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详细解析汽车发电机工作原理

来源：乐鱼导航发布时间：2023-10-10 13:58:18

　　转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有六个鸟嘴形磁极,爪极空腔内装有磁场绕组(转子线圈)和磁轭。集电环由两个彼此绝缘的铜环组成，集电环压装在转子轴上并与轴绝缘，两个集电环分别与磁场绕组的两端相连。

　　当两集电环通入直流电时（通过电刷），磁场绕组中就有电流通过，并产生轴向磁通，使爪极一块被磁化为N极，另一块被磁化为S极，从而形成六对相互交错的磁极。当转子转动时，就形成了旋转的磁场。

　　交流发电机的磁路为：磁轭→N极→转子与定子之间的气隙→定子→定子与转子间的气隙→S极→磁轭。见图2-7。

　　定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。定子绕组有三相，三相绕组采用星形接法或三角形（大功率）接法，都能产生三相交流电。

　　三相绕组的必须按一定要求绕制,才能使之获得频率相同、幅值相等、相位互差120°的三相电动势。

　　3．三相绕组的始边应相互间隔2π+120o电角度（一对磁极占有的空间为360o电角度）

　　在国产JF13系列交流发电机中，一对磁极占6个槽的空间位置（每槽60o电角度），一个磁极占3个槽的空间位置，所以每个线圈两条有效边的位置间隔是3个槽，每相绕组相邻线个槽，三相绕组的始边的相互间隔可以是2个槽，8个槽，14个槽等。

　　交流发电机整流器的作用是将定子绕组的三相交流电变为直流电，6管交流发电机的整流器是由6只硅整流二极管组成三相全波桥式整流电路，6只整流管分别压装（或焊装）在两块板上。

　　（2）反向电压高，反向重复峰值电压270V，反向不重复峰值电压300V；

　　（3）只有一根引线。并且有的二极管引线是正极，有的二极管引线是负极，引出线为正极的管子叫正极管，引出线为负极的管子叫负极管，所以说整流二极管有正二极管和负二极管之分。

　　将正极管安装在一块铝制散热板上，称为正整流板；将负极管安装另一块铝制散热板上，称为负整流板，也可用发电机后盖代替负整流板。见图2-10。

　　在正整流板上有一个输出接线柱B（发电机的输出端）。负整流板上直接搭铁。负整流板上一定和壳体相联接。整流板的形状各异，有马蹄形、长方形、半圆形等见图2-11

　　端盖一般分两部分（前端盖和后端盖），起固定转子、定子、整流器和电刷组件的作用。端盖一般用铝合金铸造，一是可有效的防止漏磁，二是铝合金散热性能好。

　　后端盖上装有电刷组件，有电刷、电刷架和电刷弹簧组成。电刷的作用是将电源通过集电环引入磁场绕组。见图2-12

　　磁场绕组（两只电刷）和发电机的联接不同，使发电机分为内搭铁型和外搭铁型两种

　　1．内搭铁型发电机：磁场绕组负电刷直接搭铁的发电机（和壳体直接相连）。见图2-13a

　　2．外搭铁型发电机：磁场绕组的两只电刷都和壳体绝缘的发电机。见图2-13b

　　8管交流发电机（如夏利车用）和6管交流发电机的基本机构是相同的，所不同的是整流器有8只硅整流二极管，其中6只组成三相全波桥式整流电路，还有2只是中性点二极管，1只正极管接在中性点和正极之间，1只负极管接在中性点和负极之间。对中性点电压进行全波整流。（见图2-14）

　　试验表明：加装中性点二极管的交流发电机在结构不变的情况下能大大的提升发电机的功率10%～15%。

　　交流发电机中性点电压为三次谐波，随着发电机转速的提高，中性点三次谐波电压也升高。见图2-15

　　当中性点电压瞬时值高于三相绕组的最高值时，中性点正极管导通对外输出电流；电流回路为：中性点→中性点正极管→负载→某一负极管→定子绕组→中性点。见动画2。

　　当中性点电压瞬时值低于三相绕组的最低值时，中性点负极管导通对外输出电流；电流回路：中性点→定子绕组→某一正极管→负载→中性点负极管→中性点。由于中性点参与了对外输出，所以能提高输出功率。

　　9管交流发电机的基本结构和6管交流发电机相同，所不同的是整流器。9管交流发电机的整流器是由6只大功率整流二极管和3只小功率励磁二极管组成的交流发电机。

　　其中6只大功率整流二极管组成三相全波桥式整流电路，对外负载供电，3只小功率管二极管与三只大功率负极管也组成三相全波桥式整流电路专门为发电机磁场供电。所以称3只小功率管为励磁二极管。9管交流发电机电路见图2-16

　　11管交流发电机的整流器由8只大功率整流二极管（其中2只中性点二极管）和3只磁场二极管组成。其它结构和6管交流发电机相同。

　　由于没有电刷和集电环，所以不会因为电刷和集电环的磨损和接触不良造成激磁不稳定或发电机不发电等故障；同时工作时无火花，也减小了无线电干扰。无刷交流发电机分为爪极式、激磁机式和永磁式三种。

　　爪极式无刷交流发电机磁场绕组是静止的，它通过一个磁轭托架固定在后端盖上,所以，不再需要电刷。

　　两个爪极中只有一个爪极直接固定在电机转子轴上，另一爪极则用非导磁联接环固定在前一爪极上。当转子旋转时，一个爪极就带动另一爪极一起在定子内转动,当磁场绕组中有直流电通过时，爪极被磁化,,就形成了旋转磁场。磁路如图2-18所示

　　图2-19为德国波许公司生产的带有激磁机的无刷交流发电机。它其实就是在一台爪极式三相交流发电机的基础上增加了一部专为其激磁的小型硅整流交流发电机，称为激磁机（图中4、5、6），激磁机的磁场绕组固定，而三相绕组是转动的。当发电机转动时，在激磁机转子4的三相绕组中感应出三相交流电，在发电机内部经二极管整流后变为直流电，直接供给爪极式三相交流发电机的磁场绕组15激磁发电。

　　这种无刷发电机的优点是磁路中无附加气隙，因而漏磁少，输出功率大，但结构复杂。

　　该种发电机与普通发电机不同的是转子部分——以永久磁铁作为转子磁极而产生旋转磁场，不仅去掉了电刷和滑环，而且不需要磁场绕组和爪极。结构相对比较简单可靠、常规使用的寿命长。转子常用的永磁材料有铁氧体、铬镍钴、稀土钴、钕铁硼等。

　　由于转子为永磁结构，所以产生的旋转磁场强度是不变的、不可调的，因此，不能采用普通交流发电机通过调节器控制磁场电流的办法来调节发电机的输出电压。为解决调压问题可采用电压调节器与三相半控桥式整流相配合的办法，使发电机输出电压不随转速大幅度变化而变化。

　　图2-20是永磁发电机电压控制原理图。3只共阳极硅二极管VD1、VD2、VD3与3只共阴极晶闸管VT1、VT2、VT3组成三相半控桥式整流电路。另外由硅整流二极管VD1～VD6组成三相全波整流电路，为晶闸管控制极提供触发电压，与电压调节器的一个触点相接，另一个触点则与晶闸管的控制极相连，电压调节器的线圈并接在三相半控桥的输出端，电压控制原理如下：

　　低速时触点K闭合，晶闸管控制极获得正向触发电压而导通，当转速达到一定值时，整流桥可向蓄电池和负载提供全波整流电压。当整流输出电压随转速升高而升高到超过额定电压时，触点K断开（因线圈吸力增大），晶闸管因失去正向触发电压而截止，因而整流输出电压下降。当整流电压降到一定值时，电压调节器线圈中电流减小吸力减小而使K闭合，3只晶闸管重新被触发导通，又使整流输出电压回升。如此反复，便可使输出电压控制在规定范围内。（触点式调节器目前已经由电子式或电脑控制的调节器所代替）

　　1．体积小、轻、结构相对比较简单、维护方便，常规使用的寿命长。如750W的钛铁硼永磁发电机与350W普通交流发电机重量相当。转子上除轴承外无其他磨损件并开有通风孔，冷却散热好，因而寿命可提高两倍以上。

　　2．由于传动比大，即发动机转速低而发电机转速高，所以发动机低速时发电机充电性能好。

　　5．在电压控制器中，由于只有控制极约10mA的电流通过触点，故可降低触点磨损，电压调节结构很简单。

　　6．由于永磁体的磁导率接近空气的磁导率，使电枢反应磁阻增大，因而感应电势的非正弦畸变减小，输出功率增大。六、带泵交流发电机

　　带泵交流发电机的发电机与普通交流发电机完全一样，不同的是转子轴很长并伸出后端盖，利用外花键与真空泵的转于内花键相连接，驱动真空泵与发电机转子同步旋转，给汽车制动系中的真空筒抽真空，为制动系的真空增压器提供真空源，大多数都用在没有真空源的柴油机（汽油机可直接从进气歧管处取得真空。制动时因节气门几乎关闭而在进气歧管中形成高真空，而柴油机无节气门）。国产JFB2525型带泵交流发电机外形如图2-21所示。

　　双整流发电机是一种最新型交流发电机，它大大改善了普通交流发电机低速充电性能和高速上限功率输出，又不增设很复杂的控制电路，因此也没有增加充电系的故障率。

　　如图2-22所示。在普通交流发电机三相定于绕组基础上，增加绕组匝数并引出接线头，增加一套三相桥式整流器。低速时由原绕组和增绕组串联输出，而在较高转速时，仅由原三相绕组输出。工作中高低速供电电路的变换是自动的，没有增设任何机电控制装置，其工作原理分析如下：

　　在低速范围内，由于发电机转速低，三相绕组的串联输出，提高了发电机的输出电压，使发电机低速充电性能大幅度的提升。在高速范围内，随着发电机转速的增大，串接的三相绕组的感抗增大，内压降增大，再加上电枢反应加强，使输出电压下降。这时原三相绕组A、B、C因内压降较小，产生的感应电流相对较大，确保高速下的功率输出。

　　（1）既降低了发电机的充电转速，又保证了高速大电流输出，提高了发电机的有效功率。双整流发电机比普通发电机最低充电转速降低了200－300r／min，在低速下发电机就可以输出电流达10A；而标称电压及额定电流下的转速不大于2500r／min。

　　（2）结构相对比较简单，工作可靠，只在定子槽中增加绕组匝数，增加一套三相桥式整流。八感应子式交流发电机

　　感应子式交流发电机也是一种无电刷交流发电机，由定子、转子、整流器和机壳组成。它的转子是由齿轮状钢片铆成，其上有若于个沿圆周均匀分布的齿形凸极，而没有磁场绕组。磁场绕组和电枢绕组均安放在定子槽中，如图2-23所示。

　　当磁场绕组3通人直流电后，在定子铁心1中产生固定磁场（右上部、左下部为S极；左上部、右下部为N极）。由于转子4凸齿部分磁通容易通过，磁感应强度最大，从而形成磁极。但转子的每个凸齿是没有固定极性的，当它对着定子N极就是S极，对着S就是N极。

　　转子凸齿在不运动的磁场内旋转时，当凸齿对着定子凸齿时，磁通量最大，当转子槽对着

　　走子凸齿时则磁通量最小。因此，转子旋转时，定子凸齿内产生脉动磁通，在定子绕组中感应出交变电动势。将电枢绕组以一定的方式连接起来，并经整流，便可得直流电。

　　感应子式交流发电机中电枢绕组交流电动势的频率恒等于Zn/60（Z为转子齿数，n为转子转速），与磁场绕组形成的磁极对数无关，这与同步交流机的本质不同。感应子式无刷交流发电机机质量比功率较低。关键字：编辑：什么鱼引用地址：详细解析汽车发电机工作原理

　　汽车发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动机正常运作时，向所有用电设备（起动机除外）供电，同时向蓄电池充电。汽车发电机电流和电压测试的目的是评估发电机的充电率，这与加载在蓄电池上的电子负载相关。任何从蓄电池消耗的充电必须由发电机补充。发电机的输出是规定的，必须不能欠充或过充。对于12v的系列发电机，规定输出电压为14v。对于24v的系列发电机，规定输出电压为28v。示波器的通道一连接BNC转香蕉头线，再将红色鳄鱼夹子插到测试线上接至蓄电池的正极，黑色夹子夹负极，通道二用电流探头连接，电流探头的档位打到100A。点ZERO自动调零。起动发动机，开启电子附属设备(车头灯和加热器等)。一些汽车在大多数情况下要发动机运行

　　电流和电压 /

　　0引言汽车发电机电压调节器是控制汽车发电机发电特性的重要部件。我们国家生产的电压调节产品不断推陈出新，但其检验测试手段还很落后，通常是将该产品与汽车发电机组装在一起，在专用试验台上进行动态测试，这种测试手段虽然实时性好，精度高，但整个检测系统庞大、价格昂贵、耗电量大、操作复杂，只有专门的调节器生产企业才具备该检测系统。不管是汽车电压调节器生产企业，还是发电机厂及汽车维修市场都急需一种测试准确、稳定可靠、简单易操作、价格实惠公道的电压调节器静态测试仪。开发的BL-2型单一功能电压调节器静态测试仪已成为国内多家电压调节器生产厂及发电机生产厂的检验测试仪器，但其只适用于中小批量、单一功能电压调节器的测试，不能够满足市场的功能需求。为此开发了BL

　　河北新闻网讯（通讯员王继军记者李淑丽）记者昨天从河北秦皇岛经济技术开发区中科纳川电子科技有限公司了解到，该公司研制的汽车发电机电压调节器芯片AVR03C产品正在加紧生产，预计五月上旬将发往英国。这批出口的汽车发电机电压调节器芯片产品共有200颗，采用二进制编码技术实行数字化电压调整；具备过流保护、过热保护及定频等功能，使电机运行更稳定、可靠；此外，该产品适应环境和温度范围广，可在-50℃—150℃之间安全运作。据了解，秦皇岛中科纳川电子科技有限公司是由中科院半导体研究所与秦皇岛纳川电子科技有限公司共同成立的合资公司。该企业具有汽车核心芯片及芯片封装测试领域的多项核心技术，是目前国内唯一一家专门干高可靠性汽车专

　　一、电刷旋钮的安装 1、取出弹簧和钢珠，放入凡士林油中，将加上润滑油的弹簧放入电刷旋钮的小孔中，钢珠黏附在弹簧的上方。切勿丢失。 2、观察面板背面的电刷旋钮安装部位，由3个电刷旋钮固定卡、2个电刷旋钢定位弧、1个钢珠安装槽和1个花瓣形钢珠滚动槽组成。 3、将电刷旋钮平放在面板上，注意电刷放置的方向。用起子轻轻顶，使钢珠卡人花瓣槽内，小心滚掉，手指均匀用力将电刷旋钮卡入固定卡。 4、将面板翻到正面，档位开关旋钮轻轻套在从圆孔中伸出的小手柄上，慢慢转动旋钮，检查电刷旋钮是否安装正确，能听到“咔嗒”、“咔嗒”的定位声。如果听不到，则说明钢珠丢失或掉进电刷旋钮与面板间的缝隙，档位开关无法定位，需要拆除重装。

　　旋钮与档位的过程 /

　　飞思卡尔半导体公司通过推出新的TC80310产品扩展了其交流发电机稳压器产品系列，该产品是一款单片式交流发电机稳压器集成电路(IC) ，能够与本地互联网络 (LIN) 集成，为汽车交流发电机提供增强型控制功能。通过与汽车引擎控制单元(ECU)之间的单线LIN连接，ECU能控制能源管理模式，以此来实现节能减排，这对于有二氧化碳减排指标的地区，尤其重要。TC80310片上系统只使用了非常有限的新增元件便实现了交流发电机稳压器功能，并且对交流发电机充电系统来进行了优化。与汽车交流发电机制造商合作开发的 TC80310 ，使用了飞思卡尔多功能 SMARTMOS 混合信号处理技术，结合

　　5 月 27 日讯，中科院半导体所海宁先进半导体与智能技术研究院近日成功研制国内首款基于 LIN 总线技术的多功能汽车发电机电压调节器 AVR04，弥补了汽车发电机电压调节器芯片 “依靠进口”的短板，量产后将大幅度降低企业成本。图源：海宁鹃湖国际科技城据了解，该调节器是燃油汽车必不可少的配件，可防止电压过高或过低而损坏车载用电设备，还可避免车载蓄电池过量充电。下一步，研究院将重点建设半导体工艺平台，开展第三代半导体器件驱动与封装研发技术。 2018 年 6 月，海宁先进半导体与智能技术研究院落户海宁鹃湖国际科技城，是嘉兴与中科院半导体研究所合作，面向新能源汽车、生命科学、智能传感等应用领域设立的集

　　电压调节器芯片，弥补依赖进口空缺 /

　　汽车发电机是汽车电源的主要部分，负责车辆运转时对部件供电以及对蓄电池的充电。汽车用发电机可分为直流发电机和交流发电机，由于交流发电机在许多方面优于直流发电机，直流发电机已被淘汰，目前所有汽车均采用交流发电机。汽车交流发电机的基础原理汽车交流发电机同样基于电磁感应原理。当磁通被在磁场里运动的导体切割时，便在导体中产生感应电动势。若设法使磁通和导体产生相对的切割运动，在导体中便能产生电动势。这种现象称为“电磁感应”。发电机基础原理就是由电磁感应产生的电动势，产生电能（电压和电流）。虽然单个导体在磁场里运动能产生电动势，但是非常小。如果把二个导体首尾连接起来，那么将产生二次电动势，结果产生二倍电动势。以线圈形式的导体在磁场中转动

　　的工作原理 /

　　单相串激电动机接线最简单，通常只需要将电源的正负极连接到电机的两个电刷即可。单相串激电动机的接线方式如下图所示：其中，AC power source表示单相交流电源，brush表示电刷，rotor表示转子绕组，stator表示定子绕组，load output表示电机的输出端。在接线时必须要格外注意以下几点：电机的电刷需要与电源正负极正确连接，否则电机会无法正常工作。电机的转子和定子绕组需要正确布置，否则电机的性能会受一定的影响。单相串激电动机只能接到单相交流电源上，不能接到三相电源上。由于单相串激电动机的转矩和电流成正比，因此在实际应用中必须要格外注意控制电机的电流和负载，以避免电机过载和效率下降。总之，单

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