一、发电机的基本工作原理     1．电磁感应定律     如果在导线和磁场之间存在相对运动，导线中就会产生电流， 这种现象称为电磁感应。产生的电流数值受以下因素影响：     (1)导线和磁场运动的相对速度。     (2)磁场的强度。     (3)穿过磁场的导线数量。     操作：如图4-1所示，将多股导线穿过U形磁铁中心(磁场最强的 地方)，手持磁铁在导线附近快 速移动，观察微安表的指针摆动 情况。当指针摆动不明显时，可 增加导线股数或加快磁铁移动速 度。         提示：当导线垂直切割磁感 线运动时，产生的电流最大；当 导线平行于磁感线运动时，不产 生电流。      2．发电机基本工作原理     利用电磁感应现象，就可以制成发电机。图4—2说明了发电机 的基本工作原理。              如图4-2所示，发电机一般由提供磁场的转子和由导线组成的定 子组成。转子(磁场)在定子(导线)中的不断转动，使得磁场与导线 相对运动，产生电流。由于磁场与导线的位置不断变化，所以产生 的电流也是不断变化的。 工作原理如下：     当磁场与导线平行时，导线没有切割磁感线，如图4—2(a)，导线内不 产生电流。     磁场顺时针旋转90。，磁场与导线呈直角，如图4—2(b)，磁场转到这 一点，在N、S极处导线切割的磁感线最多，导线产生的电流为正的最大值。 电流方向是从上部导线流出，下部导线流入。     磁场再继续旋转90。，磁场反方向再次与导线平行，如图4—2(c)，导 线不切割磁感线，导线内不产生电流。     磁场再继续旋转90。，磁场方向上下颠倒，如图4—2(d)，在N、S极处 导线切割的磁感线最多，导线产生的电流为负 的最大值。电流方向是从上部 导线流入，下部导线流出。     磁场转完一圈，返回到与导线平行的位置， 导线内电流为零。     上述讨论的是几个极限位置，在这几个位 置之间过渡时，导线中的电流数值是随着导线 与磁场的相对角度连续变化的。这样磁场旋转 一圈，导线内就产生了一个连续变化、具有几 个特征值的正弦波形(如图4-3所示)。          磁场旋转一圈，单匝导线上产生的正弦波为单相电流。如果在 转子周围每相隔120。就布置一匝导线，磁场每旋转一圈，在三匝导 线中就会产生三相电流。这样的发电机就称为三相交流发电机，汽 车上的发电机都是三相交流发电机。  二、汽车交流发电机的基本构造     目前国内外生产的汽车交流发电机，其结构基本相同，多是由 三相同步交流发电机和六只硅二极管构成的三相桥式全波整流器所 组成。     现在汽车上的交流发电机多以有刷交流发电机为主。如图4-4所 示为桑塔纳轿车装用的JFZl813Z型交流发电机的结构图。JFZl813Z 型交流发电机为带电压调节器的整体式交流发电机。它主要由转 子、定子、前后端盖、风扇、整流器、元件板等组成。     1．JFZl813Z型交流发电机各部件结构     (1)转子      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。的三相交 流电，定子绕组线圈的绕制和定子铁心槽中的嵌入应符合一定规律。     交流发电机转子的磁极对数决定了三相定子绕组线圈的个数和定子铁心 的槽数。转子上每对磁极必须对应均布于定子铁心槽中三相绕组的三个线圈 以产生三相交流电。每个线圈有两个有效边(即嵌入定子槽中用以切割磁感 线产生感应电动势的边)，分别嵌入定子铁心的两个槽中。由于车用发电机 定子绕组均采用单层绕法，即一个定子槽中只放一个有效边，所以，三个线 圈6个有效边共需6个槽。设转子磁极对数为P，则每相绕组共有P个线圈，2P 个有效边，三相绕组有3P个线圈，3×2P个有效边，定子铁心的槽数为                                       Z=3×2P 式中，         Z——定子铁心槽数 　　           P——磁极对数     为使三相电动势大小相等，每相绕组的线圈个数和每个线圈的节距与匝 数都应完全相等。     每个线圈的两个有效边之间所间隔的距离称为线圈节距y1，通常用定子 槽数表示。而相邻异性磁极中心线之间的距离称为极距y。，一般也用定子 槽数表示，为 　　                   yp=Z/2×P 式中，Z——定子总槽数    　 P——磁极对数        为了获得最大感应电动势，每个线圈的两条有效边应置于相邻的异性磁 极之下，以使其感应电动势能相互叠加，当线圈的节距等于极距时，便可满 足上述要求，则     　　                          y1=yp=Z/2×P      此外，每组绕组的6个线圈在转子旋转的每一瞬时，其电气条件应完全 相同，则在任何时刻，该相总电动势都等于串联的6个线圈电动势之和，只 有这样才能获得最大电动势。由于6对磁极沿圆周对称均匀布置，所以，每 相绕组的6个线圈只要沿定子圆周均匀对称布置即可。                                         (3)整流器 　　                                    交流发电机整流器的作用是将                                     发电机定子绕组产生的三相交流电                                     变换为直流电，一般由6只硅整流                                     二极管及其散热板所组成，如图                                     4—6所示。整流二极管的工作电                                     流大、反向电压高。交流发电机整                                     流二极管有正极管和负极管之分，                                     引出线为二极管正极的称为正极                                     管，引出线为二极管负极的称为负                                     极管。 (4)盖和电刷总成 　　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，这 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。为提高轴承孔的机械强度，增加其耐磨性，在发电机 端盖的轴承孔内镶有钢套。          电刷总成由两只电刷、电刷弹簧和电刷架组成，如图4-8所示。 两只电刷装在电刷架的孔内，借电刷弹簧的压力与滑环保持接触， 用于给发电机转子绕组提供磁场电流。电刷架由酚醛玻璃纤维塑料 模压而成或用玻璃纤维增强尼龙制成，安装在发电机的后端盖上。 目前国产交流发电机的电刷架有两种结构，一种电刷架可直接从发 电机的外部拆装，因此，拆装维修方便；另一种则不能直接从发电 机外部进行拆装，如需更换电刷，还需将发电机拆开，故这种结构 将逐渐被淘汰。  交流发电机有内搭铁和外搭铁之分，两只电刷引线的接法也不同。 为了保证交流发电机在工作时不致因温升过高而损坏，在交流发电 机转子轴上装有风扇；(用钢板冲制而成或铝合金压铸
第四章 发电机和起动机.ppt