汽车用交流发电机基础知识
第一部分
概述
一、交流发电机的作用
在汽车行驶过程中，由发电机向用电设备提供电源，并向蓄电池充电。 蓄电池在汽车起动时提供起动电流，蓄电池作为辅助电源。当发电机发出电量不足时，可以协同发电机供电。
第一部分概述
充电平衡公式（理想状态）：
发电电流IG = 负载电流IL + 蓄电池电流
IB
发电机, 蓄电池及电气负载之间的电流图
第一部分
概述
二、交流发电机的分类
1 按结构分
普通交流发电机：使用时需要配装电压调节器的发电机（JF） 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（JFZ）
带泵交流发电机：和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起的发电机（JFB） 无刷交流发电机：不需要电刷的发电机（JFW）
永磁交流发电机：磁极为永磁铁制成的发电机
最普及的是整体式交流发电机，如右图
第一部分概述
2 按磁场绕组搭铁形式分
内搭铁型交流发电机：磁场绕组负极负电刷直接搭铁
外搭铁型交流发电机：磁场绕组的负电刷接调节器，然后再搭铁。3 按整流器结构分
六管交流发电机
八管交流发电机
九管交流发电机
十一管交流发电机
第一部分概述
六管
九管
八管
十一管
第一部分概述
三、交流发电机的型号
根据汽车行业标准QC/T73-93《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组成如下：调整臂位置
电流等级代号设计序号变型代号例如:B11发电机型号JFZ1915——整体式交流发电机、电压等级12V、输出电流90A、第15次设计
第一部分概述
四、交流发电机在汽车上的位置仪表
调整臂
V 带点火开关支架
蓄电池
调节器
第二部分组成与结构带轮螺母皮带轮前端盖前轴承转子总成定子总成电压调节器
整流器总成后端盖
第二部分组成与结构
第二部分组成与结构
1、主要组成：
转子组件——产生旋转磁场定子组件——产生三相交流电整流器——把交流电变成直流电，也叫整流桥电压调节器——自动调节发电机输出电压并使电压保持恒定前后端盖——减少发电机漏磁，安装电刷架、整流器和电压调节器
第二部分组成与结构
2、转子组件
电刷将直流电通入两个集
电环时，磁场绕组中就有电流
通过，并产生轴向磁通，使爪
极磁化，从而形成六对相互交
错的磁极。当转子转动时，就
形成了旋转的磁场。
3、定子组件
功能：定子线圈产生三相交流电。
组成：由铁芯和三相绕组组成。
连接方法：
星形连接：I=Ip，U=√3U
三角形连接：U=Up，I= √3I
定子线圈的绕制：
三相绕组的必须按一定要求绕
制才能使之获得频率相同、幅值相
等、相位互差120°的三相电动。
4、整流器
整流器由正整流板、
负整流板、绝缘垫、整流
二极管组成。
整流二极管根据引出
电极的不同分为正二极管
和负二极管。
5、端盖
端盖一般分两部分（前端盖和
后端盖），起固定转子、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
可有效的防止漏磁，二是铝合金散
热性能好。
第三部分
电路原理
一、基本原理
通电线圈绕在旋转铁心上产生旋转磁场；
定子三相绕组切割磁场产生三相交流电；
整流器将三相交流电转变为直流电。
第三部分电路原理
1、励磁
励磁：将电源引入到磁场绕组使之产生磁场
永磁式交流发电机不需要励磁
励磁方式：自励和他励两种。
他励：在发动机起动期间，需要蓄电池供给发
电机磁场电流生磁使发电机发电，即预励磁。
自励：当发电机转速提高到可以对外供电时
（必须在怠速之前），励磁电流由自身提供，
这种供给磁场电流的方式称为自励。
外搭铁交流发电机励磁电路
2、充电指示灯的作用
在预励磁电路中起电阻作用，决
定预励磁电流大小。
励磁电流0.2A~1A,
充电指示灯功率1~2W
指示发电机工作情况
输出电压
输出电压=额定电压——灯灭。
提醒驾驶员停车后关断点火开关
充电指示灯并不说明蓄电池是否在充电，也不说明在什么转速下开始充电。在大负载时，会有充电指示灯不亮，蓄电池不是充电而是在放电的情况。
3、中性点电压
（1）概念：
定子绕组为星形连接时，三相绕组的公共结点称为中性点。从中性点引一根导线到发电机外，标记为“N”。中性点对发电机外壳（搭铁）之间的电压Un 称为中性点电压，
中性点电压为发电机输出电压的一半。带有中性抽头的交流发电机
（2）用途：
控制各种用处的继电器
（如磁场继电器、充电指示灯继电器等）
增大功率输出
试验表明：加装中性点二极管的交流发电
机在结构不变的情况下可以提高发电机的
功率10%～15%之间。
4、过电压保护
在以下情况会产生过电压：
调节器故障
点火的影响
断开大电感负载
线束断裂或接触不良
通常，蓄电池的低内阻可以抑制电气系统中产生的电压尖峰（所以正常运行时，发电机不能断开蓄电池工作），仍有必要安装过电压保护装置，防止异常时的危险。
过电压保护措施有用于整流器的雪崩二级管、励磁绕组并联防浪涌二级管等
1、为什么要调节电压？
交流发电机电压依赖于转速和负载，并受温度影响
整车电气系统需要恒定电压
蓄电池充电需要充电电压随温度调整
所以，电压调节器的任务是维持发电机电压恒定，从而稳定汽车电气系统电压，在发动机整个转速范围内不因负载和转速的变化而变化；并保证对蓄电池充电良好，避免过充电和充电不足。
2、调压原理
电压调节器通过控制发电机
的励磁电流的通断和通断时间，
控制转子的磁场强度，从而使发
电机的输出电压稳定在微小范围
内。
当发电机电压低于调节器的
响应电压，调节器不工作（如
14V 发电机常用13.5V 作为试验电
压，此时调节器常开）示波器测得的发电机电压
3、温度补偿
交流发电机输出电压与温度的函数关
系，要与蓄电池的化学特性相匹配：在低
温时发电机电压稍有增加，以便更利于冬
季充电；在高温时发电机电压稍有降低，
以防夏季蓄电池过充电。
电压调节的温度补偿系数在相关标准
里有规定值或推荐值。
我公司发电机企标选用-3~-10mV/℃
，一般为-7mV/℃左右，即发电机工作温度
每升高1℃，输出电压下降-7mV 。调节器特性曲线
4、调节器类型
(1) 按工作原理划分：
机械触点式电压调节器
电子电压调节器（分混合电路调节器和集成电路调节器）
(2)按功能划分：单功能、多功能、智能型
(3)按搭铁型式划分：内搭铁型、外搭铁型
目前的机械触点式电压调节器是要淘汰的产品，电子电压调节器已被普及应用，晶体管混合电路调节器和集成电路调节器作为发展趋势，已成为交流发电机的标准器件。
第四部分电压调节器及其原理
机械触点式电压调节器
由一个电磁铁、一个衔铁和一对调整
触点构成。励磁电流靠励磁电路中的动触
点开合而变化。当电压超过额定值时，动
触点被电磁铁拉开。
由于体积和特性的关系，这种调节器
只适合装在车体上。
触点式电压调节器
第四部分
电压调节器及其原理
电子电压调节器
调压原理
利用三极管的开关特性，将大功率三极管
作为一只开关串联在发电机的励磁电路中，根
据发电机输出电压的高低，通过控制三极管导
通与截止调节发电机的励磁电流。
优点
精度高、电压稳定、结构紧凑、无触点、寿
命长等优点，适于直接装在交流发电机内部。
如今的电子电压调节器都采用混合电路或集成电路，作为标准器件，方便拆换，不需维护。
第四部分电压调节器及其原理
外搭铁型电子调节器基本电路
内搭铁型电子调节器基本电路
第五部分
工作特性
1、输出特性
发电机端电压不变（试验电压13.5V 或27V ）其输出电流与转速之间的关系，即U=常数时，I ＝f （n ）的函数关系。
（1）空载转速（零电流转速）n1
当发电机达到额定电压并能对外输出电流时
的最小转速。必须低于怠速时发电机转速，一
般为1000r/min~1200r/min。
（2）额定转速n2和额定电流IA
一般规定发电机的额定电流IA 为发电机转速
为6000r/min（即为额定转速）时的输出电流。
额定电流应始终大于所有负载所需总电流。交流发电机的输出特性曲线
第五部分工作特性
（3）最高转速nmax 和最大电流Imax
最高转速由发电机的结构而定，一般12V 系统15000~18000，24V 系统为12000~15000。
Imax 是发电机在最高转速达到的电流。一定结构的交流发电机，当转速达到一定值时，无论转速增加多少电流都不再增加，即交流发电机的自我保护能力。
（4）怠速时的发电机转速NL 和输出电流IL NL 由发动机转速和发电机与发动机转速比确定，一般为1800r/min左右。IL 至少要满足长期工作的负载需求。这也是衡量发电机输出性能一个重要指标。
B11发电机的输出特性曲线
（5）冷热态输出性能
冷态性能：发电机刚开始运行时所测得的性能。
热态性能：发电机在规定转速下（3000r/min），全负载状态，运行一段时间（30min ），定子温度稳定后
所测得的性能。
B11发电机（14V,90A ）输出性能要求
◆评价发电机的性能，主要根据热态性能。冷态性能便于在线检测。◆输出特性曲线反映发电机在不同转速下的最大输出电流，代表发电机的输出能力。而实际输出电流是由蓄电池状况和车上用电器的需要决定的，通过电压调节器来控制。
2、空载特性
发电机在空载运行时，其端电压随转速变化的关系。即I ＝0时，U=f（n
）的曲线。
3、外特性
当发电机转速一定时，其端电压与输出电流的关系，即n=常数时，U=f（I ）的曲线。
从外特性曲线可以看出发电机电压受负载影响的程度：如果发电机在高速运转时，突然失去负载，发电机电压会突然升高，致使发电机及调节器等内部
电子元件有被击穿的危险。
4、效率
（1）交流发电机效率=输出功率/输入功率：
随转速增大，效率有下降趋势，正常运行时平均效率55%。普通风冷交流发电机最大效率65%，水冷发电机效率
可达90%.
B11华川发电机的效率曲线
（2）损耗功率=输入功率-输出功率
铁损：由转子和定子中交变磁场产生的磁滞和涡流引起。 铜损：定子绕组中电阻性损耗。
机械损耗：包括轴承的摩擦损耗、滑动接触的摩擦损耗，以及转子与风扇间的气流损耗。
（3）输入功率特性曲线
发动机驱动发电机的输入功率与发电机转速的关系。（中速范围以后，输入功率陡然上升）。
输入功率特性曲线对轮系设计和驱动皮带分析有决定意义。此外，也可以结合发电机的输出功率计算发电机的效率
汽车用交流发电机基础知识
第一部分
概述
一、交流发电机的作用
在汽车行驶过程中，由发电机向用电设备提供电源，并向蓄电池充电。 蓄电池在汽车起动时提供起动电流，蓄电池作为辅助电源。当发电机发出电量不足时，可以协同发电机供电。
第一部分概述
充电平衡公式（理想状态）：
发电电流IG = 负载电流IL + 蓄电池电流
IB
发电机, 蓄电池及电气负载之间的电流图
第一部分
概述
二、交流发电机的分类
1 按结构分
普通交流发电机：使用时需要配装电压调节器的发电机（JF） 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（JFZ）
带泵交流发电机：和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起的发电机（JFB） 无刷交流发电机：不需要电刷的发电机（JFW）
永磁交流发电机：磁极为永磁铁制成的发电机
最普及的是整体式交流发电机，如右图
第一部分概述
2 按磁场绕组搭铁形式分
内搭铁型交流发电机：磁场绕组负极负电刷直接搭铁
外搭铁型交流发电机：磁场绕组的负电刷接调节器，然后再搭铁。3 按整流器结构分
六管交流发电机
八管交流发电机
九管交流发电机
十一管交流发电机
第一部分概述
六管
九管
八管
十一管
第一部分概述
三、交流发电机的型号
根据汽车行业标准QC/T73-93《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组成如下：调整臂位置
电流等级代号设计序号变型代号例如:B11发电机型号JFZ1915——整体式交流发电机、电压等级12V、输出电流90A、第15次设计
第一部分概述
四、交流发电机在汽车上的位置仪表
调整臂
V 带点火开关支架
蓄电池
调节器
第二部分组成与结构带轮螺母皮带轮前端盖前轴承转子总成定子总成电压调节器
整流器总成后端盖
第二部分组成与结构
第二部分组成与结构
1、主要组成：
转子组件——产生旋转磁场定子组件——产生三相交流电整流器——把交流电变成直流电，也叫整流桥电压调节器——自动调节发电机输出电压并使电压保持恒定前后端盖——减少发电机漏磁，安装电刷架、整流器和电压调节器
第二部分组成与结构
2、转子组件
电刷将直流电通入两个集
电环时，磁场绕组中就有电流
通过，并产生轴向磁通，使爪
极磁化，从而形成六对相互交
错的磁极。当转子转动时，就
形成了旋转的磁场。
3、定子组件
功能：定子线圈产生三相交流电。
组成：由铁芯和三相绕组组成。
连接方法：
星形连接：I=Ip，U=√3U
三角形连接：U=Up，I= √3I
定子线圈的绕制：
三相绕组的必须按一定要求绕
制才能使之获得频率相同、幅值相
等、相位互差120°的三相电动。
4、整流器
整流器由正整流板、
负整流板、绝缘垫、整流
二极管组成。
整流二极管根据引出
电极的不同分为正二极管
和负二极管。
5、端盖
端盖一般分两部分（前端盖和
后端盖），起固定转子、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
可有效的防止漏磁，二是铝合金散
热性能好。
第三部分
电路原理
一、基本原理
通电线圈绕在旋转铁心上产生旋转磁场；
定子三相绕组切割磁场产生三相交流电；
整流器将三相交流电转变为直流电。
第三部分电路原理
1、励磁
励磁：将电源引入到磁场绕组使之产生磁场
永磁式交流发电机不需要励磁
励磁方式：自励和他励两种。
他励：在发动机起动期间，需要蓄电池供给发
电机磁场电流生磁使发电机发电，即预励磁。
自励：当发电机转速提高到可以对外供电时
（必须在怠速之前），励磁电流由自身提供，
这种供给磁场电流的方式称为自励。
外搭铁交流发电机励磁电路
2、充电指示灯的作用
在预励磁电路中起电阻作用，决
定预励磁电流大小。
励磁电流0.2A~1A,
充电指示灯功率1~2W
指示发电机工作情况
输出电压
输出电压=额定电压——灯灭。
提醒驾驶员停车后关断点火开关
充电指示灯并不说明蓄电池是否在充电，也不说明在什么转速下开始充电。在大负载时，会有充电指示灯不亮，蓄电池不是充电而是在放电的情况。
3、中性点电压
（1）概念：
定子绕组为星形连接时，三相绕组的公共结点称为中性点。从中性点引一根导线到发电机外，标记为“N”。中性点对发电机外壳（搭铁）之间的电压Un 称为中性点电压，
中性点电压为发电机输出电压的一半。带有中性抽头的交流发电机
（2）用途：
控制各种用处的继电器
（如磁场继电器、充电指示灯继电器等）
增大功率输出
试验表明：加装中性点二极管的交流发电
机在结构不变的情况下可以提高发电机的
功率10%～15%之间。
4、过电压保护
在以下情况会产生过电压：
调节器故障
点火的影响
断开大电感负载
线束断裂或接触不良
通常，蓄电池的低内阻可以抑制电气系统中产生的电压尖峰（所以正常运行时，发电机不能断开蓄电池工作），仍有必要安装过电压保护装置，防止异常时的危险。
过电压保护措施有用于整流器的雪崩二级管、励磁绕组并联防浪涌二级管等
1、为什么要调节电压？
交流发电机电压依赖于转速和负载，并受温度影响
整车电气系统需要恒定电压
蓄电池充电需要充电电压随温度调整
所以，电压调节器的任务是维持发电机电压恒定，从而稳定汽车电气系统电压，在发动机整个转速范围内不因负载和转速的变化而变化；并保证对蓄电池充电良好，避免过充电和充电不足。
2、调压原理
电压调节器通过控制发电机
的励磁电流的通断和通断时间，
控制转子的磁场强度，从而使发
电机的输出电压稳定在微小范围
内。
当发电机电压低于调节器的
响应电压，调节器不工作（如
14V 发电机常用13.5V 作为试验电
压，此时调节器常开）示波器测得的发电机电压
3、温度补偿
交流发电机输出电压与温度的函数关
系，要与蓄电池的化学特性相匹配：在低
温时发电机电压稍有增加，以便更利于冬
季充电；在高温时发电机电压稍有降低，
以防夏季蓄电池过充电。
电压调节的温度补偿系数在相关标准
里有规定值或推荐值。
我公司发电机企标选用-3~-10mV/℃
，一般为-7mV/℃左右，即发电机工作温度
每升高1℃，输出电压下降-7mV 。调节器特性曲线
4、调节器类型
(1) 按工作原理划分：
机械触点式电压调节器
电子电压调节器（分混合电路调节器和集成电路调节器）
(2)按功能划分：单功能、多功能、智能型
(3)按搭铁型式划分：内搭铁型、外搭铁型
目前的机械触点式电压调节器是要淘汰的产品，电子电压调节器已被普及应用，晶体管混合电路调节器和集成电路调节器作为发展趋势，已成为交流发电机的标准器件。
第四部分电压调节器及其原理
机械触点式电压调节器
由一个电磁铁、一个衔铁和一对调整
触点构成。励磁电流靠励磁电路中的动触
点开合而变化。当电压超过额定值时，动
触点被电磁铁拉开。
由于体积和特性的关系，这种调节器
只适合装在车体上。
触点式电压调节器
第四部分
电压调节器及其原理
电子电压调节器
调压原理
利用三极管的开关特性，将大功率三极管
作为一只开关串联在发电机的励磁电路中，根
据发电机输出电压的高低，通过控制三极管导
通与截止调节发电机的励磁电流。
优点
精度高、电压稳定、结构紧凑、无触点、寿
命长等优点，适于直接装在交流发电机内部。
如今的电子电压调节器都采用混合电路或集成电路，作为标准器件，方便拆换，不需维护。
第四部分电压调节器及其原理
外搭铁型电子调节器基本电路
内搭铁型电子调节器基本电路
第五部分
工作特性
1、输出特性
发电机端电压不变（试验电压13.5V 或27V ）其输出电流与转速之间的关系，即U=常数时，I ＝f （n ）的函数关系。
（1）空载转速（零电流转速）n1
当发电机达到额定电压并能对外输出电流时
的最小转速。必须低于怠速时发电机转速，一
般为1000r/min~1200r/min。
（2）额定转速n2和额定电流IA
一般规定发电机的额定电流IA 为发电机转速
为6000r/min（即为额定转速）时的输出电流。
额定电流应始终大于所有负载所需总电流。交流发电机的输出特性曲线
第五部分工作特性
（3）最高转速nmax 和最大电流Imax
最高转速由发电机的结构而定，一般12V 系统15000~18000，24V 系统为12000~15000。
Imax 是发电机在最高转速达到的电流。一定结构的交流发电机，当转速达到一定值时，无论转速增加多少电流都不再增加，即交流发电机的自我保护能力。
（4）怠速时的发电机转速NL 和输出电流IL NL 由发动机转速和发电机与发动机转速比确定，一般为1800r/min左右。IL 至少要满足长期工作的负载需求。这也是衡量发电机输出性能一个重要指标。
B11发电机的输出特性曲线
（5）冷热态输出性能
冷态性能：发电机刚开始运行时所测得的性能。
热态性能：发电机在规定转速下（3000r/min），全负载状态，运行一段时间（30min ），定子温度稳定后
所测得的性能。
B11发电机（14V,90A ）输出性能要求
◆评价发电机的性能，主要根据热态性能。冷态性能便于在线检测。◆输出特性曲线反映发电机在不同转速下的最大输出电流，代表发电机的输出能力。而实际输出电流是由蓄电池状况和车上用电器的需要决定的，通过电压调节器来控制。
2、空载特性
发电机在空载运行时，其端电压随转速变化的关系。即I ＝0时，U=f（n
）的曲线。
3、外特性
当发电机转速一定时，其端电压与输出电流的关系，即n=常数时，U=f（I ）的曲线。
从外特性曲线可以看出发电机电压受负载影响的程度：如果发电机在高速运转时，突然失去负载，发电机电压会突然升高，致使发电机及调节器等内部
电子元件有被击穿的危险。
4、效率
（1）交流发电机效率=输出功率/输入功率：
随转速增大，效率有下降趋势，正常运行时平均效率55%。普通风冷交流发电机最大效率65%，水冷发电机效率
可达90%.
B11华川发电机的效率曲线
（2）损耗功率=输入功率-输出功率
铁损：由转子和定子中交变磁场产生的磁滞和涡流引起。 铜损：定子绕组中电阻性损耗。
机械损耗：包括轴承的摩擦损耗、滑动接触的摩擦损耗，以及转子与风扇间的气流损耗。
（3）输入功率特性曲线
发动机驱动发电机的输入功率与发电机转速的关系。（中速范围以后，输入功率陡然上升）。
输入功率特性曲线对轮系设计和驱动皮带分析有决定意义。此外，也可以结合发电机的输出功率计算发电机的效率