接通转为断开状态时(F端为+,B端为-),经二极管VD构成放电回路,防止三极管VT2被击穿损坏
稳压管VS是感受元件,串联在VT1的基极电路中,并通过VT1的发射结并联于分压电阻R1的两端,以感受发电机的输出电压;
UR1电压加在稳压管VS上,R1的阻值是这样确定的,当发电机输出电压UB达到规定的调整值时(如桑塔纳为13.5—14.SV),UR1电压正好等于稳压管VS的反向击穿电压。
2.外搭铁式电子节器的工作原理
(1)点火开关SW接通,发电机电压UB<蓄电池电动势时,VT1截止,VT2导通,蓄电池直接供电到磁场绕组。
磁场绕组电路为:
蓄电池正极→磁场绕组→调节器F接柱→三极管VT2→调节器E接柱→搭铁→蓄电池负极。
发电机电压随转速升高而升高。
发电机他励
(2)发电机电压虽然升高,但如果蓄电池电动势<发电机输出电压UB<调节上限时,VT1继续截止,VT2继续导通,发电机自励且开始对外供电。
磁场绕组电路为:
发电机正极→磁场绕组→调节器F接柱→三极管VT2→调节器E→搭铁→发电机负极。
发电机电压随转速升高而继续升高。
(3)当发电机电压升高到等于调节上限U2时,调节器开始工作。
电阻R1、R2分压,UR1=UVS+Ube1,VS导通,VT1导通,VT2截止,磁场电路被切断,发电机输出电压迅速下降。
当发电机电压下降到等于调节下限U1时
电阻R1、R2分压减小,当UR1<UW+Ube1,VS截止,VT1截止,VT2重新导通,磁场电路重新被接通,发电机电压上升。
发电机电压升到调节上限时,VT2就截止,磁场电路被切断,输出电压下降;降到等于调节下限U1时,磁场电路被接通,发电机电压上升,周而复始,发电机输出电压被控制在一定范围内。
配装电子调节器的发电机的输出电压上限U2和下限U1的差值很小,所以发电机的输出电压波动非常小,再加上电容的滤波,所以发电机的输出电压很稳定。
内搭铁式电子调节器基本电路见图3-30。
原理与外搭铁式类似。
四、电子调节器应用实例
1.JFT106型晶体管调节器
(1)应用
JFT106型调节器属于外搭铁式晶体管调节器,调节电压为13.8~14.6V,可与 14V。
750W的外搭铁式九管式交流发电机配套,也可与14V、功率小于1000W的外搭铁式六管交流发电机配套。
(2)外形
图2-31aJFT106型晶体管调节器外形图
图2-31a为解放CA1092型汽车用JFT106型晶体管调节器外形图,该调节器有“+”、“F”和“一”三个接线柱,其中“+”接线柱与发电机的“Fl”接线柱相接,“F”接线柱与发电机的“F2”接线柱相接,“一”接线柱搭铁。
(3)组成与原理
2-31b为JFT106型晶体管调节器工作原理图,
和图2-33电子调节器的基本电路比较,组成JFT106型晶体管调节器电路的元件要多一些,但工作原理是相同的。
JFT106型晶体管调节器元件功用说明:
VT2、VT3接成复合管,目的是提高放大倍数,其作用与前述基本电路中的VT2相同;
VT1、VD3、R5的作用与前述基本电路相同;
R6、R7、R8是偏流电阻;
R4是正反馈电阻,起提高三极管开关速度,提高三极管寿命的作用;
R1、R2、R3组成分压器,R3是调整电阻。
C1、C1是降频电容,起降低三极管开关频率,提高三极管寿命的作用;
VD1是VS1的温度补偿管;
VD2是分压二极管,防止VT2、VT3的误导通;
VS2起过压保护作用,限定发电机的输出电压不超出某定值,保护汽车上的用电设备不因瞬时过电压二损坏。
2.集成电路调节器
集成电路调节器也叫IC调节器,是根据使用要求,将电路中的若干元件集成在同一基片上,制成一个独立的电子芯片。
集成电路调节器装于发电机内部,构成整体式交流发电机。
发电机外部有2个或3个接线柱。
集成电路调节器的工作原理与晶体管调节器的工作原理完全一样,都通过稳压管感应发电机的输出电压信号,利用三极管的开关特性控制发电机的励磁电流,使发电机的输出电压保持恒定。
(1)集成电路调节器的检测电路
集成电路调节器,根据分压器R1、R2检测点位置不同可分为“发电机电压检测电路”和“蓄电池电压检测电路”两种型式。
①发电机电压检测电路见图3-32a。
分压器R1、R2从发电机输出端(D+端)得到电压,稳压管VS上的电压与发电机的输出电压成正比,所以该电路称为发电机电压检测电路(检测点在发电机上)。
发电机电压检测电路的优点:
发电机到检测电路距离近,可不用导线连接,直接接在发电机输出端,连接可靠,不致使检测电路检测不到信号。
发电机电压检测电路的缺点:
当发电机到蓄电池之间连接电阻大时,蓄电池充电电压会偏低,使蓄电池充电不足。
②蓄电池电压检测电路图3-32b。
分压器R1、R2从蓄电池输出端得到电压,稳压管VS上的电压和蓄电池端电压成正比,所以该电路称为蓄电池电压检测电路(检测点在蓄电池上)。
蓄电池电压检测电路优点:
直接检测蓄电池端电压来控制发电机的输出,可使蓄电池的充电电压有保证。
蓄电池电压检测电路的缺点:
当蓄电池和发电机之间的连接不可靠时,会使发电机失控。
(2)集成电路调节器应用举例
图2-33a所示为天津夏利轿车发电机使用的集成电路调节器外形图,该发电机为整体式交流发电机,调节器为内装式外搭铁型。
该调节器有6个接线端子F、P、E三个端子用螺钉直接和发电机连接,B端用螺母固定在发电机的输出端子“B”上,IG、L两个端子佣金属线引到调节器的外部接线插座上。
图2-33b为夏利轿车调节器电路连接图
①磁场电流控制:
VT2是大功率三极管,和磁场串联,由集成片IC控制VT2的导通和截止,从而控制磁场电路通断,使发电机电压得到控制。
②充电指示灯:
充电指示灯串接在VT1集电极上,VT1导通充电指示灯亮,VT1截止充电指示灯熄灭。
在集成片IC中有控制VT1导通和截止的电路,控制信号由p点提供,p点提供的是发电机单相电压的交流信号,其信号幅值大小可反映发电机输出电压高低。
当发电机输出电压低于蓄电池电压时,IC中控制电路使VT1导通,充电指示灯亮,当发电机输出电压高于蓄电池电压时,IC中控制电路使VT1截止,充电指示熄灭。
3.发动机电脑控制的调节器
图2-34为广州本田雅阁轿车直列4缸发动机配用的发电机调节器电路图,发电机整流器为八管。
调节器为内装式外搭铁型,由发电机电脑控制。
在汽车电路中有一个负载检测仪,检测电路中总电流负载大小,送信号导电脑,调节器C接线端子送发电机电压信号到电脑,电脑根据这两个信号判断磁场电路应该接通还是断开,输出控制信号到FR端子,驱动调节器的控制电路,适时地接通和断开磁场绕组电路,以此控制发电机的输出电压
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