交流发电机的工作特点是转速变化范围大,对于一般汽油发动机来说,其转速变化约为1:8,柴油机约为1:5,因此分析汽车用交流发电机的特性必须以转速的变化为基础。交流发电机的特性有输出特性。空载特性和外特性,其中以输出特性最为重要。
1.输出特性
输出特性是指在发电机端电压U不变(对12V系列的交流发电机规定为14V,对24V系列的交流发电机规定为28V),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。图2-26所示为交流发电机的输出特性曲线。
由特性曲线I=f(n)可以看出:
(1)空载转速n1
发电机转速小于一定值n1时,对外输出电流为零。当发电机达到额定电压并能对外输出电流时的最小转速为n1,称n1为空载转速。空载转速常用来作为测试发电机性能的参数之一。
(2)最大电流Imax
发电机输出电流能力随转速的升高而增大,但曲越来越平坦,当转速达到一定值时,无论转速增加多少电流都不再增加,即一定结构的发电机输出最大电流Imax有一定限制。由此可见,交流发电机自身具有限制输出电流防止过载的能力,又称为自我保护能力。
交流发电机定子绕组具有一定的阻抗Z,它由绕组的电阻r及感抗XL两部分组成,即
式中
R——一相绕组的电阻;
XL——一相绕组的感抗;
XL=2лfL
式中
L——一相定子绕组的电感;
f——感应电动势的频率;
P——磁极对数。
由于XL
与n成正比,故发电机定子绕组的阻抗Z随发电机的车速升高而增加。高速时,由于R与XL相比可忽略不计,故阻抗Z约等于XL,定子阻抗Z与转速n成正比,其值较大,产生较大的内压降。另外,定子电流增加时,由于电枢反应的增强,也会使感应电动势下降。两者共同作用的结果,当发电机的转速升高且负载电流达到最大值时,输出电流几乎不随负载电阻的减小或转速的增加而增大。
(3) 额定转速n2
额定电流IA
发电机出厂时,通过试验,规定了空载转速与额定转速,并列人产品说明书。在使用过程中,可通过检测这两个数据来判断发电机性能的好坏。
2.空载特性
空载特性是研究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
外特性是研究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。
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