汽车交流发电机工作原理

交流发电机产生交流电的基本原理是电磁感应原理，即利用产生磁场的转子旋转，使穿过定子绕组的磁通量发生变化，在定子绕组内产生感应电动势。交流发电机的工作原理主要包括发电原理、整流原理、中性点电压。

（一）发电原理

当转子的励磁绕组通电时，便产生了磁场，使爪极被磁化为N 极和S 极。磁场外有一个定子绕组， 绕组有3 组线圈（三相绕组），三相绕组彼此相隔120°。当转子旋转时，磁通交替地在定子绕组中变化，根据电磁感应原理可知，定子的三相绕组中产生了交变的感应电动势，其电路原理图如图3-28 所示。

图3-28　发电原理图

1.交流电动势的变化频率f 和转速、磁极对数成正比

式中　p——磁极对数；

　　　n——发电机转速，r/min。

在交流发电机中，由于转子磁极呈鸟嘴形，其磁场的分布近似正弦规律，所以交流电动势的波形也近似正弦规律，如果发电机定子的三相绕组是对称绕制的，则产生的三相电动势也是对称的。

2.三相交流发电机的感应电动势瞬时值表达式

式中　Em——每相电动势的最大值；

　　　ωt——电角速度；

　　　f——交流电动势的频率（为转速的函数）；p——磁极对数；

　　　n——发电机转速，r/min；

　　　Eφ——每相电动势的有效值。

3.交流电动势波形

交流电动势的幅值是发电机转速的函数。因此，当转速n 变化时，三相电动势的波形为变频率、变幅值的交流波形。三相桥式整流电路及电压波形如图3-29 所示。

图3-29　三相桥式整流电路及电压波形

（二）整流原理

交流发电机整流原理如图3-30 所示。在交流发电机定子的三相绕组中，感应产生交流电，靠6 只二极管组成的三相桥式整流电路整流为直流电。二极管具有单向导电性，当给二极管加上正向电压时，二极管导通；当给二极管加上反向电压时，二极管截止，二极管的导通原则如下：

当3 只二极管负极端相连时，正极端电位最高者导通；(www.xing528.com)

当3 只二极管正极端相连时，负极端电位最低者导通。

对于3 个正极管子（VD1、VD3、VD5 正极和定子绕组始端相联），在某瞬时，电压最高一相的正极管导通。

对于3 个负极管子（VD2、VD4、VD6 负极和定子绕组始端相联），在某瞬时，电压最低一相的负极管导通。但同时导通的管子总是两个，正、负管子各一个。从而将发电机产生的交流转变为直流，如图3-31 所示。

图3-30　交流发电机工作原理

（三）中性点电压

1.概念

中性点电压如图3-32 所示。

图3-31　发电机发电波形

图3-32　中性点电压

在定子绕组为星形连接时，三相绕组的公共结点称为中性点，从三相绕组的中性点引一根导线到发电机外，标记为“N”，中性点对发电机外壳（搭铁）之间的电压UN 称为中性点电压，是通过3 个负极管整流后得到的直流电压（即三相半波整流）。中性点电压为发电机输出电压的1/2。

2.中性点电压的用途

中心点电压常用来控制各种用处的继电器（如磁场继电器、充电指示灯继电等）增大功率输出。中性点电压的瞬时值是一个三次谐波电压，如图3.32 所示，平均值为发电机输出电压（平均值）的1/2，即

（四）励磁方式

励磁方式分为他励和自励两种。

①他励：交流发电机开始发电时，需先由蓄电池供给励磁电流（他励阶段）。

②自励：当发电机电压达到蓄电池电压时，即由发电机自己供给励磁电流，即由他励转为自励。

（五）电源系统电路图

电源系统电路图如图3-33 所示。

图3-33　电源系统电路图