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汽車發電機原理專業教程(四)

交流發電機工作特性

一、交流發電機的勵磁


  除了永磁式交流發電機不需要勵磁以外,其他形式的交流發電機都需要勵磁,因為它們的磁場都是電磁場,也就是說必須給磁場繞組通電才會有磁場產生。
  將電源引入到磁場繞組使之產生磁場稱為勵磁,交流發電機勵磁方式有自勵和他勵兩種。

  1.他勵                       

  在發動機起動期間,需要蓄電池供給發電機磁場電流生磁使發電機發電。這種供給磁場電流的方式稱為他勵發電。

  2.自勵                       

  隨著轉速的提高,發電機的電動勢逐漸升高并能對外輸出,一般在發動機怠速時發電機就能對外供電了,當發電機能對外供電時,就可以把自身發的電供給磁場繞組生磁發電,這種供給磁場電流的方式稱為自勵。
  由于在發動機轉速低時交流發電機不能自勵發電,所以低速時采取他勵發電,當發動機達到正常怠速轉速時,發電機的輸出電壓一般高出蓄電池電壓1~2V以便對蓄電池充電,此時,由發電機自勵發電。
  交流發電機的勵磁電路如圖2-24
 


  3.利用充電指示燈監視發電機的工作情況

  (1) 充電指示燈的作用
  如圖2-25所示,在某些充電系電路中,接有充電指示燈,其作用是:


  ① 指示發電機是否有故障;
  ② 警告駕駛員停車后關斷點火開關。

  (2)充電指示燈的工作情況如下:

  在發動機起動期間,發電機電壓UD+<蓄電池電壓時,整流二極管截止,發電機不能對外輸出,由蓄電池供給磁場電流。路徑為:蓄電池+→點火開關→充電指示燈→調節器→磁場繞組→搭鐵→蓄電池-。充電指示燈亮
  當發動機轉速升高到怠速及其以上時,發電機應能正常發電并對外輸出,此時,發電機電壓>蓄電池電壓,發電機自勵。UB=UD+,充電指示燈兩端壓降為零,燈熄滅,若沒有熄滅,說明發電機有故障或充電指示燈電路有搭鐵
充電指示燈不僅可指示發電機的工作情況,而且可在發動機停車后發亮(因發電機不再發電,蓄電池電壓> UD+),提醒司機及時關閉點火開關;

 
二、交流發電機的工作特性
 
  

交流發電機的工作特點是轉速變化范圍大,對于一般汽油發動機來說,其轉速變化約為1:8,柴油機約為1:5,因此分析汽車用交流發電機的特性必須以轉速的變化為基礎。交流發電機的特性有輸出特性。空載特性和外特性,其中以輸出特性最為重要。

  1.輸出特性

  輸出特性是指在發電機端電壓U不變(對12V系列的交流發電機規定為14V,對24V
系列的交流發電機規定為28V),其輸出電流與轉速之間的關系,即U=常數時,I=f(n) 的函數關系。圖2-26所示為交流發電機的輸出特性曲線。


  由特性曲線I=f(n)可以看出:

  (1)空載轉速n1
  發電機轉速小于一定值n1時,對外輸出電流為零。當發電機達到額定電壓并能對外輸出電流時的最小轉速為n1,稱n1為空載轉速。空載轉速常用來作為測試發電機性能的參數之一。

  (2)最大電流Imax
  發電機輸出電流能力隨轉速的升高而增大,但曲越來越平坦,當轉速達到一定值時,無論轉速增加多少電流都不再增加,即一定結構的發電機輸出最大電流Imax有一定限制。由此可見,交流發電機自身具有限制輸出電流防止過載的能力,又稱為自我保護能力。
  交流發電機自我限流的原理如下:
  交流發電機定子繞組具有一定的阻抗Z,它由繞組的電阻r及感抗XL兩部分組成,即
  式中 R——一相繞組的電阻;
  XL——一相繞組的感抗;
  XL=2лfL
  式中 L——一相定子繞組的電感;
  f——感應電動勢的頻率;
  P——磁極對數。
  由于XL 與n成正比,故發電機定子繞組的阻抗Z隨發電機的車速升高而增加。高速時,由于R與XL相比可忽略不計,故阻抗Z約等于XL,定子阻抗Z與轉速n成正比,其值較大,產生較大的內壓降。另外,定子電流增加時,由于電樞反應的增強,也會使感應電動勢下降。兩者共同作用的結果,當發電機的轉速升高且負載電流達到最大值時,輸出電流幾乎不隨負載電阻的減小或轉速的增加而增大。
  
  (3) 額定轉速n2 額定電流IA
  發電機出廠時,通過試驗,規定了空載轉速與額定轉速,并列人產品說明書。在使用過程中,可通過檢測這兩個數據來判斷發電機性能的好壞。
  發電機達到額定電流IA時的轉速定為額定轉速,圖中用n2表示,額定電流一般定為最大輸出電流的2/3。
  空載轉速與額定轉速是測試交流發電機性能的重要依據,表2-3為國產交流發電機的主要性能指標。
  表2-2幾種交流發電機的主要性能指標

交流發電機型號 額定電壓(V) 額定電流(A) 空載轉速(r/min) 額定轉速(r/min) 使用車型
JFZ1913
JFZ1512
JFZ1918
JF1314ZD
14
14
28
14
90
55
27
25
1050
1050
1150
1000
6000
6000
5000
3500
桑塔納
廣州標致
切諾基CA1090


  2.空載特性

  空載特性是研究發電機在空載運行時,其端電壓隨轉速變化的關系,即I=0時, U=f(n)的曲線,如圖2-27 所示。

 

  3.外特性

  外特性是研究當發電機轉速一定時,其端電壓與輸出電流的關系,即n-=常數時,U=
f(I)的曲線,如圖2-28所示。

  從外特性曲線可以看出發電機電壓受負載影響的程度:如果發電機在高速運轉時,突然失去負載,發電機電壓會突然升高,致使發電機及調節器等內部電子元件有被擊穿的危險。

 

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