第三节 常见的交流发电机
一、交流发电机的分类
1.按总体结构分（图3-17）
（1）普通交流发电机 这种发电机既无特殊装置，也无特殊功能特点，使用时需要配装电压调节器，又称为“硅整流发电机”，例如JF132（EQ140用）。
（2）整体式交流发电机 发电机和调节器制成一个整体的发电机，例如别克轿车装配的是CS型发电机（包括CS-121、CS-130和CS-144三种不同的型号）。
（3）带泵的交流发电机 发电机和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起的发电机。
（4）无刷交流发电机 不需要电刷的发电机，例如JFW1913。
（5）永磁交流发电机 转子磁极为永磁铁制成的发电机。
图3-17 按总体结构分类常见的三种类型的交流发电机
2.按整流器二极管的数目分（图3-18）
图3-18 按整流器结构分类常见的四种类型的交流发电机
（1）6管交流发电机 例如JF1522（东风汽车用）。
（2）8管交流发电机 例如JFZ1542（天津夏利汽车用）。
（3）9管交流发电机 例如JFZ1913Z（日本日立、三菱、马自达汽车用）。
（4）11管交流发电机 例如JFZ1913Z（奥迪、桑塔纳汽车用）。
3.按励磁绕组搭铁型式分
（1）内搭铁型交流发电机［图3-19（a）］ 磁场绕组的一端（负极）直接搭铁（和壳体相连）。
（2）外搭铁型交流发电机［图3-19（b）］ 磁场绕组的一端（负极）接入调节器，通过调节器后再搭铁。
图3-19 交流发电机磁场绕组搭铁形式
注意：交流发电机搭铁型式不同，所配用的调节器及接线方法不同，充电系统故障检查方法也不同，使用时应予注意，否则发电机不发电，调节器不工作（图3-20和图3-21）。
图3-20 奥迪11管交流发电机的整流器结构型式
图3-21 本田雅阁8管交流发电机的整流器结构型式
二、常见发电机的结构型式
1.8管交流发电机
8管交流发电机（如夏利车用）和6管交流发电机的机构基本是相同的，所不同的是整流器有8个硅整流二极管，其中6个组成三相全波桥式整流电路，还有2个是中性点二极管，1个正极管接在中性点和正极之间，1个负极管接在中性点和负极之间。对中性点电压进行全波整流。
2.9管交流发电机
（1）9管交流发电机结构特点 9管交流发电机和6管交流发电机的结构基本相同，所不同的是整流器，9管交流发电机的整流器是由6个大功率硅整流二极管和3个小功率励磁二极管组成。其中6个大功率整流二极管组成三相全波桥式整流电路，对外负载供电。3个小功率管二极管与三个大功率负极管也组成三相全波桥式整流电路，专门为发电机磁场供电，所以称3个小功率管为励磁二极管。
如图3-22所示为LR160-708型9管交流发电机电路图。
图3-22 LR160-708型9管交流发电机电路图
1—点火开关；2—主继电器；3—熔丝；4—充电指示灯
（2）充电指示灯电路 LR160-708型9管交流发电机的励磁电路还有一个功能，就是控制充电指示灯电路，在如图3-22所示电路中，有一个充电指示灯，其作用如下。
①指示发电机是否有故障。
②警告驾驶员停车后关断点火开关。
（3）充电指示灯的工作原理
①当点火开关接通时，发电机未发电，由蓄电池供给磁场电流。此时充电指示灯亮，表示蓄电池放电，发电机他励发电。
②当发动机启动后，转速升高到怠速及其以上时，发电机应能正常发电并对外输出，此时，磁场电流由发电机供给，发电机自励发电。若充电指示没有熄灭，说明发电机不发电或充电指示灯电路有故障。
③发动机熄火后，由于发电机不再发电，如果没有关断点火开关，蓄电池会通过磁场电路向励磁绕组放电，充电指示灯会再次发亮，提醒驾驶员关断点火开关，避免蓄电池放电时间过长烧坏励磁绕组和引起蓄电池亏电。
3.11管交流发电机
（1）11管交流发电机整流器的结构特点 11管交流发电机的整流器由8个大功率硅整流二极管和3个小功率磁场二极管组成，8个整流管（其中6个接三相绕组，2个接中性点）组成全波桥式整流电路对外负载输出，3个小功率磁场二极管与3个大功率负极管也组成三相全波桥式整流电路，为发电机磁场供电和控制充电指示灯电路。如图3-23所示。
图3-23 桑坦纳轿车用整体式外搭铁型11管发电机电路原理
1—交流发电机；2—电压调节器；3—调节器的传感器
（2）调节器的特点 桑塔纳发电机为整体式外搭铁型交流发电机，采用集成电路调节器，调节器和电刷架制成一个整体安装在发电机内部，称为整体式发电机。外搭铁型是指发电机磁场的负电刷通过调节器后再搭铁。桑塔纳发电机的外部有两个接线柱，分别为火线接线柱B+和磁场接线柱D+，火线接线柱B+向全车供电，磁场接线柱D+的作用是由蓄电池向励磁绕组提供励磁电流使发电机发电，并且控制充电指示灯电路。11管交流发电机目前在汽车上应用较多，因为它具有中性点二极管，可提高发电机功率，又有励磁二极管，可控制充电指示灯电路。去掉11管交流发电机中的3个励磁二极管，就变成了8管交流发电机。8管交流发电机的充电指示灯电路由调节器直接控制。
4.无刷交流发电机
由于没有电刷和滑环，所以不会因为电刷及滑环的磨损和接触不良造成励磁不稳定或发电机不发电等故障；同时工作时无火花，也减小了无线电干扰。无刷交流发电机分为爪极式、激磁式和永磁式三种。
（1）爪极式无刷交流发电机
①结构及工作原理。如图3-24所示，爪极式无刷交流发电机励磁绕组是静止的，它通过一个磁轭托架固定在后端盖上，所以不再需要电刷。两个爪极中，只有一个爪极直接固定在电机转子轴上，另一个爪极则用非导磁焊接在前一爪极上。当转子旋转时，一个爪极就带动另一个爪极一起在定子内转动，当励磁绕组中有直流电通过时，爪极被磁化，就形成了旋转磁场。其结构原理与磁路如图3-25所示。
图3-24 爪极式无刷交流发电机的结构
1—外形；2—后轴承；3—防护罩；4—整流器；5—壳体；6—定子；7—磁轭；8—励磁绕组接头；9—励磁绕组；10—爪极；11—前端盖；12—风扇；13—带轮
图3-25 爪极式无刷交流发电机的结构原理与磁路
1—转子轴；2—磁轭托架；3—端盖；4—爪极；5—定子铁芯；6—非导磁联结环；7—励磁绕组；8—转子磁轭
②特点。爪极式无刷交流发电机的优点是结构简单、维护方便、工作可靠，不存在电刷与滑环接触不良导致的发电不稳或不发电故障；缺点是爪极间连接工艺困难，由于磁路中间隙加大，发电机相同输出功率下需加大励磁电流。
（2）激磁式无刷交流发电机 激磁式无刷交流发电机也称励磁发电机。励磁电动机即发电装置和三相同步发电机相连的电动机。励磁就是向发电机转子提供转子电源的装置。根据直流电动机励磁方式的不同，可分为他励磁、并励磁、串励磁、复励磁等方式。直流电动机的转动过程中，励磁就是控制定子的电压使其产生的磁场变化，改变直流电动机的转速。
①主要作用。
a.维持发电机端电压在给定值，当发电机负荷发生变化时，通过调节磁场的强弱来恒定机端电压。
b.合理分配并列运行机组之间的无功分配。
c.提高电力系统的稳定性，包括静态稳定性、暂态稳定性及动态稳定性。
②按整流方式可分为旋转式励磁和静止式励磁两大类。其中旋转式励磁又包括直流励磁、交流励磁和无刷励磁；静止式励磁包括电势源静止励磁机和复合电源静止励磁机。
一般把根据电磁感应原理使发电机转子形成旋转磁场的过程称为励磁。励磁分类方法很多，比如可按照发电机励磁的交流电源供给方式来分类。
第一类是由与发电机同轴的交流励磁机供电，称为交流励磁（他励）系统，此系统又可分为四种方式：交流励磁机（磁场旋转）加静止硅整流器（有刷）、交流励磁机（磁场旋转）加静止可控硅整流器（有刷）、交流励磁机（电枢旋转）加硅整流器（无刷）、交流励磁机（电枢旋转）加可控硅整流器（无刷）。
第二类是采用变压器供电，称为全静态励磁（自励）系统，当励磁变压器接在发电机的机端或接在单元式发电机组的厂用电母线上，称为自励励磁方式，把机端励磁变压器与发电机定子串联的励磁变流器结合起来向发电机转子供电的称为自复励励磁方式。这种结合方法也有四种：直流侧并联、直流侧串联、交流侧并联、交流侧串联。
（3）永磁式无刷交流发电机 永磁式无刷交流发电机是指由热能转变的机械能转化为电能的发电装置，由法国最先研制成功。在目前的直流电动机中，用直流电流来产生主极磁场的励磁方式，称为电流励磁；若用永久磁体取代电流励磁，以产生主极磁场，则此种电动机称为永磁式无刷交流发电机。
永磁式无刷交流发电机具有体积小、损耗低、效率高等优点，在节约能源和环境保护日益受到重视的今天，对其研究就显得非常必要。在许多情况下可以为小型和微型电动机所采用。采用变频电源供电时，永磁式无刷交流发电机也可用于调速传动系统。随着永磁材料性能的不断提高和完善，永磁式无刷交流发电机已在家用电器、医疗器械、汽车、航空和国防等各个领域内获得了广泛的应用。
永磁式无刷交流发电机作为车用发电机有高效、节能、低碳、功率大和体积小等优点，但也有输出电压不易调节、高频铁损大、发电机温度高、启动转矩大等自身缺陷。永磁式无刷交流发电机的不足之处是，若使用不当，在过高温度或过低温度下工作时，在冲击电流所产生的电枢反应作用下，或者在剧烈的机械振动下，有可能产生不可逆的退磁，使发电机的性能下降，甚至无法使用。因此，使用永磁式无刷交流发电机时应特别予以注意。
5.带泵交流发电机
带泵交流发电机与普通交流发电机基本一样，不同的是转子轴很长并伸出后端盖，利用外花键与真空泵的转子内花键相连接，驱动真空泵与发电机转子同步旋转，给汽车制动系统中的真空筒抽真空，为制动系统的真空增压器提供真空源，主要用于没有真空源的柴油机（汽油机可直接从进气歧管处取得真空，制动时因节气门几乎关闭而在进气歧管中形成高真空，而柴油机无节气门），例如国产JFB2525型带泵交流发电机。
6.双整流发电机
双整流发电机是一种新型交流发电机，它大大改善了普通交流发电机低速充电性能和高速最大功率输出，又不增设比较复杂的控制电路，因此没有增加充电系统的故障率。
三、交流发电机的型号
根据中华人民共和国汽车行业标准QC/T 73—93《汽车电器设备产品型号编制方法》的规定，汽车交流发电机型号由产品代号、电压等级代号、电流等级代号、设计序号、变型代号五部分组成，如图3-26所示。
图3-26 交流发电机型号
第1部分为产品代号。交流发电机的产品代号有JF、JFZ、JFB、JFW四种。产品代号用英文字母表示，例如JF——普通交流发电机，JFZ——整体式（调节器内置）交流发电机，JFB——带泵的交流发电机，JFW——无刷交流发电机。
第2部分为电压等级代号。电压等级代号用一位阿拉伯数字表示，例如1表示12V系统，2表示24V系统，6表示6V系统。
第3部分为电流等级代号。
第4部分为设计序号。设计序号按产品的先后顺序，用阿拉伯数字表示。
第5部分为变型代号。交流发电机以调整臂位置作为变形代号，从驱动端看，调整臂在左边用Z表示，调整臂在右端用Y表示，调整臂在中间不加标记。
注：进口发电机不符合上述标准。
四、交流发电机的性能指标
1.额定电压
交流发电机的电压受电压调节器控制，一般比较稳定，只是在发动机启动阶段略有变化。正常情况下，发动机达到怠速转速时，发电机的输出电压应能达到一个稳定值，这个电压值称为发电机的额定电压（12V系统的发电机额定电压为14V，24V系统的发电机额定电压为28V）。
2.空载转速
交流发电机不带负载，能够达到额定电压时的初始转速值定为空载转速，空载转速在发电机出厂时通过试验确定，列入产品说明书。空载转速是汽车设计时选择发动机和发电机速比的主要依据，也是发电机使用过程中性能是否下降的评价指标之一。
3.额定电流和额定转速
交流发电机受结构、转速等条件的限制，对外输出电流的能力是有限的，为了评价发电机的对外输出电流能力，把发电机输出最大电流的2/3定为发电机的额定电流，达到额定电流时的转速定为额定转速。发电机出厂时，通过试验确定额定转速和额定电流，并列入产品说明书，发电机的额定转速和额定电流是评价发电机性能的重要指标。表3-1列出了几种常见的国产交流发电机的主要性能指标。
表3-1 几种常见的国产交流发电机的主要性能指标
