发电机的工作原理及励磁方法详解

1.发电机的发电原理

发电机的三相定子绕组按一定规律分布在发电机的定子槽中，彼此相差120°电角度。发电机的发电原理如图1-2-16所示。

图1-2-16　发电机的发电原理

当励磁绕组接通直流电时即被励磁，一块爪极形成N 极，另一块爪极形成S极，两块爪极相互交错形成6 对磁极。转子旋转时，励磁绕组所产生的磁场随之旋转，形成旋转磁场。它与固定不动的定子绕组产生相对运动，使三相定子绕组中产生三个频率相同、幅值相等、相位相差120°电角度的正弦电动势eA、eB和eC，其瞬时值分别为

式中　Em——相电动势的最大值；

　　　EФ——相电动势的有效值；

　　　ω——电角频率（ω＝2πf）。

发电机每相绕组所产生的电动势的有效值（N）为

式中　K——定子绕组系数，一般小于1；

　　　f——感应电动势的频率（Hz），f＝Pn/60（P 为磁极对数，n为转速，r/min）；

　　　N——每相绕组的匝数；

　　　Ф——磁极的磁通（Wb）。

这表明，使用中的交流发电机，其交变电动势的有效值取决于转速和转子的磁通量，这一性质将直接决定交流发电机的输出电压值。

2.发电机的整流原理

硅二极管具有单向导电特性。当二极管被加上正向偏置电压时，二极管处于导通状态；当二极管被加上反向偏置电压时，二极管处于截止状态。用硅二极管组成整流电路，就可以把交流电变成直流电。在交流发电机中，6只二极管组成的三相桥式全波整流电路及电压波形，如图1-2-17所示。

图1-2-17　三相桥式全波整流电路及电压波形

由于3个正极管（VD1、VD3、VD5）的正极分别接在发电机三相绕组的首端，它们的负极同时接在正极板上，所以在某一瞬间，哪一相的电压最高，哪一相就获得正向电压而导通。由于3个负极管（VD2、VD4、VD6）的负极也分别接在三相绕组的首端，而它们的正极同时接在负极板上，所以在某一瞬间，哪一相的电压最低，哪一相的负极管就导通。因此在某一瞬间同时导通的二极管只有两个（即正负极管各一个）。

当t＝0时，C相电位最高，而B相电位最低，所对应的二极管VD5、VD4 均处于正向导通。电流从绕组C出发，经VD5→负载RL→VD4→绕组B 构成回路。由于二极管的内阻很小，所以此时发电机的输出电压可被视为绕组B、C之间的线电压。

在t1～t2 内，A 相的电位最高，而B 相电位最低，故VD2、VD3 处于正向导通。同理，交流发动机的输出电压可被视为绕组A、B之间的线电压。

在t2～t3 内，A 相电位最高，而C相电位最低，故VD1、VD6 处于正向导通。同理，交流发动机的输出电压可被视为绕组A、C之间的线电压。

以此类推，周而复始，负载就得到一个比较平缓的直流脉动电压。交流发电机输出电压的平均值为

式中　Uav——输出直流电压平均值（V）；(www.xing528.com)

　　　UФ——发电机相电压有效值（V）。

在三相全波整流电路中每只二极管所承受的最高反向电压为线电压的最大值。

有的交流发电机带有中心抽头，它是从三相绕组的中性点引出来的，其接线柱的记号为N。

中性点电压的作用：中性点与发电机壳体（即搭铁）之间的电压一般被用来控制各种用途的继电器，如磁场继电器、充电指示灯继电器等。

三相八管桥式整流电路、三相十一管桥式整流电路分别如图1-2-18、图1-2-19所示。

图1-2-18　三相八管桥式整流电路

图1-2-19　三相十一管桥式整流电路

3.发电机的励磁方法

将电源引入磁场绕组使之产生磁场，其被称为励磁。励磁方法分为他励和自励。

（1）他励：在发动机起动期间，蓄电池供给发电机磁场电流生磁使发电机发电，这种供给磁场电流的方式被称为他励。

（2）自励：当发电机有能力对外供电时，就可以把自身发的电供给磁场绕组生磁发电，这种供给磁场电流的方式被称为自励。

除永磁式交流发电机不需要励磁，其他形式的交流发电机都需要励磁。发电机的励磁方法是先他励、后自励。交流发电机的励磁电路如图1-2-20所示。

图1-2-20　交流发电机的励磁电路

当点火开关S接通时，蓄电池便通过调节器向发电机的励磁绕组提供励磁电流（他励），励磁电路：蓄电池正极→点火开关S→调节器→火线→接线柱→调节器→调节器的接线柱F→发电机的接线柱F→发电机励磁绕组→搭铁。

当发动机起动以后，发电机的输出电压略高于蓄电池电压时，发电机给励磁绕组提供励磁电流（自励），励磁电路：发电机正极→点火开关S→调节器→火线接线柱→调节器→调节器的接线柱F→发电机的接线柱F→发电机励磁绕组→搭铁。发电机自励发电，并给蓄电池充电。

有充电指示灯的九管桥式整流交流发电机的励磁电路如图1-2-21所示。

图1-2-21　九管桥式整流交流发电机的励磁电路

1—正极管；2—点火开关；3—充电指示灯；4—电压调节器

当点火开关S接通时，励磁电路是他励式，电流方向：蓄电池正极→点火开关S→充电指示灯→调节器→调节器的接线柱F→发电机的接线柱F→发电机励磁绕组→搭铁。这时充电指示灯亮，表示蓄电池在放电。

当发动机起动以后，发电机电压高于蓄电池电压时，D＋与B两点电位相等，充电指示灯因两端电位相等而熄灭，表示发电机正常发电。

一方面，由发电机的火线接线柱B向全车供电及蓄电池充电，另一方面通过接线柱D＋为发电机的励磁绕组提供励磁电流。

励磁电路：接线柱D＋→调节器→调节器的接线柱F→发电机的接线柱F→发电机励磁绕组→搭铁。当发动机熄火时，充电指示灯亮，表示蓄电池在放电，提醒驾驶员关闭点火开关；当车辆运行时，充电指示灯亮，表示充电系统有故障，提醒驾驶员及时维修。