念念不忘_leo
范文一：【doc】汽车交流发电机输出特性的计算机仿真
汽车交流发电机输出特性的计算机仿真 1~94年
第烈卷
2月
第4期
山东工业大学Vol24No-4
JOURNALOFSHANDONGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYDec?1994
汽车交流发电机输出特性的计算机仿真
/一燮Af.王秀和_-rm一
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'山东业大学动化程糸济南.吡U[『(
自摘要导出了适合计算机仿真的汽车发电机整流系统的数学模型.谅模型考虑了发电
机相电压,相电流非正弦变化和电流换相对输出的影响,求解该模型可得到汽车交流发电机
的输出特性.仿真结果与试验结果相符
关键词交流发电机
中图分类号TM341
计算机化仿真!塾兰笪基;!垡/输出特性
0242.1,
/f铷真
0前言
在设计汽车交流发电机时,需要计算其输出特性.输出特性是指汽车交流发电机的输出
电压为额定,激磁电流为最大且保持不变时,发电机输出电流与转速的关系, 求输出特性的一般方法是根据已知的设计参数和空载特性,求解有关的非线性方程
组,这种方法的缺点是无法直接考虑发电机相电压,相电流波形非正弦的影响,而在汽车
交流发电机中,相电压,相电流均有较大的谐波分量,因此精度不高. 为了计算相电压,相电流波形的影响,使输出特性计算具有较高精度,本文给出一种适
用于计算机仿真的数学模型,并通过实例进行了仿真计算.仿真结果与试验结果一致.
1数学模型
汽车交流发电机整流系统的原理线路如图l所示.发电机转子一般为爪极结构.定子
上有三相对称绕组,三相交流电流通过桥式整流变为直流供给负载, 为简化分析,作如下基本假定:
1)空载磁场正弦分布;
2)气隙均匀,即等效为隐极同步发电机;
3)磁路不饱和
收稿日期:199212—14修回日期:199406—06
山东工业大学199~年l2月
在上述假定条件下.汽车交流发电机整流系统的电磁关杀可等效为图2所示的电路
图中R为定子绕组每相电阻;R为负载电阻;,为定子绕组每相等效电感;电势为 图1汽车交流发电机一整流系统原理图图2系统等效电路
:
~/2Esin~t;
一
v,Esin(一号);
一,
/~-Esin(+詈)
其中E一一相电势的有效值,E=4.44JWKn(——空载时的每极磁通;,定子绕组
每相串联匝数;K——基波绕组系数;,一一相电势的频率).
由于整流二极管的存在,该电路为非线性电路,线性他处理后可用数值积分法进行暂态
分析.其分析方法有两种:一种是先建立电路的微分方程,然后再选用合适的数值积分公式
求初值问题的数值解;第二种方法是先用数值积分公式建立动态元件的离散化伴随模型,用
这种模型代替电路中的动态元件,把动态电路变为各离散时间点上的线性直流电路,然后用
直流电路分析方法求解,这种方法称为伴随模型法.由于伴随模型法易于编程,求解方便,
本文采用该方法进行分析.
1.1电感元件的离散化伴随模型
线性电感的数学关系为
=
圭)…
式中:il()——流过电感的电流?(f)——电感两端的电压.
设在t时刻电感中的电流为(,),利用梯形法,对式(1)求解,可得在,日时刻(日一 0)电感电流i0十?)为
fH);万H十H)+[等()+f)](2)
令G,==面H)+),则式(2)化为
第24卷第4期李光友等:汽车交流发电机输出特性的计算机仿真 i0H)--G蛳0十H)+
根据式(3)画出的等效电路(图3)就是电
感元件的离散化伴随模型.
1_2二极管的处理:
二极管做如下线性化处理:当其承受正向
电压时.视为一恒压源与一电阻串联;承受反向
电压时视为一无穷大性电阻. 1.3数学模型
把图2所示电路的电感元件用离散化伴随 模型代替,二极管进行线性化处理,则可化为图
4所示的等效电路.该电路为直流线性电阻性
电路,列出其节点电压方程式(4),该方程即为
利用伴随模型法分析时的数学模型. br抖Hj
图3电感元件的离散化伴随模型 击+击+击+击
c上+击+击t击
(3)
路...击击蛐音音
粕..,寿...如.击告
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344L_J东工业大学
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c击+恚+去
c去一走+走
(4)
(4)式中V一为图4中各节电位(或电压),下角号1,8为节点编号,节点编号如图4 所示.E为二极管的导通压降.R,也的电阻值由二极管的状态决定.用等步长求解时6
为常数.
2上机求解步骤及程序框图
2.1方程组的求孵方法
程序开始?首先应输入元件的初始参数和初始条件,由计算机形成式(4)的系数矩阵和
右端列向量.由于某些元件的参数是随时间变化的,程序中应设置参数的修改环节.
式(4)为
线性方程组,可采用高斯列主元消去法求解.该方法运算速度快,精度较高且编程方便.
2.2平均输出电压和电流的计算
对输出电压和电流的瞬时值积分求平均值,即得平均输出电压和电流. 程序中采用复合
梯形求积分式进行计算
2.3程序框图(贝.图5)
3仿真结果
对一台350W?14V的汽车交流发电机进行了仿真计算和试验测定,其结果如图6所
示?图中曲线l为计算机仿真求得的输出特性;曲线2为试验测得的输出特性. 二者基本一
致.
V
第24卷第4朝李光友等:汽车交流发电机输出特性的计算机仿真345 图5程序框图
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图6汽车发电机输出特性
山东工业大学
4结论
(1)本文给出的数学模型可以较准确地计算汽车交流发电机的输出特性. (2)数学模型中把凸极同步电机简化为隐极同步电机,实践证明是可行的,满足工程计
算精度要求,且可使系统数学模型大为简化.
参考文献
I.郑德杰.应用0a-~it算机计算交流发电机的输出特性.汽车电器,1989,(4):2,5 2.任艮.电路的计算机辅助分析.北京:北京理工大学出版社.1989.93,102 3.易大义等.数值方法.杭卅:浙江科学技术出版社,1984.64~83 COMPUTERSIMULATIONOFAUTOMOTIVE ALTERNATOROUTPUTCHARACTERISTIC LiGuangyougChuanfuWangXiuhe (Dept?ofAutom.Eng.,ShandongUniversityofTechnology,Jinan250014)
ABSTRACTAmathematicalmodelforautomotivealternator一一reetifiersvstemwas
established.Thismodelissuitableforcomputersimulation.
Thesimulati0nresu1tsarec0n—
firmedbytheexperimentalresuhs.
KEYWORDSAhernatingeurrentgenerator;Computeri2edsimu1ati0
;Digital
simulation;Aut0m0biIes/0utputeharacters
范文二：5KW风力发电机整机输出特性风场测试
5KW风力发电机整机输出特性风场测试
绪论 ...............................................................................................................................................
2
1.1 引
言 .................................................................................................................................................. 2
1.2 国本课题研究本课题的主要研究风力发电机概
述 ...................................................................................................................... 7
2.1小型风力发电系统基本结构及分类 ....................................................................................... 7
2.2 风力机功率输出特
性 ................................................................................................................. 10
3.1 测试系统硬件、软件部分 ....................................................................................................... 12
3.1.1 测试系统概述 ...................................................................................................................... 12
3.1.2 测试系统硬件 ...................................................................................................................... 12
3.1.3 测试系统软件 ...................................................................................................................... 13
3.2 LABVIEW 软件概
述 ...................................................................................................................... 14
3.2.1 测试系统的软件框图 ....................................................................................................... 14
3.2.2软件前面板............................................................................................................................ 15
3.3 测试数据的存
储 .......................................................................................................................... 17
3.4 采样参数的测
定 .......................................................................................................................... 18
3.5 数据采
集 ..................................................................................................................................... 19
第四章 5KW风力发电机风场测试实
验 ......................................................................................... 21
4.1 风场测试风场测试实验步
骤 .......................................................................................................... 21
4.2.2 风场测试的基本要求 ..................................................................................................... 21
4.2.3 风场实验测试方法 .......................................................................................................... 22
4.3 消除零点误差的方
法 ............................................................................................................... 23
4.4 实验数据处
理 ............................................................................................................................. 24
4.5 实验结果分析............................................................................................................................
26
4.5.1 风机的输出功率分析 .....................................................................................................
26
4.5.2 风机效率分析 ...................................................................................................................
26
第五章 总
结 ............................................................................................................................................ 28 参
考文
献 ...................................................................................................................................................... 29 谢
辞 ............................................................................................................................................................... 31
英文全拼 中文
GRP glass-reinforced plastic 加强玻璃塑料 CFRP
碳纤维强化塑料 DAQ DataAcquisition 数据采集
系统 ADO
ODBC
DAQ Assistant
DSN
Active Data Object Open Database Connectivity
活动数据对象 开放数据互连 数据采集助手 数据平滑网络雷达 1
绪论
1.1 引言
风能作为绿色能源备受人们关注,而风力发电机是风能利用最多的方式之一。风力发电机中,离网型风力发电机的应用范围很广,因其体积小、操作方便、维修简单、造价低,在一些风力
比较大的偏远地区以及农村具有极大的发展潜力。风力发电机能够更好、更有效的工作,风
力发电机的测试实验是至关重要的。本课题主要对5kW风力发电机进行了测试实验, 为评
估和改进所测的5kW风力发电机的性能提供了依据。
1.2 国世界风力发电现状及趋势
国际能源研究报告表明，如果各国采取有力措施，力发电到2010年可提供世界电力需要
的10%，创造170多万个就业机会，并在全球范围内减少排放100 多亿吨二氧化碳废气。
风能将成为发展最快的能源, 到2010年风电总装机容量将达到40GW，到2020年将达到
0.1TW，到2010年德国新增500万千瓦，西班牙新增520万千瓦，年生产能力将达到800万千瓦，可满足全国电力需求的10%。美国和加拿大是北美利用风能资源最好的国家。在
美国50个州中，大约有30个州已经开始利用风能资源。在1998- 2009年间，美国风力发
电的总装机容量已经超过16740MW，可以满足160万个中等家庭的日常用电需要。随着技
术的不断进步和规模的不断扩大，风电发电成本的不断下降，估计10年后它完全可以和燃
煤电厂竞争[2]。
风电技术开发的趋势是大容量和变转速运行，更大单机容量的机组仍然在继续研制。随着风力发电容量在电力系统中所占的比例越来越大，对电力系统的影响日益明显，人们已经开
始利用天气预报的技术来预测风电场的功率输出，以优化风力发电机的运行速度。
由于600kW级大型风力发电机组技术已经成熟，正在大批量的生产，2000kW级风力发电机组不久将投入商业运行，风力发电的造价由现在1000美元/kW很有可能下降为600~800美元/kW，发电成本从现在的4~5美分/ ( kWh)，下降到3~4美分/(kWh)，风力发电规模带来的经济效益更加明显，可以和火电、水电和核电相竞争，这也是其它新能源所无法比拟的。由于风力发电是可再生洁净能源，其环境效益也十分明显，随着风力发电技术的日益成熟，发电成本的进一步降低，风力发电会越来越 2
我国风力发电现状及趋势
我国幅员辽阔，陆疆线总长2万多千米，海岸线总长1.8万多千米，是一个风力资源很丰富的国家，全国约有2/3的地带为多风地带，风能总储量为32.26亿千瓦， 3
内蒙古工业大学本科毕业论文
实际可开发的风能储量为2.53亿千瓦，为可再生能源和新能源利用技术提供了强大的资源利用条件。两大风能地带——西北、华北、东北和东南沿海为风能资源丰富区，跨全国21 个省、市、自治区。到1999年底已开发微小户用型风力发电机16万台，并网型风电场24座，总装机容量约26万千瓦，其中大多数机组是从丹麦、德国、美国、比利时、瑞典引进的，最大单机容量为600kW。毫无疑问，中国风能等可再生能源的利用受到了一系列因素的限制和影响，其中包括资金和技术资源供应的不足、政策的不配套等，和常规资源相比，它会缺乏竞争力。但从可持续发展的目的出发，从中央到地方各级政府已经对这些资源的开发合利用给予了关注。目前, 我国国产化机组产量仍然偏小，远未达到一定的规模效益，使得零部件采购价格偏高，利润空间很小。因此，我国的风力发电装备市场至今仍然由国外风力发电机组占据，这一现实要求我国的风力发电设备制造企业应加快适合中国国情的新型风力发电设备的研制进度，尽快提高大型风力发电设备的设计和制造技术，加大风力发电设备国产化进程。还应该注意稳定产品得质量，提高国产机组得可靠性，以取得风力发电场建设者的认可，逐步扩大市场份额[3]。
据相关资料报道，到2020年，预计我国将新增发电能力500GW，其中121GW 为可再生能源。2010年以前，我国计划新建20座风力发电场，每座风力发电场的发电能力达到100MW以上，且达到4000MW的风力发电总目标，并要求风力发电设备本土化。
风电发展必要性:发展风电有利于调整能源结构，能源结构中75,是燃煤火电，增加风电等清洁能源的比重刻不容缓。尤其是在减少CO等温室气体的排放，缓解全球气候变暖方面，风电是有效措施之一。火电厂虽然可以安装脱硫脱氮等装置，但是CO的排放却比较难得到控制。发展风电是解决我国能源供应不足的有效途径，我国常规能源资源人均拥有量相对较少，随着国民经济的发展，常规能源资源将不断减少。为保持我国经济和社会的可持续发展，必须采取措施以解决能源供应。开发风能资源也可以在减少石油、天然气进口方面发挥作用，对提高我国能源供应的多样性和安全性也能做出积极贡献。西部地区是我国陆地风能资源储量最大的地区，大规模开发风电也可以拉动西部地区得经济发展[7]。
发展风电的有利条件:1、风能资源:初步估计可开发和可利用的风能储量为10亿kW。
2、电网条件:东部沿海地区有较强的高压输电网，不存在技术问题;西部地区随着经济的发展，电网将不断延伸和增强。
4
内蒙古工业大学本科毕业论文
3、风电设备:600kW发电机组关键部件能够在国内生产，价格比进口机组低廉，有利于
大规模开发风电。
4、电力体制和政策环境:电源和电网分开后有利于投资的多元化，新组建的国家发展与改革委员会能源局抓紧两个特许权风电示范项目的招标进程，取得经验后将大力推广[6]。
风电发展思路:总结、推广特许权风电场开发经验，并推行固定电价方式的激励政策，促进中小型风电场的发展，发展稳定的风电市场，加强风电设备的国产化，扩大现有产品生产规模，引进、消化、生产大功率机组，并提高自主生产开发能力，降低机组生产成本。风电的发展与当地经济承受能力和电网容量相适应，在经济发达但是能源短缺的沿海地区加速风电发展;在资源丰富的西部地区，随着电网容量得增长，大规模开发风电，在政策上要解决跨省区销售风电的问题，如配额制，绿色电力交易等，因地制宜开发内陆局部风能丰富场所。海上风能资源比陆上更为丰富，应认真研究国外开发海上风能的经验，准备资源勘测和示范工程准备，为今后大规模发展海上风电创造有利条件[6]。
中国风力发电展望:为了加快我国风力发电的发展，在较短时间内使我国风电设计、制造技术水平大幅度提高，使建设成本和上网电价快速降低，成为能大规模提供清洁能源电力的重要能源，根据我国风电发展现状，借鉴国外风电发展的经验，国家发改委制定了《风力发电中长期发展规划》，并广泛征集各省发改委(计委)和有关单位的意见，为全国风能资源丰富的省份确立了发展目标。
截至20039年底，全国风电总装机规模为25805MW。到2010年底，全国风电总装机规模达到4万MW;到2015年底，全国风电总装机规模达到10万MW;到2020年底，全国风电总装机规模达到20万MW。风电规模化发展，使各项技术经济指标进一步提高，风电企业的竞争力和盈利能力明显增强[4]。
2020年以后化石燃料资源减少，火电成本增加，风电具备市场竞争能力，发展更快。2030年以后水能资源大部分也开发完，海上风电进入大规模开发时期，有可能形成“东电西送”的局面。风电，以其良好的环境效益，逐步降低的发电成本，必将成为本世纪中国重要的电源。
5
本课题研究本课题的主要研究内容
风力发电机的运行特性，直接影响其发电效率，测试风力发电机的性能，对于风力发电机的研究设计和推广应用有着现实的意义。本课题的主要内容如下:
1、了解掌握国内外风力发电现状、有关小型风力发电机的基本原理，风力发电系统和风力发电机分类情况。
2、熟悉掌握本课题采用的风场测试系统硬件、软件，在了解风场测试标准、测试实验方法的基础上进行了5KW风力发电机输出特性的测试。将采集到的数据用比恩法进行数据处理后得出得到5KW风力发电机在3M/S到18M/S风速下的风机的实测功率及风机的修正功率，而后用EXCEL软件描绘出风机在上述风速下的风机的实测功率及风机的修正功率对比曲线。再根据所测得的风速与电功率关系曲线，得出风力发电机的风速与效率的关系曲线。
6
风力发电机概述
2.1小型风力发电系统基本结构及分类
2.1.1 基本结构
风力发电机是将风能转换为电能的机械装置。离网型风力发电机一般由:风轮、发电机、
塔架、调向机构、蓄能系统、逆变器等等附属设备组成。
最常见的小型水平轴风力发电机的基本构造如图2-1:
图2-1 小型水平轴风力发电机的基本构造原理图
1、风轮
风轮是风力机从风中吸收能量的部件，其作用是把空气流动的动能转变为风轮旋转的机械能。水平轴风力发电机的风轮是由1~3个叶片组成的。叶片的结构形式多样，材料因风力机型号和功率大小而定，如木心外蒙玻璃钢叶片、玻璃纤维增强塑料树脂叶片等。
2、发电机
在风力发电机中，已采用的发电机有3种，即直流发电机、同步交流发电机和异步交流发电机。小型风力发电机多采用同步或异步交流发电机，发出的交流电通过整流装置转换成直流电。
3、塔架
塔架用于支撑发电机和调向机构等。因风速随离地面的高度增加而增加，
塔架越 7
风力发电机工作示意图
2.1.2 分类
风力发电系统分为两大类，一类是并网的风电系统;另一类是独立的风电系统，即离网型风电系统。并网的风电系统的风电机组是直接与电网相连地。
为了防止风电 8
内蒙古工业大学本科毕业论文
对电网的冲击，风电场装机容量占所接入电网的比例不宜超过5%~10%，因为风电的输出功率是不稳定的，这是限制风电场向大型化发展的一个重要的制约因素。独立的风电系统主要应用在电网不易到达的偏远地区。风力发电输出功率的不稳定和随机性，因此需要配置储能装置，在涡轮风电机组不能够提供足够的电力时，为照明、广播通讯、医疗设施等提供应急动力。当今最普遍使用的储能装置是蓄电池，风力发电机在运转时，一类是为用电装置提供电力，同时还将过剩的电力通过逆变器中的整流部分转换成为直流电，向蓄电池充电。在风力发电机不能提供足够电力时侯，蓄电池再向逆变器提供直流电，逆变器将直流电转换成为交流电，向用电负荷提供电力。因此离网型的风电系统是包括由风力发电机、逆变器和蓄电池组成的系统。另一类离网型的风电系统是混合型风电系统，除了风力发电装置之外，还带有一套备用的发电系统，经常采用的就是柴油发电机组[3]。
风力发电机中的风轮是将流经风轮旋转面的流动空气的一部分的动能转变为轴上输出有
用机械能的装置，就是实现将风能转变为机械能的装置。风机的造型按风轮轴的不同可分为水平轴风力机和垂直轴风力机两种。能量驱动链(即风轮、主轴、发电机)成水平方向的，称为水平轴风力机。能量驱动链成垂直方向的，称为垂直轴风力机。
垂直轴风力机具有很多优点。如增速箱和发电机可以置在塔底，安装和维修都非常的方便。同时，垂直轴风力机具有任意方向性，不用机舱对风和调向，因此省去了偏航装置，不存在扭缆和解缆等问题。然而，垂直轴风力机的效率较低，并且，由于传送轴重量的原因，将大容量的垂直轴的齿轮箱放在地面上是不可行的。再有一个明显的缺点就是，机翼的表面贴近于轴，越离旋转轴近的机翼部分速度就越慢，这减少了空气动力的效能。这些缺点使得垂直轴设计从商业的主流设计中渐渐消失。
虽然人们在不断改进风力机的设计研究，但是，水平轴风力机仍然是目前世界范围内商业化运行最成功的一种形式。其中最常见的结构是水平轴、三叶片、上风向，机舱安装在高高的塔架上。能量从风轮传递到齿轮箱，然后到达发电机。有些可变速运行，有些没有齿轮箱，采用直接驱动。目前最显著的改进就是不断的增加单机容量和机组性能。只有在微型和小容量的风力发电机组中或采用低速发电机的风力发电机组中不包括变速齿轮箱。
还有在国际上通常按照机组容量的大小，将风力发电机组也可分为:
大型:容量在1兆瓦以上。
中型:容量在100千瓦以上至1兆瓦。
9
风力机功率输出特性
风能是一种具有随机性、爆发性、不稳定特性的能源。当一个物体使流动的空气速度变慢时，流动的空气中的动能部分转变成物体上的压力能，整个物体上的压力就是作用在这个物体上的力。功率是力和速度的乘积，这也可用于风轮的功率计算。因为风的动能与风速的平方成正比，所以风的功率与速度的三次方成正比。如果风速增加一倍风的功率便增加八倍。
对于理想的风力机，气流在单位时间 2-1 2
式中:P为风轮输出功率，为空气密度，S为风轮扫掠面积，V为气流速度。 众所周知，如果接近风力机的空气全部动能都被风轮所吸收，那么风轮后的空气就不动了。然而空气不可能完全停止，流经风轮后的风速不可能为零，因此风所拥有的能量不可能完全被利用，即只有风的一部分能量可能被吸收，成为桨叶的机械能。实际风力机能够得到的有用输出功率等于风能与风能利用系数的乘积:
2-2 2
式中:CP为风能利用系数，即在单位时间
-3 2
其中:Vin，VN，Vout分别为风力机切入风速、额定风速和切除风速，PN为风力 10
内蒙古工业大学本科毕业论文
机额定功率。
某风力机输出功率曲线如图2-3所示。
图2-3 风机输出功率曲线
从图中可以看出，当风速在额定风速以下，输出功率不超过额定功率时，属于正常调节范围。但自然风速的变化常会超出这一风速，在自然条件下运行时，风力机运行不仅需要限制结构载荷的大小，而更重要的是发电机超载后过热的问题。控制系统允许发电机短时过载，但绝不能长时间或经常过载。当风速高于额定风速时，必需将风力机的输出功率和转速限制在所允许的最大值内。
11
风力发电机测试系统硬件、软件部分
3.1 测试系统硬件、软件部分
3.1.1 测试系统概述
一般的风力发电机测试时开发的测试系统采用了当前流行的虚拟仪器测试技术, 可以实现对被测风力发电机实时实地的数据采集、监控以及数据分析和处理。被测数据包括大气压力、 大气温度、 直流电流、 直流电压、 频率、 风速、 扭矩等。
整个测试系统包括硬件组配和软件编程两部分。对于系统硬件部分,依据中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布的 《 离网型风力发电机组》 最新国家标准对性能测试部分的要求以及根据各待测参量的特点，选择合适的传感器和变送器，并依据测试所采集信号的特点选择能够满足信号要求的数据采集卡,遵照电气规范以及组配测试仪。一般测试设备应能在野外连续作业，所以选用的计算机应是稳定性和可靠性较高、 操作简单、 携带方便、 性价比高的笔记本电脑，软件部分一般是利用当前广为使用的 LabVIEW 编写程序,实现对数据采集的控制、显示和存储[7]。
测试时，各路模拟标准信号(4~20mA电流信号或0~5V电压信号)经相应的变送器采集变送传输,通过数据采集卡上已经设定的信号通道传递给笔记本电脑,实验数据由软件处理后作结果显示,同时以 Excel电子表格文件存储于电脑硬盘。最后,利用 Excel 软件的数学计算、分析处理功能得到实验结果。通过Excel 计算出风力机的发电功率并绘制出各参数曲线图形。通过对大气温度、 湿度、 大气压、 风速等实验数据的分析和处理,计算出风能的功率;利用电流和电压参数的分析、 处理,计算出风力发电机的输出功率。通过两个参数的比值从而得到评估风力机的转换效率及风力机的性能[7]。
3.1.2 测试系统硬件
测试时一般采用基于PC的数据采集系统(DataAcquisition,简称DAQ)来完成测试研究,建立在计算机DAQ设备基础上的虚拟仪器系统具有多性能、高功能、集成化、网络化、性价比高和使用维护方便等特点。测试系统由笔记本电脑、数据采集卡、各类传感器、变送器等组成，如图3-1所示。各路信号通过相应的变送器, 以标准电信号形式输入DAQcard―6024E型多功能数据采集卡,通过数据采集卡上对应通道的运算功能,输出并存储测试结果。
12
内蒙古工业大学本科毕业论文
硬件部分的工作包括以下几个方面:
1、对风速、风向、环境温度、大气压力、电流、电压等变送器或传感器进行合理的选择
及正确的安装。
2、合理地设计，为测试系统的电动机(室内)、风力发电机、变频器、逆变器选择合适的电源、指示灯、开关及按钮，并将其集中安放到系统中的电路部分。测试系统硬件部分以及模拟电池负载，使其能更好地模拟蓄电池的充电特性，以便更好地测试风力机的性能。
3、选择数据采集卡及确定采样率，选取合理的抗干扰措施。考虑到室外风力发电机测试，对整个测试系统合理配置，使其携带方便且能在车内测试[7]。
图3-1数据采集流程
3.1.3 测试系统软件
基于 LabVIEW 环境的风力发电机测试程序具有将来自传感器的信号采集、 存储、处理和显示的功能，所以程序总体上包括数据采集、数据存储(将数据存入 Excel 表格文件)、数据处理等几个模块。数据采集包括通道控制、触发控制、设置采样参数。数据处理及参数分析包括计算模拟参数的实际值,与发电机性能有关的参数计算和性能曲线的显示。应用程序结构框图如图3-2。
LabVIEW程序包括前面板和流程图。前面板就是图形化的用户界面，用于设置输入数值和观察输出量。在前面板中，用户可以使用各种图标，如旋钮、 按钮、实时趋势图和事后记录图等，就像是真实的仪器面板一样。每个前面板都有一个框图程
13
内蒙古工业大学本科毕业论文
序与之相对应[7]。
图3-2 应用程序结构框图
3.2 LabVIEW 软件概述
3.2.1 测试系统的软件框图
图3-3 软件程序的结构框图
系统软件包括人机界面、参数输入、数据采集、数据显示、性能分析、报表输出等功能模块。
测试系统的功能有:采集各个传感器的输出信号，其中温度、压力、扭矩传感器 14
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输出的是电压信号，电压、电流、频率、风速输出的是标准信号(4---20mA)，电流信号经过转换为数据卡所接受的电压信号，而后进行数据采集，再通过软件实时的显示测量数据:实验数据实时记录;显示出风力发电机在不同风速下的输出功率，得到其特性曲线。图3-3中是最基本得软件框图。
3.2.2软件前面板
前面板是用户接口，是指一些图形化的测试界面，用于向程序中输入各种控制参数，并以数字或图形等各种形式输出测试结果，包括菜单、参数设置、结果显示等。我们可以把它想象为传统仪器的面板，面板上自然会有表头、按钮、波形图等各种控件与显示模块，并可根据用户实际需要定制控件，用户可以根据自己的需要在前面板上放置按钮等控制模块和显示模块(如图3-4)。
图
3-4 测试程序前面板
前面板的具体分析如下:
1、数据显示模块
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利用LabVlEW中的图形化显示函数Wave chart实现小型风力发电机性能测 试系统的温度、电压、电流、风速、频率、扭矩、风向、折尾角等性能参数随时间的变化波形图，在这里，可以形象地看到以上参数的变化趋势，进而确定风力发电机的所处的状态(如图3-5)。
图 3-5 数据显示模块
2、 数据存储模块
数据存储模块如图3-6所示，将采集到的数据通过Save按钮实时的保存到电子表格中，可以直接填写存盘路径，也可以通过查找按钮将数据保存。
图3-6 数据存储模块
3、参数设定模块
采样率足数据采集卡采样输入模拟信号的速率，采样率决定了模数转换发生的频率。进行平均点数是有限采样时每个通道的采样数量。根据不同的风力发电
机设置不同的极对数，设定合理的采样率和采样平均点数会提高测量的准确性，
16
测试数据的存储
数据存储主要实现测试数据的中央存储和交换，存取系统运行过程中产生的数据。LabVIEW具有很丰富的文件操作函数库，可以方便地进行文件的读写操作。LabVIEW可以读写文
图3-8 数据存储模块连接图
数据存储模块连接如图3-8所示，将采集到的数据通过ADO(Active Data
Object)技术与ODBC(Open Database Connectivity,开放数据互连)访问数据库。
ODBC 17
采样参数的测定
采样率(rate)就是进行A,D转换的速率。采样率高，则在一定时间
3-1 由此可知，采样率可设置为200，经过多次实验，实验中设置不同的采样率，并对数据进行分析，最终得到结论:对大多数常见的小型风力发电机，多数情况下可将采样率和平均点数设定为200，如果采样时间较长或进行特殊实验可根据需要适当调整，通过调整二者的比例关系可调整测试数据记录的间隔时间,调试时双击程序框图 18
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中的数据采集助手(DAQ Assistant)节点，过一会儿就见到下图界面，从而在此界面中对数据记录的间隔时间进行调整。
图3-9 足够采样频率结果
图3-10 过低采样频率的结果
3.5 数据采集
基于虚拟仪器的测试系统典型的硬件结构为:传感器一信号调理器一采集设 备一计算机。数据采集设备主要功能是将模拟信号转换为数字信号，此外一般还 有放大、采样保持、多路复用等功能。
数据采集过程如图所示(在这个过程中来自传感器的模拟量被转化为数
字量(模拟信号X(t)经脉冲序列采样后，成为离散信号x(n)，再量化以后得到取值也是离散化的数字信号。
数据采集是测试系统最主要的基础环节，根据信号的特征和测试的的，模拟 信号可以分为三类:
1、对于随时间缓慢变化的信号，本课题所测试的大气温度、大气压力，通常叫做直流信号，对直流信号一般只需要比较慢的采样频率。
2、对于随时间变化较快的信号，如果需要了解它的波形，则把它作为一个时域信号处理。这时需要比较快的采样频率。如本课题所测试的风速、频率等信号。
3、对于随时间变化较快的信号，如果需要了解它的频率成分，则把它作为一个 19
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频域信号处理。根据“赖奎斯特”理论，要得到准确的频率信息，采样率必须大于信号高频率成分的两倍[11]。
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5kW风力发电机风场测试实验
4.1 风场测试风场测试实验步骤
1、按规范摆放好计算机、测试仪器及其附件;
2、将蓄电池与蓄电池模拟箱并联;
3、连接逆变器与48V蓄电池;
4、连接风机控制器与蓄电池模拟箱，
5、把传感器与风力发电机各测试部件对应正确地连接起来，用仪与测试仪相连;
6、把风机三相线与风机控制器相连;
7、将接线端子与计算机中的数据采集卡连接起来。
8、按照标准的电气规范，对线路进行检查，确保无误;
9、检查完毕，开启计算机进入测试软件程序;
10、按照风力发电机测试规范的测试步骤对风力机进行测试。
4.2.2 风场测试的基本要求
1、本系统测试精度和准确度必须符合国标对离网型风力发电测试系统的要求;
2、选择和安装符合国标规定的传感器或变送器;
3、有较强的抗干扰性和安全性;
4、风力发电系统各个参数能够同步、实时显示;
5、测试程序具有虚拟显示、分析、处理和存储功能;
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风场实验测试方法
风场实验中将叶片安装在TL1OkW/360V永磁交流发电机上，参照国标GB/T19068.2—2003《小型风力发电机组实验方法》对样机进行整机性能测试。实验样机如图4-1所示:
图4-1 实验样机图
样机安装在内蒙古工业大学能源示范基地。风力发电机外风场测试地点的选择至关重要，因为需要测试风力发电机在各种风速下的输出特性，所以预选站点应具有丰富的风能资源，以便考核风力发电机输出性能。
室外的测试系统应符合风力发电机的实际应用情况，可以得出风力发电系统在不同温度、压力、风速条件下的输出特性。风机测试系统如图4-2。
测试系统的硬件部分由笔记本电脑、测试机箱、DC-?型电源模拟器、蓄电池、FDC-?型数据采集卡等组成。软件部分是利用当前广为使用的最新图形化编程测试软件—Labview编写程序，实现对数据采集的控制，显示和存储。测试时，各路模拟标准信号(4,20mA电流信号 或0,5V电压信号)经相应的变送器采集变送传输，通过数据采集卡上已经标定的信号通道的处理，传递给计算机，由软件处理后显示结果。同时实验数据以Excel电子表格文件存储于计算机硬盘。最后，利用Excel软件数学计算、分析处理功能得到实验结果。
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消除零点误差的方法
零点误差又称零输入误差，即无被测信号输入时测试系统的响应。在测试系统中零点误差主要包括两个部分。一是测试系统本身所具有的零点误差，如各种模拟电路、传感器及仪器，一般都存在零点误差。二是零输入时引入的外界噪声、干扰误差，即静态噪声和静态干扰误差。
本测试系统考虑到零点误差会随环境的变化而改变，所以将测试系统整体误差统一来考虑，而不考虑中间环节，只考虑测试系统最终输出的零点误差。即让系统预热足够时间后开启测试程序空运行，取一个合理区段的空采样数据去极值后进行加权平均，最后将此数值作为程序中的零点校正值输入并保存。如发现测试系统的零点显示超出测试精度的允许范围则应对本测试系统进行调零，方法如下:
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实验数据处理
根据国标GB/T 19068.2—2003数据采集和处理的要求,测取机组的输出功率和风速，用比恩法(Bin)通过计算绘制特性图线。
测试标准要求，机组正常工作时，从切入风速至切出风速的整个范围内，由计算机同步采集风速，输出电功率。
本测试实验，采样频率定为每秒钟200次，平均周期定为1秒。
1、比恩法(Bin)法处理方法
在一个很大的风速范围内，所述实验需采集大量的包括风速和对应风能转换装置输出功率在内的各种参数数据，同时也要采集一些有关大气温度，大气压力数据。在实验现场测得的风速/功率输出数据往往具有很大的分散性，所以采用了“比恩法(Bin)的简单的相关处理方法。
1) 推荐比恩范围 3m/s 到 18m/s;
2) 平均风速小于或者等于15m/s时，推荐比恩宽度为0.5m/s，平均风速大于15m/s时，推荐比恩区间宽度为1m/s;
3) 平均风速小于或者等于12m/s，每个比恩区间所记录的点数最少为60点;或者最少累积采样10分钟数据。平均风速在大于12m/s，小于等于15m/s时，每个 24
4-1
式中:H 风轮中心到地面的垂直距离，单位为米(m);
D 风轮直径，单位为米(m);
Hw 风速传感器安装高度，单位为米(m)。
s=(Hw)av 4-2 式中:a 高度幂指数，按GB /T13981中的表取值;
s 修正后的平均风速，单位为m/s;
Hw 风速传感器安装高度，单位为米(m)。
分析本课题的测试地点为草原，地势平坦，在规定范围 4-3
式中:—实验时的空气密度，kg/m3; —大气热力学温度，K;
—大气压力，KPa
通过下述公式对每一区间 -4
式中:S—已经按标准条件修正过的输出功率，W;
T—未经修正过的输出功率，W;
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风机的输出功率分析
根据上述的测试方法，在外场条件下，对风机的输出功率进行了测试，如图4-3(系列1是实测功率—风速曲线， 系列2是修正功率—风速曲线):
图4-3 风机的实测功率
由图4-3可见，当发电机电压从无到有，风轮已启动旋转，取此风速作为启动风速。如图可知，风机在一开便时启动，额定风速V=10m/s时功率达到5006W，因为没有相关数据，所以没有功率修正曲线。但是通过分析可以得到，标准条件下，在同一个风速点，风力发电
机输出的功率，要比在当地条件输出的功率高。因为测试地点海拔高度大约在1000m左右，常年空气密度在1.18左右，影响了风力发电机的功率输出。
4.5.2 风机效率分析
图4-4为风机效率曲线。
在风速为5m/s到8m/s时随着风速的增加，转速也在增加，叶尖速比基本上保持不变，风机在最佳尖速比附近运行，基本上都在相对较高效率点运行。
在风速大于10m/s时，风机效率比较低，即风机大风时的失速性能比较好。
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图4-4 风机效率曲线
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总结
80年代生产的小型风力发电机就性能而言当前的风机也存在以下不足:限速性能差、控制方法单一、泄荷方式单一和稳压特性差等。因此，研究开发小叶片高功率、自动刹车、改善泄荷方式的小型风力机具有十分重要的现实意义。而要达到以上目标，开发和完善现有的小型风力发电机性能测试系统是必要的。
就小型风力发电机数据处理方法而言，在很大的风速范围内，实验需采集大量各种参数数据，在实验现场测得的风速、输出功率数据往往具有很大的分散性。而对小型风力发电机输出特性而言，得出风力发电机功率输出曲线和效率曲线，对分析和评估小型风力发电机具有十分重要的现实意义。
本课题在内蒙古工业大学示范基地对风机进行整机性能测试。将采集到的数据用比恩法进行数据处理后得出得到5kW风力发电机在3m/s到18m/s风速下的实测功率及风机的修正功率，而后用Excel软件描绘出风机在上述风速下的风机的实测功率及风机的修正功率对比曲线。再根据所测得的风速与电功率关系曲线，得出风力发电机的风速与效率的关系曲线。对分析和评估小型风力发电机具有十分重要的现实意义。
28
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基于LabVIEW的离网型风力发电机测试 内蒙古工业大学能源与动力工程学院自然能源研究所
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谢辞
同时，感谢继续教育学院各位领导和老师为我提供这几年优越的学习环境， 有机会受到了几乎每一位老师的关心教诲和热心指导，这里再次向各位尊敬的师 长表示我内心深深的敬意和感激!
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范文三：交流发电机
2）八管交流发电机整流电路试验表明，在不改变交流发电机结构的情况下，在定子绕组的中性点处加装中性点二极管后，发电机输出功率与额定功率相比，可以提高10%～15%，并且转速越高输出功率增加越明显。图3-23八管交流发电机整流电路3）九管交流发电机整流电路在有些交流发电机中，除了有普通交流发电机用来整流的六只二极管外，又多装了三个功率较小的二极管，组成九管交流发电机。三个功率较小的二极管专门用来供给磁场电流，所以又叫磁场二极管。图3-24九管交流发电机充电系统电路4）十一管交流发电机整流电路图3-25十一管交流发电机整流和充电电路上海桑塔纳、一汽奥迪等汽车采用十一管交流发电机，不仅能增大输出功率，还可以用充电指示灯来指示发电机工作状况。3.励磁方式向交流发电机的磁场绕组供电使其产生磁场的过程，称为励磁（excitation，亦称激磁）。交流发电机磁场绕组的励磁方式有两种形式，一种是由蓄电池供电，称为他励（separatelyexcited，亦称他激）；另一种是由发电机自身所发电能供电，称为自励（self–excitation，亦称自激）。当发电机转速很低时，采用他励方式。由于转子磁极的剩磁很弱，在低转速下仅靠剩磁产生的电动势不能使二极管导通，发电机不能自励发电，此时必须由蓄电池供给发电机磁场绕组电流，使发电机具有较强的磁场，以使发电机的电动势迅速提高。当发电机的转速达到一定值后，发电机发电产生的电压达到或超过蓄电池电压，发电机开始向蓄电池充电，同时励磁电流由发电机自己提供，发电机由他励发电转为自励发电。第3章交流发电机汽车用发电机有直流发电机（DCgenerator）和交流发电机（ACgenerator）两大类，目前大多采用交流发电机。交流发电机（alternator）与蓄电池协同工作，共同构成汽车电源系统。交流发电机与电压调节器配合工作，其主要任务是对除起动机以外的所有用电设备供电，并向蓄电池充电。交流发电机主要由三相同步交流发电机和二极管整流器组成，一般称为硅整流交流发电机，亦简称交流发电机。3.1交流发电机的构造与工作原理3.1.1汽车用交流发电机的分类1.按总体结构分1）普通交流发电机普通交流发电机（图3-1）的应用最为普遍，如东风EQ1090型载货汽车用JF132型交流发电机，解放CA1091型载货汽车用JF1522A型交流发电机等。图3-1普通交流发电机图3-1普通交流发电机2）整体式交流发电机整体式交流发电机(integratealternator)是内装电压调节器的交流发电机，如一汽奥迪、上海桑塔纳等轿车用JFZ1813Z型交流发电机。图3-2整体式交流发电机（匹配KIAPRIDE）图3-3整体式交流发电机（匹配杭发潍柴斯太尔）3）带泵交流发电机带泵交流发电机是带有真空泵的交流发电机，如JFWBZ27型交流发电机等。龙口中宇JFWBZ27带泵交流发电机带泵交流发电机4）无刷交流发电机无刷交流发电机（brush-lessalternator）是无电刷、滑环结构的交流发电机。如福建仙游电机厂生产的JFW14X型交流发电机和山东龙口中宇电机厂生产的JFWBZ27交流发电机。山东龙口中宇电机厂生产的JFWBZ27交流发电机5）永磁交流发电机永磁交流发电机（permanent-magnetalternator）是转子磁极采用永磁材料的交流发电机。图3-6YJFW168永磁交流发电机图3-7添锦牌汽车永磁发电机2.按磁场绕组搭铁方式分1）内搭铁式交流发电机内搭铁（internalearth）式交流发电机磁场绕组的一端与发电机壳相连接，如东风EQ1090车用的JF132型交流发电机。2）外搭铁式交流电发机外搭铁（externalearth）式交流电发机磁场绕组的一端经电压调节器后搭铁，如解放CA1091型车用的JF152D、JF1522A型交流发电机。3.按装用的二极管数量分1）六管交流发电机六管交流发电机的整流器由六只硅二极管组成，这种型式应用最为广泛，如东风EQ1090车用的JF132型、解放CA1091型车用JF1522A、JF152D型交流发电机等。2）八管交流发电机八管交流发电机是指具有两个中性点二极管（neutral-pointdiode）的交流发电机，其整流器总成共有八只二极管，如天津夏利TJ7100、TJ7100U微型轿车所用的JFZ1542型交流发电机。3）九管交流发电机九管交流发电机是指具有三个磁场二极管的交流发电机，其整流器总成共有九只二极管，如北京BJ1022型轻型车用的JFZ14L型交流发电机。4）十一管交流发电机十一管交流发电机是指具有中性点二极管和磁场二极管的交流发电机，其整流器总成共有十一只二极管，如奥迪、桑塔纳轿车用JFZ1813Z、JFZ1913Z型交流发电机。4.按冷却方式分1）风冷式发电机
范文四：交流测速发电机
交流测速发电机
交流测速发电机是输出交流电压信号的测速发电机，可分为同步测速发电机和异步测速发电机两大类。应用最广泛的是杯形转子异步测速发电机。
杯形转子异步洳速发电机的结构如图12.21所示，其中定子由内外定子形成磁路，而转子则是处于内外定子形成的气隙中的一个非磁性的空心杯。为了减小气隙，杯壁做得很薄，同时带来了转动惯量小的优点。在定子上安装了互相正交（相差90°电角度）的两个绕组，其中一个用作励磁绕组，其励磁电压为一稳压稳频的交流电压甜，，在其轴线方向上产生脉动的气隙磁通φ1，其频率与励磁电压的频率相同，均为f 。
另一绕组用作输出绕组，其输出电压“。即是测速发电机的输出电压。
杯形转子可以被想象为是与鼠笼式转子一样的短路绕组。当转子不动时，φ1在转子中感应出变压器电势并产生电流，但复合磁场仍然是φ1方向。而输出绕组由于与φ1正交，不会感应出电压，输出电压U2的幅值为零。
当转子旋转时就要切割φ1，从而在转子中产生电势并产生电流，这个电势和电流均与转速n 成正比。
按照右手定则，杯形转子中的电流方向如图12.21中所示，并产生一个与毋，正交的
磁场函z 。注意到虽然从转子上看，转子中的交流电势和电流的频率取决于转速，但是从定子上看，它们所产生的磁通空。的频率仍然是f ，其幅值也应该与转速成正比。
同时还注意到φ2由于与垂，正交，那么恰好与输出绕组的轴线一致，因此在输出绕组中将感应出电压U2，其频率为f ，其幅值与转速n 成正比。总之，交流测速发电机的输出是一个其频率与转速无关且等于励磁电压频率，幅值与转速成线性关系的交流电压。 交流测速发电机在制作时要努力保证两个绕组的正交性，否则就会出现所谓剩余电压，即转速为零时输出不为零。在使用时要注意保障励磁电压的稳压和稳频，否则不能保证测量的精度。
范文五：自制交流发电机
自制交流发电机需知原理
一）交流发电机的作用:与发电机调节器互相配合工作，其主要任务是对除起动机以外的所有用电设备供电，并向蓄电池充电。
（二）交流发电机的分类
（三）交流发电机的组成：
发电机部分（三相同步交流发电机）---发出交流电 整流器部分（硅二极管）---把交流电变成直流电
（四）交流发电机的型号(见教材)
一、发电机的基本原理
（一）电磁感应现象
所有充电系统都是利用电磁感应原理来产生电流。
电磁感应现象：如果导体和磁场间有相对运动就会产生电压。导体中产生电压的强度取决于： 磁场强度
导体切割磁场的速度
通过磁场的导体数量
（二）磁场的建立
1、利用永久磁铁
2、导线或线圈通电，周围产生磁场。电流的方向与产生磁场的方向的关系---右手螺旋定则。
（三）导体或线圈内感应电动势的产生方法
1、使导体在磁场中运动（固定磁场）
2、使线圈中的磁场发生变化（固定导体）
-----都会在导体中产生感应电动势（右手定则）
3、如何产生连续的电动势
（1）使导体在磁场中往复运动，或在磁场中旋转，有效地利用磁力线所穿过的有限空间来产生电动势
（2）也可以使导体不动，让磁场不断发生变化
由于必须经常改变导体或磁场的方向，所产生的电动势的大小、方向经常变化-----交流电动势
（四）三相交流发电机的基本原理
1、结构特点：
通电线圈绕在旋转铁心上产生旋转磁场
三相绕组产生三相交流电。
2、基本原理：
当绕有磁场绕组的磁铁旋转时，通过各铁心的磁通发生变化，三相绕组中产生电动势，但因各相绕组的磁通变化存在时间差，故产生的电动势也有时间差
三、三相交流发电机的组成(见图)
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
前后端盖：减少发电机漏磁;安装电刷架和整流二极管.
带轮及风扇：传递动力;散热.
(一)交流发电机的构造—转子组件
功能：是用来建立磁场的。
组成：
两块爪极、（转子线圈）激磁绕组、轴和滑环等组成。见教材 磁场的产生：
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，使爪极一块被磁化为N极，另一块被磁化为S极，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。 磁场的磁力线分布及激磁电路 (见右图)
(二)交流发电机的构造—定子组件
定子组件的作用:产生三相交流电
定子组件的组成：定子由定子铁心和定子绕组成。见图
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。
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°的三相电动势。
定子绕组有三相，三相绕组采用星形接法或三角形（大功率）接法，都能产生三相交流电。
定子线圈的绕制：在三相绕组中所产生的电动势应是对称电动势，即电动势的大小相等、电位差互差120o电角度。波绕法、叠绕法 定子线圈的连接方法：星型连接；三角形连接
(三)交流发电机的构造—硅整流器
整流器的作用：
将定子绕组的三相交流电变为直流电
6管交流发电机的整流器的组成:
由6只硅整流二极管组成三相全波桥式整流电路，6只硅整流二极管分别压装（或焊装）在相互绝缘的两块板上，其中一块为正极板（带有输出端螺栓），另一块为负极板，负极板和发电机外壳直接相连（搭铁），也可以将发电机的后盖直接作为负极板。
压装在散热板上的三个二极管，引线为二极管正极--正极管子。 压装在后端盖上的三个二极管，引线为二极管负极—负极管子。 散热板必须与后端盖绝缘，并固定在后端盖上用螺栓引至后端盖外部作为发电机的火线接柱，标记为“B”（“A”、“+”、或“电枢”）。 汽车用硅整流二极管的特点：
汽车用硅整流二极管是专用的，有如下特点：
（1）允许的工作电流大，如ZQ50型二极管的正向平均电流为50A，浪涌电流为600A。
（2）承受反向电压的能力高，可承受的反向重复峰值电压在270V左右，反向不重复峰值电压在300V左右。
（3）只有一根引线（引出电极）
（4）根据引出电极的不同分为正二极管和负二极管。
即：整流二极管有正二极管和负二极管之分。
将正极管安装在一块铝制散热板上，称为正整流板；
将负极管安装另一块铝制散热板上，称为负整流板，也可用发电机后盖代替负整流板。见图。
在正整流板上有一个输出接线柱B（发电机的输出端）。 负整流板直接搭铁。负整流板上一定和壳体相联接。
(四)交流发电机的构造—前后端盖
后端盖上装有电刷架和电刷
电刷组件组成:由电刷、电刷架和电刷弹簧。
电刷的作用:将电源通过滑环引入励磁绕组。两个电刷分别装在电刷架的孔内，借助弹簧压力与滑环保持接触。
电刷和滑环的接触应良好，否则会因为磁场电流过小，导致发电机发电不足。
外装式电刷架其拆装和更换在电机外部即可进行,检修方便. 磁场绕组的搭铁形式及相应的电刷 连接方式: 内搭铁外搭铁 内搭铁型发电机：磁场绕组负电刷（E）直接搭铁的发电机（和壳体直接相连）。
外搭铁型发电机：磁场绕组的两只电刷都和壳体绝缘的发电机。 外搭铁型发电机的磁场绕组负极（负电刷）接调节器，后再搭铁。
四、三相交流发电机的工作原理(见图)
（一）发电原理
（二）整流原理
交流发电机定子的三相绕组中，感应产生的是交流电。是靠六只二极管组成的三相桥式整流电路（利用二极管的单向导电性）变为直流电的。
二极管具有单向导电性,当给二极管加上正向电压时,二极管导通, 当给二极管加上反向电压时,二极管截止,二极管的导通原则如下: 当三只二极管负极端相连时，正极端电位最高者导通； 当三只二极管正极端相连时，负极端电位最低者导通。
对于三个正极管子（D1、D3、D5正极和定子绕组始端相联），在某
瞬时，电压最高一相的正极管导通。
对于三个负极管子（D2、D4、D6负极和定子绕组始端相联），在某瞬时，电压最低一相的负极管导通。
但同时导通的管子总是两个，正、负管子各一个。
三相桥式整流电路中二极管的依次循环导通,使得负载RL两端得到一个比较平稳的脉动直流电压。
发电机输出的直流电压平均值为：
U=1.35UL=2.34UΦ
（三）中性点电压
1、中性点电压的概念（见图）
在定子绕组为星形连接时，三相绕组的公共结点称为中性点，从三相绕组的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，是通过三个负极管整流后得到的直流电压（即三相半波整流） 中性点电压为发电机输出电压的一半。
2、中性点电压的用途
1、中心点电压常用来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）
2、增大功率输出（八管交流发电机即为利用中性点电压提高发电机功率输出的）
3、八管交流发电机（如夏利）的原理：
说明：
1、中性点电压含有交流成分，即它是以直流电压的一半为中心线的交流电压。
2、在中性点和发电机的“+”（输出端）“-”（搭铁）之间分别增加一个二极管----中性点二极管
3、增加中性点二极管的目的---改善交流发电机的输出，可使发电机的输出电流提高10%---15%。
原理：
1、中性点电压瞬时值高于输出电压平均值（14V）时：中性点正极管导通对外输出电流；电流回路为：中性点→中性点正极管→负载→某一负极管→定子绕组→中性点。
2、中性点电压瞬时值低于搭铁电压（0V）时：中性点负极管导通对外输出电流；电流回路：中性点→定子绕组→某一正极管→负载→中性点负极管→中性点
结论：通过整流二极管将中性点的输出提供给负载。
（四）发电机的励磁方式
除了永磁式交流发电机不需要励磁以外，其他形式的交流发电机都需要励磁，因为它们的磁场都是电磁场，也就是说必须给磁场绕组通电才会有磁场产生。将电源引入到磁场绕组使之产生磁场称为励磁，交流发电机励磁方式:
他励、自励
1、他励：
由于交流发电机转子的剩磁较弱,发电机只有在较高的转速下,才能自励发电.
在发动机起动期间，需要蓄电池供给发电机磁场电流生磁，增强磁场，使发电机发电。这种由蓄电池供给磁场电流的方式称为他励发电。 这就是交流发电机低速充电性能好的主要原因。
一般发电机转速达到1000r/min后，由他励----自励。
2、自励：
随着转速的提高， （一般在发动机达到怠速时）发电机的电动势逐渐升高并能对外输出，
当发电机的输出电压UB大于蓄电池电压时，发电机就能对外供电了当发电机能对外供电时，就可以把自身发的电供给磁场绕组生磁发电，这种供给磁场电流的方式称为自励。
3、交流发电机励磁过程是先他励后自励。当发动机达到正常怠速
转速时，发电机的输出电压一般高出蓄电池电压1～2V以便对蓄电池充电，此时，由发电机自励发电。
4、发电机励磁电路（见右图）
5、带有激磁二极管的励磁电路---九管发电机
电路特点：采用9个整流二极管组成两组全波整流电路。
其中6只大功率整流二极管组成的三相全波桥式整流电路，负责对外负载供电
3只小功率管二极管与三只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只小功率管为励磁二极管。三个辅助二极管---激磁二极管（专用于激磁）
一般装有充电指示灯。不仅可通过控制充电指示灯指示充电系统的工作情况，还可以防止由于操作者忘关点火开关造成的蓄电池长时间地通过调节器向激磁绕组供电。
工作原理
1、非充电状态：电源开关接通后，激磁电流从蓄电池+-----K----充电指示灯---调节器（火线接线柱---触点---“磁场”接线柱）-----激磁绕组----搭铁-----蓄电池负。（他激，指示灯亮）见图
2、充电状态：发电机工作后，随转速的提高，三个激磁二极管输出端的电压升高，充电指示灯亮度减弱，当发电机电压达到蓄电池充电电压时，自激，指示灯灭。
一方面通过D1-D6六个二极管整流输出直流电压向蓄电池充电. 一方面通过三个激磁二极管D7、D8、D9和三个负极二极管D2、D4、D6六个二极管整流后向激磁电路供电。
充电指示灯的作用：
1、若忘记关电源开关，指示灯亮
2、发电机正常工作时，指示灯灭
3、当发电机转速降低或发电机有故障，由于指示灯两端电压增大，指示灯亮
结论：充电指示灯的作用：
用于提醒司机及时关闭电源开关
反映发电机的工作状况。
6、11管交流发电机的结构、原理
11管交流发电机的整流器由8只大功率整流二极管（其中2只中性点二极管）和3只磁场二极管组成
桑塔纳轿车11管交流发电机整流器的电路特点：（见教材） 11管交流发电机的整流器由8只大功率硅整流二极管和3只小功率磁场二极管组成。
8只整流管（其中6只接三相绕组,2只接中性点）组成全波桥式整流电路对外负载输出，输出端为B+
3只小功率磁场二极管与3只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。输出端为D+。 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＋和磁场电路输出端接线柱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。
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