汽車交流發(fā)電機(jī)的工作原理

汽車發(fā)電機(jī)是汽車電源的主要部分，負(fù)責(zé)車輛運轉(zhuǎn)時對部件供電以及對蓄電池的充電。汽車用發(fā)電機(jī)可分為直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)，由于交流發(fā)電機(jī)在許多方面優(yōu)于直流發(fā)電機(jī)，直流發(fā)電機(jī)已被淘汰，目前所有汽車均采用交流發(fā)電機(jī)。

汽車交流發(fā)電機(jī)同樣基于電磁感應(yīng)原理。當(dāng)磁通被在磁場里運動的導(dǎo)體切割時，便在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。若設(shè)法使磁通和導(dǎo)體產(chǎn)生相對的切割運動，在導(dǎo)體中便能產(chǎn)生電動勢。這種現(xiàn)象稱為“電磁感應(yīng)”。發(fā)電機(jī)基本原理就是由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電動勢，產(chǎn)生電能（電壓和電流）。雖然單個導(dǎo)體在磁場里運動能產(chǎn)生電動勢，但是非常小。如果把二個導(dǎo)體首尾連接起來，那么將產(chǎn)生二次電動勢，結(jié)果產(chǎn)生二倍電動勢。以線圈形式的導(dǎo)體在磁場中轉(zhuǎn)動時，將產(chǎn)生較大的電動勢，從而形成電壓和電流。發(fā)電機(jī)就是根據(jù)這個原理，在磁場中轉(zhuǎn)動線圈來產(chǎn)生電能，產(chǎn)生的電流為大小和方向都不斷變化的交流電流。

由于線圈發(fā)電越大，由于電流作用，線圈越易發(fā)熱。因此，線圈裝在發(fā)電機(jī)外層對冷卻有好處。所以所有交流發(fā)電的發(fā)電線圈（定子芯）都在外層，而旋轉(zhuǎn)磁鐵（轉(zhuǎn)子芯）都在線圈內(nèi)。

交流發(fā)電機(jī)工作原理如圖1-15。

圖1-15 交流發(fā)電機(jī)的工作原理

交流發(fā)電機(jī)定子的三相繞組按一定的規(guī)律嵌套在發(fā)電機(jī)的定子槽內(nèi)，彼此互差120°電角度。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場繞組接通直流電源時，轉(zhuǎn)子的爪極被磁化為N極和S極。其磁力線由N極出發(fā)，穿過轉(zhuǎn)子與定子之間很小的氣隙進(jìn)入定子鐵心，最后又通過氣隙回到S極。

圖1-16 三相橋式整流電路中的電壓、電流波形

a）三相橋式整流電路；b） 三相交流電動勢；c） 整流后交流發(fā)電機(jī)輸出波形

將交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)變成直流電稱為整流。常見的整流電路有六管交流發(fā)電機(jī)的整流電路和九管交流發(fā)電機(jī)的整流電路。

1）六管交流發(fā)電機(jī)的整流電路

六管交流發(fā)電機(jī)的整流裝置實際是一個由6個硅整流二極管組成的三相橋式整流電路，見圖1-16a）。3個二極管VD2、VD4、VD6的負(fù)極分別與發(fā)電機(jī)三相繞組的始端相連，它們的正極連接在一起，組成共陽極組接法，3個二極管的導(dǎo)通原則是在某一瞬間負(fù)極電位最低的二極管導(dǎo)通。3個二極管VD1、VD3、VD5的正極分別與發(fā)電機(jī)三相繞組的始端相連，它們的負(fù)極連接在一起，組成共陰極組接法，3個二極管的導(dǎo)通原則是在某一瞬間正極電位最高的二極管優(yōu)先導(dǎo)通。每個時刻有2個二極管同時導(dǎo)通，其中一個二極管在共陰極組，另一個在共陽極組，同時導(dǎo)通的兩個管子總是將發(fā)電機(jī)的電壓加在負(fù)荷兩端，如圖1-16c）所示。

當(dāng)t＝0時，C相電位最高，而B相電位最低，所對應(yīng)的二極管VD5、VD4均處于正向?qū)āＳ捎诙O管的內(nèi)阻很小，所以此時發(fā)電機(jī)的輸出電壓等于B、C繞組之間的線電壓。

在t1-t2時間內(nèi)，A相的電位最高，而B相電位最低，故對應(yīng)VD1、VD4處于正向?qū)?。同理，交?u>發(fā)動機(jī)的輸出電壓可視為A、B繞組之間的線電壓。

在t2-t3時間內(nèi)，A相電位最高，而C相電位最低，故VD1、VD6處于正向?qū)?。同理，交流發(fā)動機(jī)的輸出電壓可視為A、C繞組之間的線電壓。

以此類推，周而復(fù)始，在負(fù)載上便可獲得一個比較平穩(wěn)的直流脈動電壓。

2）九管交流發(fā)電機(jī)的整流原理

九管交流發(fā)電機(jī)的特點是除了常用的6個整流二極管外，又增加了3個功率較小的二極管。3個功率較小的二極管用來供給交流發(fā)電機(jī)磁場電流，故又稱之為磁場二極管。采用磁場二極管后，輸出端連接充電指示燈，即可指示發(fā)電機(jī)工作情況的好壞。九管交流發(fā)電機(jī)充電系統(tǒng)的電路如圖1-17所示。

圖1-17 九管交流發(fā)電機(jī)充電系統(tǒng)電路圖

汽車用交流發(fā)電機(jī)的勵磁方法是由他勵方式到自勵發(fā)電的一個過程。由于汽車用交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的剩磁較弱，不能利用磁極的剩磁自勵發(fā)電，所以需要外接直流電源。交流發(fā)電機(jī)只有在較高轉(zhuǎn)速時，才能自勵發(fā)電。交流發(fā)電機(jī)在低速運轉(zhuǎn)時，采用他勵方式。

根據(jù)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC／T 73－93《汽車電氣設(shè)備產(chǎn)品型號編制方法》的規(guī)定，汽車交流發(fā)電機(jī)的型號表示方法如下：

第1部分為產(chǎn)品代號。交流發(fā)電機(jī)的產(chǎn)品代號有JF、JFZ、JFB、JFW四種，分別表示交流發(fā)電機(jī)、整體式交流發(fā)電機(jī)、帶泵交流發(fā)電機(jī)和無刷交流發(fā)電機(jī)。

第2部分為電壓等級代號。用1位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，1-12 V；2-24V；6-6 V。

第3部分為電流等級代號。用1位或2位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，其含義見表1-3。

第4部分為設(shè)計序號。用1或2位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，按產(chǎn)品的先后順序，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。

第5部分為變型代號。交流發(fā)電機(jī)以調(diào)整臂的位置作為變型代號。從驅(qū)動端看，在中間不加標(biāo)記，Y-右邊；Z-左邊。

例如：桑塔納、奧迪100型轎車所使用的JFZ1610Y型交流發(fā)電機(jī)，其含義是電壓等級為12 V、輸出電流大于60~90 A、第 10次設(shè)計、調(diào)整臂位于右邊的整體式交流發(fā)電機(jī)。