论文部分内容阅读
【摘 要】随着时代的发展，汽车行业也得到了迅速的发展。作为汽车动力系统的关键因素，汽车发电机有着至关重要的作用，它能够在汽车发动机正常运转的时候向汽车上所有的供电设备供电，并向蓄电池充电。随着汽车用电量的增加，对汽车发电机的要求也越来越高。本文就汽车发电机的电磁设计进行相关探析，以能够促进汽车发电机性能的不断发展。
【关键词】汽车；发电机；电磁设计
汽车发电机是汽车的发电系统，它能够在汽车发动机运转的同时向汽车的用电设备提供充足的电量，并能够给汽车里的蓄电池充电。随着汽车用电量的增加，汽车发电机的功率也在不断的增加。这就对汽车发电机的相应设计提出了更高的技术要求。不同的汽车发电机有着不同的电磁设计，对相应的发电机的应用效果也有着不同的影响。
1 汽车发电机的概述
汽车发电机主要包括转子、定子、整流器、端盖等四部分结构。汽车发电机可以分为直流发电机和交流发电机两大类。随着发展和应用，直流发电机已经被淘汰，交流发电机得到了全面的应用。
1.1 汽车发电机的工作原理
安装在汽车发动机上的发电机是汽车的供电装置，其工作状况直接对汽车的行驶速度产生直接的影响。当汽车启动以后，汽车发动机便运转起来，而汽车发电机也会被其通过皮带带动而运转起来。首先，发电机里的转子会先转动起来，它会使发电机内部产生磁场和切割感应线的情况。这样，电流就产生了。其次，发电机通过整流、滤波等环节将电流以直流电的形式稳定输出。通过这样的流程，汽车中的用电设备就能够接收到持续的电流，并能够进行相应的工作了。
1.2 汽车交流发电机的工作特性
汽车交流发电机有三方面的工作特性，即输出特性、空载特性和外特性。交流发电机的输出特性是指发电机在正常运转供电时会保持发电机的电压稳定不变。而发电机的转速直接影响着其供电情况。发电机的空载特性是指当发电机空载时，发电机的电压相对较小，但随着发电机的转速的增加，发电机的电压也就随着增长，还能向蓄电池充电。发电机的外特性表现在发电机电流一定时，发电机的电压会与电流成反比，电流越小，电压越大。当发电机在告诉运转时电流突然减小，则会使电压急剧升高，从而会造成相应元件的损坏。
2 汽车交流发电机的电磁设计
2.1 汽车交流发电机电磁设计的相应要求
2.1.1 转子绕组相数的选择
汽车交流发电机的定子绕组可以产生相应的定子磁场。定子绕组的相数有两相、三相或者多于三相的情况，且都是对称绕组。但多于三相对称绕组在实际运用中会增加发电机的控制难度，也需要投入较多的成本，不适合使用。如果汽车发电机的定子采用两相对称绕组，其虽然能够实现稳定运行，但其产生的电流为直流，不利于交流发电机的有效运行。汽车交流发电机的稳定运行，需要电源提供两相对称交流电才行，这就需要将三相对称绕组通过相应的变频器转化成相应的交流电流，实现与交流发电机的有效对接和电流供应。此外，两相对称绕组和三相对称绕组在定子热负荷相同的情况下所产生电磁状况是不同的，三相绕组的利用率更高。所以，交流发电机的定子绕组应尽量采用三相对称绕组。
2.1.2 极对数的选择
汽车交流发电机的转子转速与发电机转速之间有一定的差值。当汽车交流发电机的转速在一定范围内时，其极对数可以有不同的选择。当交流发电机的定子输出相对稳定时，转子转速和发电机转速之间的差值变化会影响到磁场容量。为了使发电机的磁场容量保持在恰当的范围，可以选择能够使正常转速中差值最小的极对数。如果汽车交流发电机的定子输出和极对数情况都保持一致时，其电磁容量会存在相应的最小值，最小磁场容量下的转速差别也最小。当汽车交流发电机的转速保持在一定水平时，选择的极对数应能够使转速差率接近最小水平，从而降低磁场容量和成本。
2.1.3 气隙的选择
在对交流发电机的气隙进行设计时，应综合考虑发电机的各方面情况，如电机的经济性、稳定性和过载能力。同时还要保证电机的相应性能和能力能够随着电机气隙的调节而有所提高。交流发电机虽然不存在相应的静态稳定性的情况，但气隙的选择对电流磁场的容量会有一定的影响。在定子输出一定时，交流发电机磁场的磁场容量会随着气隙的增大而增大，最高容量可达到额定容量的30%。为了降低交流发电机的磁场容量，应使其气隙长度保留在比较合适的范围内，且不能过小。因为过小的气隙会增大相应的铁耗，对交流发电机造成一定的损坏。交流发电机的气隙大小应在充分考虑到发电机的工作效率和制造难度的基础上尽量减少气隙长度。
2.1.4 计算发电机容量
汽车交流发电机的能量传递是转子输入机械功率，并在相应的磁场内转化成电流，再通过定子输出电功率。这样，汽车交流发电机的相应容量便能够通过相应的公式计算出来。
2.2 确定极弧系数
极弧系数对有效磁通和磁铁的应用状况都会产生相应的影响。极弧系数的增加对有效磁通的增加有着相应的促进作用，但也会使气隙磁场产生更多的畸变。而过大的极弧系数则会直接降低磁铁的工作效率。因此，在汽车交流发电机的电磁设计中，一定要根据具体的情况确定极弧系数，且其系数不能过大。
2.3 设计定子结构和转子结构
汽车交流发电机的定子的绕组设计需要通过对相关内容的选择和计算来进行，如绕组的形式、斜槽宽度、绕组因数等。定子冲片主要利用是半闭口槽，其可以使铁心损耗和有效气隙长度，还能对电机的功率进行相应的改善。但在实际应用中，定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。这有利于延长其使用寿命，也能很好地减少其使用面积以及损伤程度。电机转子的结构尺寸主要是由磁场绕组的尺寸和定子的内外径尺寸决定的，需要依据具体的情况进行相应的计算。
2.4 计算相关数据
在确定相应的材料和相应的尺寸以后，还要对电机的额定电压、稳态电流、和电压调整率等内容进行相应的计算。首先，汽车交流发电机的额定电压是在发电机额定运行时，定子绕组所施加的电压，可以依据电压、电流的相位关系求得。其次，当汽车交流发电机在三相绕组的情况下会产生较为稳定的电流，可以依据相应的电路图进行稳态电流的计算。对稳态电流的计算是可以更好地监测和保证发电机工作的稳定性。此外，发电机的电压调整率是指在电压和发电机转速保持不变的情况下，发电机空载电压与额定电压之间的差值占额定电压的比例。
△U=U0-Ux/Un
通过对电压调整率的计算可以看出发电机电磁设计的相应的数据是否合适，并对其进行相应调整。
3 结语
交流发电机在汽车中的应用非常普遍，其使用状况也会直接影响到汽车的运行速度和使用效果，有着十分重要的作用。通过对交流汽车电机的电磁设计的分析和研究，可以对汽车电机的相应结构和设计进行相应的了解和完善，也能够为汽车电机在生产和应用提供相应的理论支持。
参考文献：
[1]邹晴，陈子明.汽车交流发电机的匹配设计[J].客车技术与研究，2009（01）.
[2]王蕾.磁通反向汽车发电机的电磁设计与研究[J].防爆电机，2007（06）.
【关键词】汽车；发电机；电磁设计
汽车发电机是汽车的发电系统，它能够在汽车发动机运转的同时向汽车的用电设备提供充足的电量，并能够给汽车里的蓄电池充电。随着汽车用电量的增加，汽车发电机的功率也在不断的增加。这就对汽车发电机的相应设计提出了更高的技术要求。不同的汽车发电机有着不同的电磁设计，对相应的发电机的应用效果也有着不同的影响。
1 汽车发电机的概述
汽车发电机主要包括转子、定子、整流器、端盖等四部分结构。汽车发电机可以分为直流发电机和交流发电机两大类。随着发展和应用，直流发电机已经被淘汰，交流发电机得到了全面的应用。
1.1 汽车发电机的工作原理
安装在汽车发动机上的发电机是汽车的供电装置，其工作状况直接对汽车的行驶速度产生直接的影响。当汽车启动以后，汽车发动机便运转起来，而汽车发电机也会被其通过皮带带动而运转起来。首先，发电机里的转子会先转动起来，它会使发电机内部产生磁场和切割感应线的情况。这样，电流就产生了。其次，发电机通过整流、滤波等环节将电流以直流电的形式稳定输出。通过这样的流程，汽车中的用电设备就能够接收到持续的电流，并能够进行相应的工作了。
1.2 汽车交流发电机的工作特性
汽车交流发电机有三方面的工作特性，即输出特性、空载特性和外特性。交流发电机的输出特性是指发电机在正常运转供电时会保持发电机的电压稳定不变。而发电机的转速直接影响着其供电情况。发电机的空载特性是指当发电机空载时，发电机的电压相对较小，但随着发电机的转速的增加，发电机的电压也就随着增长，还能向蓄电池充电。发电机的外特性表现在发电机电流一定时，发电机的电压会与电流成反比，电流越小，电压越大。当发电机在告诉运转时电流突然减小，则会使电压急剧升高，从而会造成相应元件的损坏。
2 汽车交流发电机的电磁设计
2.1 汽车交流发电机电磁设计的相应要求
2.1.1 转子绕组相数的选择
汽车交流发电机的定子绕组可以产生相应的定子磁场。定子绕组的相数有两相、三相或者多于三相的情况，且都是对称绕组。但多于三相对称绕组在实际运用中会增加发电机的控制难度，也需要投入较多的成本，不适合使用。如果汽车发电机的定子采用两相对称绕组，其虽然能够实现稳定运行，但其产生的电流为直流，不利于交流发电机的有效运行。汽车交流发电机的稳定运行，需要电源提供两相对称交流电才行，这就需要将三相对称绕组通过相应的变频器转化成相应的交流电流，实现与交流发电机的有效对接和电流供应。此外，两相对称绕组和三相对称绕组在定子热负荷相同的情况下所产生电磁状况是不同的，三相绕组的利用率更高。所以，交流发电机的定子绕组应尽量采用三相对称绕组。
2.1.2 极对数的选择
汽车交流发电机的转子转速与发电机转速之间有一定的差值。当汽车交流发电机的转速在一定范围内时，其极对数可以有不同的选择。当交流发电机的定子输出相对稳定时，转子转速和发电机转速之间的差值变化会影响到磁场容量。为了使发电机的磁场容量保持在恰当的范围，可以选择能够使正常转速中差值最小的极对数。如果汽车交流发电机的定子输出和极对数情况都保持一致时，其电磁容量会存在相应的最小值，最小磁场容量下的转速差别也最小。当汽车交流发电机的转速保持在一定水平时，选择的极对数应能够使转速差率接近最小水平，从而降低磁场容量和成本。
2.1.3 气隙的选择
在对交流发电机的气隙进行设计时，应综合考虑发电机的各方面情况，如电机的经济性、稳定性和过载能力。同时还要保证电机的相应性能和能力能够随着电机气隙的调节而有所提高。交流发电机虽然不存在相应的静态稳定性的情况，但气隙的选择对电流磁场的容量会有一定的影响。在定子输出一定时，交流发电机磁场的磁场容量会随着气隙的增大而增大，最高容量可达到额定容量的30%。为了降低交流发电机的磁场容量，应使其气隙长度保留在比较合适的范围内，且不能过小。因为过小的气隙会增大相应的铁耗，对交流发电机造成一定的损坏。交流发电机的气隙大小应在充分考虑到发电机的工作效率和制造难度的基础上尽量减少气隙长度。
2.1.4 计算发电机容量
汽车交流发电机的能量传递是转子输入机械功率，并在相应的磁场内转化成电流，再通过定子输出电功率。这样，汽车交流发电机的相应容量便能够通过相应的公式计算出来。
2.2 确定极弧系数
极弧系数对有效磁通和磁铁的应用状况都会产生相应的影响。极弧系数的增加对有效磁通的增加有着相应的促进作用，但也会使气隙磁场产生更多的畸变。而过大的极弧系数则会直接降低磁铁的工作效率。因此，在汽车交流发电机的电磁设计中，一定要根据具体的情况确定极弧系数，且其系数不能过大。
2.3 设计定子结构和转子结构
汽车交流发电机的定子的绕组设计需要通过对相关内容的选择和计算来进行，如绕组的形式、斜槽宽度、绕组因数等。定子冲片主要利用是半闭口槽，其可以使铁心损耗和有效气隙长度，还能对电机的功率进行相应的改善。但在实际应用中，定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。这有利于延长其使用寿命，也能很好地减少其使用面积以及损伤程度。电机转子的结构尺寸主要是由磁场绕组的尺寸和定子的内外径尺寸决定的，需要依据具体的情况进行相应的计算。
2.4 计算相关数据
在确定相应的材料和相应的尺寸以后，还要对电机的额定电压、稳态电流、和电压调整率等内容进行相应的计算。首先，汽车交流发电机的额定电压是在发电机额定运行时，定子绕组所施加的电压，可以依据电压、电流的相位关系求得。其次，当汽车交流发电机在三相绕组的情况下会产生较为稳定的电流，可以依据相应的电路图进行稳态电流的计算。对稳态电流的计算是可以更好地监测和保证发电机工作的稳定性。此外，发电机的电压调整率是指在电压和发电机转速保持不变的情况下，发电机空载电压与额定电压之间的差值占额定电压的比例。
△U=U0-Ux/Un
通过对电压调整率的计算可以看出发电机电磁设计的相应的数据是否合适，并对其进行相应调整。
3 结语
交流发电机在汽车中的应用非常普遍，其使用状况也会直接影响到汽车的运行速度和使用效果，有着十分重要的作用。通过对交流汽车电机的电磁设计的分析和研究，可以对汽车电机的相应结构和设计进行相应的了解和完善，也能够为汽车电机在生产和应用提供相应的理论支持。
参考文献：
[1]邹晴，陈子明.汽车交流发电机的匹配设计[J].客车技术与研究，2009（01）.
[2]王蕾.磁通反向汽车发电机的电磁设计与研究[J].防爆电机，2007（06）.