第三章 交流发电机和调节器
第一节 交流发电机的结构
一、发电机的功用
发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动机正常运转时，向所有用电设备（起动机除外）供电，同时给蓄电池充电。汽车用发电机可分为直流发电机和交流发电机，由于交流发电机的性能在许多方面优于直流发电机，因此直流发电机已被淘汰。目前汽车采用三相交流发电机，内部带有二极管整流电路，将交流电整流为直流电，所以，汽车交流发电机输出的是直流电。交流发电机必须配装电压调节器，电压调节器对发电机的输出电压进行控制，使其保持基本恒定，以满足汽车用电器的需求。在普通交流发电机三相定子绕组基础上，增加绕组匝数并引出接线头，增加一套三相桥式整流器。低速时由原绕组和增绕组串联输出，而在较高转速时，仅由原三相绕组输出。充电系统的组成如图3-1所示。
图3-1 充电系统的组成
1—蓄电池；2—发动机；3—发电机；4—充电指示灯；5—点火开关；6—电压调节器；7—驱动皮带
二、普通交流发电机的结构
普通交流发电机一般由转子、定子、整流器、前后端盖、风扇、带轮等组成。如图3-2所示为JF132型6管普通式交流发电机的结构。
图3-2 JF132型6管普通式交流发电机的结构
1—后端盖；2—电刷架；3—电刷；4—电刷弹簧压盖；5—硅二极管；6—元件板；
7—转子总成；8—定子总成；9—前端盖；10—风扇；11—V带轮
1.转子
转子的功用是产生磁场。转子由爪极、磁轭、励磁绕组、滑环、转子轴等组成，如图3-3和图3-4所示。转子轴上压装着两块爪极，爪极被加工成鸟嘴形状，爪极空腔内装有励磁绕组和磁轭。滑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，两个滑环分别与励磁绕组的两端相连。当给两滑环通入直流电时，励磁绕组中就有电流通过，并产生轴向磁通，使一块爪极被磁化为N极，另一块爪极被磁化为S极，从而形成六对（或八对）相互交错的磁极。当转子转动时，就形成了旋转的磁场。交流发电机的磁路为磁轭→N极→转子与定子之间的气隙→定子→定子与转子间的气隙→S极→磁轭。
图3-3 交流发电机的转子总成
图3-4 交流发电机转子的结构
1—滑环；2—转子轴；3—爪极；4—磁轭；5—励磁绕组
2.定子
定子的功用是产生交流电。定子安装在转子的外面，和发电机的前后端盖固定在一起，当转子在其内部转动时，引起定子绕组中磁通的变化，定子绕组中就产生交变的感应电动势。定子由定子铁芯和定子绕组（线圈）组成。定子铁芯由内圈带槽、互相绝缘的硅钢片叠成。定子绕组有三组线圈，对称地嵌放在定子铁芯的槽中。三相绕组的连接有星形接法和三角形接法两种，如图3-5所示，都能产生三相交流电。三相绕组必须按一定要求绕制，才能获得频率相同、幅值相等、相位互差120°的三相电动势。
图3-5 交流发电机定子总成及连接方式
①每个线圈的两个有效边之间的距离应和一个磁极占据的空间距离相等。
②每相绕组相邻线圈始边之间的距离应和一对磁极占据的距离相等或成倍数。
③三相绕组的始边应相互间隔2π+120°电角度（一对磁极占有的空间为360°电角度）。
在国产JF13系列交流发电机中，一对磁极占6个槽的空间位置（每槽60°电角度），一个磁极占3个槽的空间位置，所以每个线圈两条有效边的位置间隔是3个槽，每相绕组相邻线圈始边之间的距离6个槽，三相绕组的始边的相互间隔可以是2个槽、8个槽、14个槽等。
3.整流器
整流器的功用是将定子绕组的三相交流电变为直流电。整流器由整流板和整流二极管组成，6管交流发电机的整流器是由6个硅整流二极管分别压装（或焊装）在相互绝缘的两块板上组成的，其中一块为正极板（带有输出端螺栓），另一块为负极板，负极板和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。6个整流二极管分为正极管和负极管两种。引出电极为正极的称为正极管，3个正极管装在同一块板上，称为正极板；引出电极为负极的称为负极管，3个负极管安装在负极板上，也可直接安装在后盖上，如图3-6所示。
图3-6 交流发电机整流二极管安装示意图
1—正整流板；2—负整流板
汽车用硅整流二极管是专用的，有如下特点。
①允许的工作电流大，如ZQ50型二极管的正向平均电流为50A，浪涌电流为600A。
②承受反向电压的能力高，可承受的反向重复峰值电压在270V左右，反向不重复峰值电压在300V左右。
③只有一根引线（引出电极）。
④根据引出电极的不同分为正二极管和负二极管。有的二极管引线是正极，有的二极管引线是负极，引出线为正极的二极管叫正极管，引出线为负极的二极管叫负极管，所以说整流二极管有正二极管和负二极管之分。
整流器总成的形状各异，有马蹄形、半圆形和圆形等，如图3-7所示。交流发电机整流器和定子绕组的连接如图3-8所示。
图3-7 JF132发电机整流器总成
1—负整流板；2—正整流板；3—散热片；4—螺栓孔；5—正极管；6—负极管；7—安装孔；8—绝缘垫；9—B+端子
图3-8 交流发电机整流器和定子绕组的连接
4.端盖及电刷组件
端盖一般分两部分（前端盖和后端盖），起支撑转子、定子、整流器和电刷组件的作用。端盖一般用铝合金铸造，一是可有效地防止漏磁；二是铝合金散热性能好。后端盖上装有电刷组件。电刷组件由电刷、电刷架和电刷弹簧组成，如图3-9所示。电刷的作用是将电源通过滑环引入励磁绕组。两个电刷分别装在电刷架的孔内，借助弹簧压力与滑环保持接触。电刷和滑环的接触应良好，否则会因为磁场电流过小，导致发电机发电不足。电刷架根据发电机类型的不同，其安装位置也不同。安装在发电机后端盖上的称为外装式，这种结构便于电刷的维护与更换；与整流器安装在一起的称为内装式，当维护或更换电刷时，将发电机后端盖上的防护罩拆下。
图3-9 电刷组件
励磁绕组通过两个电刷（F和E）和外电路相连，根据电刷和外电路的连接型式不同，发电机分为内搭铁型和外搭铁型两种，如图3-10所示。
图3-10 交流发电机的搭铁型式
（1）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，如图3-10（a）所示。
（2）外搭铁型交流发电机 励磁绕组的两端（F和E）均和端盖绝缘的发电机称为外搭铁型交流发电机，如图3-10（b）所示。
5.带轮及风扇
交流发电机的前端装有带轮和风扇，由发动机通过传动带驱动发电机的转子轴和风扇一起旋转。发电机工作时，定子绕组和励磁绕组中都会有热量产生，温度过高会烧坏导线的绝缘，导致发电机不能正常工作，所以为发电机散热是必须的。为了提高散热能力，有的发电机装有两个风扇（前后各一个），如丰田轿车的发电机。