第8节 汽车交流发电机 (修订中)
[TOC]
# 1. 项目零件和材料
- 汽车交流发电机（需要一个，但推荐两个）
旧的交流发电机可以在汽车修理厂以低廉的价格获得。为了您的方便，许多船厂已经从汽车上拆下交流发电机。我_不_建议为新的交流发电机支付全价，因为使用过的设备成本要低得多，而且功能与本实验的目的一样好。
我强烈推荐使用 Delco-Remy 品牌的交流发电机。这是通用汽车（GMC、雪佛兰、凯迪拉克、别克、奥兹莫比尔）车辆上使用的类型。自 1960 年代初以来，Delco-Remy 生产了一种特殊型号，几乎没有设计更改。这是一个_非常_常见的单元，位于破坏场中，并且非常易于使用。
如果您获得两台交流发电机，您可以将一台用作发电机，另一台用作电动机。将交流发电机准备为三相发电机和三相电动机所需的步骤是相同的。
# 2. 交叉引用
电路课，第 1 卷，第 14 章：“磁性和电磁学 (opens new window)”
电路课程，第 2 卷，第 10 章：“多相交流电路 (opens new window)”
# 3. 学习目标
- 电磁效应 (opens new window)
- 电磁感应的影响 (opens new window)
- 说明真实电磁机器的构造
- 说明三相绕组的构造和应用
# 4. 汽车交流发电机示意图
汽车交流发电机 (opens new window)是一种三相发电机，内置由六个二极管组成的整流电路。由于滑轮（大多数人称其为“滑轮”）通过连接到汽车发动机曲轴的皮带旋转，因此磁铁旋转经过一组固定的三相绕组（称为_定子_），通常以 Y 配置连接.
旋转磁铁实际上是电磁铁，而不是永磁体。交流发电机以这种方式设计，以便可以控制磁场强度，以便可以独立于转子速度控制输出电压。
这个转子磁铁线圈（称为_励磁线圈_，或简称为_励磁_）由电池供电，因此需要向交流发电机输入少量电力，使其产生大量输出功率。
电力通过一对同轴安装在轴上的铜“滑环”传导到旋转磁场线圈，并通过固定的碳“刷”接触。电刷通过弹簧压力与滑环保持紧密接触。
许多现代交流发电机都配备了内置的“调节器”电路，可自动打开和关闭转子线圈的电池电源以调节输出电压。如果该电路存在于您为实验选择的交流发电机中，则该电路是不必要的，并且如果留在原处只会妨碍您的研究。
随意“手术移除”它，只需确保您可以接触到电刷端子，这样您就可以在交流发电机完全组装好的情况下为励磁线圈供电。
# 5. 汽车交流发电机图
# 6. 实验说明
首先，请查阅汽车维修手册，了解交流发电机的具体细节。您现在阅读的书中提供的文档尽可能通用，以适应不同品牌的交流发电机。您可能需要更具体的信息，而服务手册是获取信息的最佳途径。
在本实验中，您将电线连接到交流发电机内部的线圈并将它们延伸到交流发电机外壳之外，以便于连接到测试设备和电路。不幸的是，制造商提供的连接端子无法满足我们这里的需求，因此您需要自己进行连接。
拆卸装置并找到用于连接两个碳刷的端子。将一对电线焊接到这些端子（尺寸至少为 20 号），并将这些电线穿过交流发电机外壳上的通风孔，确保在重新组装和使用交流发电机时它们不会卡在旋转的转子上。
找到来自定子绕组的三相线路连接并将电线也连接到它们，通过一些通风孔将这些电线延伸到交流发电机外壳之外。对这些电线使用方便使用的最大规格电线，因为它们可能承载大量电流。
与励磁线一样，它们的布线方式应使转子在重新组装交流发电机后可以自由转动。定子绕组线端子很容易定位：它们三个连接到二极管组件上的三个端子，通常将“环形接线片”端子焊接到导线的末端。
我建议您将环形接线片端子焊接到电线上，并将它们与定子线末端一起连接到端子螺母下方，以便每个二极管块端子固定两个环形接线片。
重新组装交流发电机，注意将碳刷固定在缩回位置，以便转子在重新插入时不会损坏它们。在 Delco-Remy 交流发电机上，后半部分以及电刷架组件的前部都有一个小孔，可以插入回形针或细线，以将电刷固定在弹簧压力下. 有关交流发电机组装的更多详细信息，请参阅维修手册。
组装好交流发电机后，尝试旋转轴并听是否有任何表明碰撞部件或缠绕电线的声音。如果有这样的问题，再把它拆开，改正错误的地方。
如果并且当它应该自由旋转时，将两条“场”线连接到 6 伏电池。将电压表连接到任意两个三相线路连接：
将万用表设置为“直流电压”功能，_缓慢_旋转交流发电机轴。当轴转动时，电压表读数应在正负之间交替变化：表明正在产生非常缓慢的交流电压（交流电压）。如果此测试成功，请将万用表切换到“交流电压”设置并重试。尝试慢速和快速旋转轴，比较两种情况下的电压表读数。
将任意两根三相线短路并尝试旋转交流发电机。您应该注意到的是交流发电机轴变得更加难以旋转。您通过短路产生的重电负载会在交流发电机上造成重机械负载，因为机械能会转化为电能。
现在，尝试将 12 伏直流电连接到现场电线。重复上述直流电压表、交流电压表和短路测试。你注意到什么不同？
找到某种对极性不敏感的 6 或 12 伏负载，例如小型白炽灯，并将它们连接到三相线。将细绳或重绳缠绕在滑轮（“滑轮”）的凹槽周围并快速旋转交流发电机，负载应该起作用。
如果您有第二个交流发电机，请按照您修改第一个交流发电机的方式对其进行修改，将您自己的五根电线分别连接到励磁电刷和定子线端子。然后，您可以将其用作由第一台交流发电机供电的三相电机。
将第一台交流发电机的每条三相线连接到第二台交流发电机的相应电线。将一台交流发电机的励磁线连接到 6 伏电池。这个交流发电机将是发电机。将绳子缠绕在滑轮上，准备旋转它。取第二个交流发电机的两条励磁线并将它们短接在一起。该交流发电机将是电动机：
旋转发电机轴，同时观察电机轴的旋转。尝试将两个单元之间的任何_两个_三相线路连接反转，然后再次旋转发电机。这次有什么不同？
将电机单元的励磁线连接到 6 伏电池（如果电池足够强大，可以同时提供几安培的电流，您可以将此磁场与发电机单元的磁场并联连接，穿过相同的电池端子）线圈将拉在一起）。这将使电机的转子磁化。尝试再次旋转发电机并注意操作中的任何差异。
在第一个电机设置中，场线简单地短接在一起，电机用作_感应电机 (opens new window)_。在第二种设置中，电机转子被磁化，它起到_同步电机_的作用。
# 7. 让您的改装交流发电机更上一层楼
如果您觉得特别有野心并且精通金属制造技术，您可以通过将改装的交流发电机连接到自行车来制作自己的大功率发电机平台。我已经建立了一个看起来像这样的安排：
后轮通过一条_长_V 型皮带驱动发电机滑轮。该皮带还支撑自行车的后部，当骑手踩踏自行车时保持恒定的张力。发电机悬挂在钢支撑结构上（我使用焊接的 2 英寸方管，但框架可以用木材制成）。这台机器不仅实用，而且足够可靠，可以用作健身机，而且制造成本低廉：
您可以在自行车装置后面（照片的左下角）看到一排三个 12 伏“RV”灯泡，我在骑自行车时将其用作健身器材。一组三个开关安装在自行车的前部，我可以在骑行时打开和关闭负载。
通过对产生的三相交流电进行整流，可以让交流发电机用直流电压为其自己的励磁线圈供电，从而无需电池。然而，启动仍需要一些独立的直流电压源，因为必须先给励磁线圈通电_，然后_才能产生任何交流电。
相关练习：
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