发电机

出处：按学科分类—农业科学 河南科学技术出版社《简明农机手册》第163页（2349字）

(一)发电机的功用与类型

发电机是机车电气系的电源，将机械能转化为用电设备所需要的电能。小型拖拉机和三轮农用运输车上常采用的永磁交流发电机和硅整流交流发电机。

(二)发电机的构造和工作原理

1．永磁交流发电机 JYF－61A型永磁交流发电机如图3－28所示，由端盖、定子和转子等组成。定子由铁心和线圈组成，铁心由内圈有槽的环状硅钢片叠压而成，在铁心槽内装有定子线圈。转子是由钡铁氧永久磁铁和转子轴组成的，用环氧树脂粘结剂使它们胶结在一起。转子轴由两端盖的轴承支撑，其伸出端装有皮带轮，发动机动力通过皮带轮带动转子轴旋转。

图3－28 JYF－61A型永磁交流发电机

1．转子轴 2．弹簧垫圈 3．机壳 4．定子铁芯 5．永磁转子 6．定子线圈 7．油封壳 8．轴承 9．左端盖 10．拉紧螺栓 11．右端盖

永磁交流发电机工作原理如图3－29所示，根据电磁感应原理，当导线切割磁力线时，在导线的两端就会产生感应电动势。导线切割磁力线有两种方式：一是磁场固定不动，让导线运动；二是导线固定不动，让磁场运动，使磁力线被导线切割。两种方式效果相同。如果将一根导线接通，导线中就有电流通过。感应电流的方向，可用右手定则确定。伸出右手，四指与大拇指垂直，掌心向着N极，拇指所指的方向是导线运动的方向，四指所指的方向就是感应电流的流动方向。感应电流方向与导线切割磁力线的方向有关，发电机工作时，由于导线固定不动，永久磁铁旋转S极和N极交替的掠过定子绕组每匝线圈，使线圈导线切割方向不断变化的磁力线，因此在定子绕组中产生大小和方向都在变化的交流电流。

图3－29 永磁交流发电机工作原理

2．硅整流交流发电机 硅整流交流发电机的构造如图3－30所示。它由前后端盖、炭刷、二极管、元件板、转子、定子等主要零件组成。定子包括铁心和绕组，铁心是由内侧开槽的薄硅钢片叠压而成，槽内放有漆包线绕成的三相绕组。每相绕组的末端X、Y、Z连在一起，每绕组的首端A、B、C与元件板上和后端盖上的二极管相连。后端盖上3只二极管的中间引线是正极，外壳是负极，通过后端盖接铁；元件板上的3只二极管的中间引线是负极，外壳是正极，通过电枢接柱连在一起，元件板和壳体绝缘。将元件板上的3只二极管与后端盖上的3只二极管的中间引线分别连在一起，便成为三相桥式整流器。

图3－30 硅整流交流发电机

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 8．定子总成 9．前端盖 10．风扇 11胶带轮

转子由激磁绕组、磁极、转子轴和滑环等零件组成。转子轴上压装有犬牙交错的磁极，磁极内腔装有激磁绕组，绕组二端头的两根引线分别与两个滑环相连。两个滑环分别与装在端盖上的两个炭刷相接触，并用炭刷弹簧压紧，以防炭刷接触不良。两个炭刷的引线分别接铁接柱和磁场接柱相连。

硅整流交流发电机基本工作原理是利用电磁感应产生三相交流电，然后再经三相桥式整流器整流为直流电输出到用电设备。具体工作过程如图3－31所示。当接通开关后，首先是蓄电池向激磁绕组供电(图3－31中虚线箭头所示)，通过激磁绕组的电流称激磁电流。激磁电流使转子爪形磁极磁化，建立磁场。转子转动时，旋转磁场便与定子的三相绕组相切割而产生感应电动势，在感应电动势的作用下，产生三相交流电流。在发电机转速愈高，切割磁力线的速度愈快，感应电动势也就愈高，当高于蓄电池电压后，由发电机自身供给激磁电流(自激)，并向蓄电池充电(图3－31中实线箭头所示方向)。由于转子磁极不同部位的磁力线密度不同和磁极极性的交替变换，所以每相绕组中产生的感应电动势的大小和方向都在不断变化。因为三相绕组是120°的相位角配置，所以，每相绕组的最大电动势相差120°。A、B、C相的电动势e_A、e_B、e_C随转子的转角(或时间)的变化规律如图3－32所示。

图3－31 硅整流交流发电机基本工作原理

图3－32 各相交流感应电动势和整流后的电动势

交流通过三相绕组与三相桥式整流器的整流变为直流。整流过程分析如下：

如将时间分为6个区段，在t₁～t₂区段内，A相电动势e_A最高，B相电动势e_B最低，这时，接通线路后，电流从A点出发。经4号二极管输出，分头流向各用电设备和蓄电池，再通过接铁、2号二极管、B点和X点构成回路。在t₂～t₃时间区段内，A相电位e_A仍最高，C相电位e_C最低，电流经A点出发，经4号二极管流出，向用电设备供电和蓄电池充电后，再经接铁、3号二极管和C点到Z点构成回路。同理可分析t₃～t₄，t₄～t₅等各个时间段的电流回路。通过分析，发电机三相绕组发出的交变电动势，经三相桥式整流器整流后，变成如图3－32下部所示的方向不变的直流电动势。