掌握交流发电机的工作原理与特性

·掌握交流发电机的工作原理与工作特性。

客户反映发动机启动后仪表灯中充电指示灯长亮，要求进行故障处理。要处理该故障，首先应该了解发电机的工作原理。

一、交流发电机的工作原理

1.发电原理

图3-11　交流发电机的工作原理图

1—铁芯；2—三相绕组；3—磁轭；4—励磁绕组；5—整流器；6—电刷

交流发电机产生交流电的基本原理是电磁感应原理，具体地说，交流发电机是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，在定子绕组内产生交流感应电动势。图3-11所示为交流发电机的工作原理图。

当励磁绕组有电流通过时，励磁绕组便产生磁场，转子轴上的两个爪极被分别磁化为N极和S极。当转子旋转时，磁极交替地在定子铁芯中穿过，形成一个旋转的磁场，磁感线和定子绕组之间产生相对运动，在三相绕组中产生交流感应电动势。

2.整流原理

定子绕组中所感应出的交流电，要靠硅二极管组成的整流器改变为直流电。硅二极管具有单向导电性，当给二极管加上正向电压时导通，即呈现低电阻状态；当给二极管加上反向电压时截止，即呈现高电阻状态。利用硅二极管的这种单向导电的特性就可以把交流电变为直流电。硅整流器实际上是一个由六只硅整流二极管组成的三相桥式整流电路，如图3-12所示。

有的发电机具有中性点接线柱，如图3-13所示。中性点接线柱是从三相绕组的末端引出来的，标记为“N”，输出电压为UN。由于UN是通过三个搭铁的负极管子整流后得到的直流电压，所以UN=

中性点电压UN一般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。当发动机高速运转时，可有效利用中性点电压来增加发电机的输出功率。实践证明，在交流发电机上采用中性点二极管后，输出功率可增加10%～15%。

图3-12　三相桥式整流电路及电压波形

图3-13　中性点电压波形

3.励磁方法

除了永磁式交流发电机不需要励磁以外，其他形式的交流发电机都必须给励磁绕组通电才会有磁场产生，进而发电，否则发电机将不能发电。

将电流引入励磁绕组使之产生磁场称为励磁。交流发电机励磁方式有他励和自励两种。

（1）他励。

他励由蓄电池供电。当发电机转速很低时，采用他励方式，在低转速下紧靠剩磁产生的电动势不能使二极管导通，发电机不能自励发电，此时必须由蓄电池供给发电机磁场绕组电流，使发电机具有较强的磁场，使发电机的电动势迅速升高。

（2）自励。(www.xing528.com)

自励由发电机自身所发电能供电。当发电机转速达到一定值后，发电机发电电压达到或超过蓄电池电压，发电机开始向蓄电池充电，同时励磁方式由他励转变为自励，励磁电流由发电机自己提供。

（3）交流发电机励磁电路。

励磁绕组通过两只电刷（F和E）和外电路相连，根据电刷和外电路的连接形式不同，发电机分为内搭铁型和外搭铁型两种，其结构如图3-14所示。

图3-14　交流发电机励磁电路

·内搭铁型交流发电机：励磁绕组的一端经负电刷（E）引出后和后端盖直接相连（直接搭铁）的发电机称为内搭铁型交流发电机。

·外搭铁型交流发电机：励磁绕组两端（F和E）均和端盖绝缘的发电机称为外搭铁型交流发电机。

二、交流发电机的工作特性

交流发电机的工作特性是指发电机输出的直流电压、电流与转速之间的关系。它包括空载特性、输出特性和外特性。

1.空载特性

空载特性是指发电机在空载运行时，其端电压与转速之间的变化关系。通过试验，可绘出一条空载特性曲线，如图3-15（a）所示。

图3-15　交流发电机工作特性

从空载特性曲线可以看出，随着转速的升高，端电压上升较快，当由他励变为自励发电时，能向蓄电池进行补充充电。空载特性是判断发电机充电性能好坏的重要依据。

2.输出特性

交流发电机的输出特性也称负载特性或输出电流特性。输出特性是指在发电机保持输出电压一定时，发电机的输出电流与转速之间的关系。一般地，对电压为12V系列的发电机，其输出电压恒定在14V；对电压为24V系列的发电机，其输出电压恒定在28V。通过试验测得一条输出特性曲线，如图3-15（b）所示。由输出特性可以看出：

（1）发电机在空载转速n1时，就能达到额定输出电压值。说明交流发电机具有较好的低速充电性，空载转速n1是选择发电机与发动机传动比的主要依据。

（2）发电机转速升至满载转速n2时，可输出额定功率的电能。说明交流发电机具有发电性优良的特点。满载转速n2是判断发电机技术性能的重要指标之一。

（3）发电机转速升到某一定值后，发电机输出电流不再随着转速的升高和负荷的增多而继续增大。说明发电机具有自身控制最大输出电流的功能，不需要设置电流限制器。

空载转速与满载转速是测试交流发电机性能的重要依据。发电机出厂时，通过试验，规定了空载转速与满载转速，在使用中可通过检测这两个数据来判断发电机性能的好坏。

3.外特性

外特性是指当发电机转速为一定时，端电压与输出电流之间的关系，如图3-15（c）所示。

从外特性可以看出，发电机转速越高，端电压越高，输出电流越大，转速对端电压的影响较大。但当保持某一转速时，端电压随着输出电流的增大而下降，端电压受转速和负荷变化的影响较大。因此，必须配电压调节器才能保持恒定的电压值。

当发电机处于正常工作状态、高速运转时，如果失去负荷，端电压会急剧升高，这时发电机中的硅二极管和调节器的电子元件会有击穿的危险。因此，应该尽力避免外电路的短路现象的发生。