交流发电机的结构及能量转换原理

图2-1 发电机的能量转换原理

图2-2 硅整流发电机的结构组成

交流发电机的结构如图2-2所示，它主要由转子、定子、电刷、整流器、前后端盖、风扇、带轮等组成。

1.转子

转子是发电机的励磁部分。转子总成主要由两个爪极、铁心、励磁绕组、集电环、转子轴等组成，如图2-3所示。

转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有6个被加工成鸟嘴形状的磁极，爪极空腔内装有励磁绕组和铁心。集电环由两个彼此绝缘的铜环组成，压装在转子轴上并与轴绝缘，两个集电环分别与励磁绕组的两端相连。当给两集电环通入直流电时，励磁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，从而形成相互交错的磁极。当转子转动时，就形成了旋转的磁场。

2.定子

定子是三相交流发电机的电枢，其作用是产生三相交流电。定子由定子铁心和定子绕组（线圈）组成，如图2-4所示。

定子铁心由内圈带槽、互相绝缘的硅钢片叠成，定子绕组有三组线圈，对称的嵌放在定子铁心的槽中。三相绕组的连接有星形（形）联结和三角形（△形）联结两种，如图2-5所示。汽车上一般使用的是星形联结。

图2-3 转子总成实物及其结构组成

图2-4 定子总成实物及其结构组成

图2-5 定子绕组的联结方法

定子安装在转子的外面，和发电机的前后端盖固定在一起，当转子在其内部产生旋转的磁场时，定子绕组中的磁通发生变化，定子绕组感应出交变的电动势。绕组引线端子共有4个（Y形联结），三相绕组各引一个，分别接整流器各接线柱；中性点引出一个，接负极或整流器接线柱。为了保证三相定子绕组能够产生频率和幅值相同、相位相差120°电位角的三相交流电，定子绕组线圈的绕制和在定子铁心槽中的嵌入应符合一定规律（图2-6）。

3.整流器

整流器的作用是将定子绕组产生的三相交流电转变为直流电。整流器由整流板和整流二极管组成，如图2-7所示。一般由6只硅整流二极管接成三相桥式整流电路，如图2-7b所示。整流二极管有正极管和负极管之分，如图2-7a所示，引出电极为正极的称为正极管，引出电极为负极的称为负极管。6管交流发电机的整流器是由6只硅整流二极管分别压装（或焊装）在相互绝缘的两块板上，3只正极管装在同一块板上，称为正极板（带有输出端螺栓）；3只负极管安装在同一块板上，称为在负极板，与发电机外壳直接相连（搭铁），也可以将发电机的后盖直接作为负极板。构成了三相全波桥式整流电路。(www.xing528.com)

图2-6 定子绕组展示图

图2-7 交流发电机整流二极管安装示意图

a）实物示意图 b）电路图 c）安装示意图

4.端盖及电刷组件

如图2-8所示，端盖包括驱动端盖（前端盖）和整流端盖（后端盖）以及安装在其上的轴承、轴承盖等零部件，起支撑转子、定子、整流器和电刷组件的作用。交流发电机的前后端盖均由铝合金压铸或用砂模铸造而成，用铝合金铸造是因为铝合金为非导磁性材料，可减少漏磁并具有轻便、散热性能良好的优点。

后端盖上装有电刷组件。电刷总成由两只电刷、电刷弹簧和电刷架组成，如图2-9所示。电刷的作用是将电流通过集电环引入励磁绕组。两个电刷分别装在电刷架的孔内，借助弹簧压力与集电环保持接触。电刷和集电环的接触应良好，否则会因为励磁电流过小，导致发电机发电不足。交流发电机的电刷架有两种结构，一种是外装式（可直接从发电机的外部拆装，因此拆装维修方便）；另一种是内装式（不能直接从发电机外部进行拆装，如需更换电刷，需将发电机拆开）。

图2-8 端盖及电刷组件

图2-9 电刷和电刷架

a）外装式 b）内装式

1—电刷弹簧 2—电刷 3—电刷架

知识链接

电能是现代社会最主要的能源之一。发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，最早产生于第二次工业革命时期，由德国工程师西门子于1866年制成，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流、气流、燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。

发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。

随着汽车电子技术的进步，汽车的用电量越来越高。20年前，中级轿车的发电机输出功率一般只有500W左右，现在一般中级轿车发电机都在1000W左右。发电机功率的增加是随着车上用电设备增加而增加的。现在汽车上的发电机都是风冷式发电机，由带轮后的风扇吹风进入机壳进行冷却。在现有风冷式发电机构造的限制下，功率的增加必然会导致发电机体积的加大。