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1、汽车电源系统之交流发电机,1,汽车交流发电机,内容主题,1,2,3,4,交流发电机的作用，分类,交流发电机工作原理,交流发电机的构造,交流发电机调节器,5,交流发电机的检修,交流发电机的作用，分类,发电机是汽车上的主要电源，它与蓄电池并联，由汽车发动机驱动，如图1-16所示。现代汽车装备的发电机几乎都是交流发电机，由于三相同步交流发电机采用硅二极管进行整流，所以通常又称之为硅整流发电机。交流发电机的功用是当发动机所需电压高于蓄电池电压时，能及时向蓄电池充电，并向全车除起动机外的所有用电设备直接供电。,图1-16 汽车并联电路,交流发电机的作用，分类,一、发电机的分类 1按交流发电机的总体结构分
2、 普通交流发电机：使用时需要配装电压调节器的发电机；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；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，多用于柴油机；无刷交流发电机：无电刷和滑环的发电机；永磁交流发电机：转子磁极用永磁铁制成的发电机。,交流发电机的作用，分类,2按整流器结构分六管发电机：整流器由6只二极管组成；八管发电机：整流器由6只二极管和2只中性点二极管组成;九管发电机：整流器由6只二极管和3只磁场二极管组成；十一管交流发电机：整流器由6只二极管、2只中性点二极管和3只磁场二极管组成。,交流发电机的作用，分类,3按磁场绕组的搭铁形式分 按磁场绕组（两只电刷引
3、线）和发电机的联接不同，把发电机分为内搭铁型和外搭铁型两种，如图1-17所示。,图1-17 内、外搭铁式交流发电机,交流发电机的作用，分类,（1）内搭铁型发电机 磁场绕组直接在发电机内部与壳体直接相连而搭铁，即两只电刷的引线一根与后端盖上的磁场接线柱“F”相连，另一根直接与发电机外壳上搭铁接线柱“-”相连。（2）外搭铁型发电机 磁场绕组的两只电刷都和壳体绝缘，通过调节器搭铁的发电机，即两电刷的接线柱均与发电机外壳绝缘，分别用“F1”和“F2”表示。另外，按冷却方式还可以分为，风冷式交流发电机和水冷式交流发电机两类。,交流发电机的构造,二、发电机的组成 三相同步交流发电机主要由转子、定子、电刷与
4、电刷架、风扇、皮带轮、前后端盖等组成，如图1-18所示。,（a）实物图,（b）结构图,图1-18 交流发电机,交流发电机的构造,1转子 转子的作用是产生磁场，转子主要由两块爪极、磁场绕组、转子轴和滑环等组成，如图1-19所示。转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有6个由低碳钢制成的鸟形磁极，空腔内装有磁轭，用于导磁。磁轭上绕有磁场绕组，磁场绕组的两根引线分别焊在与转子轴绝缘的两滑环上。滑环由两个彼此绝缘的铜环组成，它与两装在后端盖上的两个电刷相接触，两个电刷通过引线分别接在两个螺钉接线柱，即“F”和“-”上。,交流发电机的构造,当两滑环通入直流电时（通过电刷），磁场绕组中就有电流通过，并产生轴向
5、磁通，使得爪极一块被磁化为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。,（a）实物图,（b）分解图图1-19 转子,交流发电机的构造,2定子 定子也叫电枢，它的功用是产生感应电动势。主要由定子铁心和定子绕组组成，如图1-20所示。,图1-20 定子,交流发电机的构造,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定子铁心的槽中。定子绕组有三相，三相绕组连接方式有星形接法（Y形）和三角形接法，都能产生三相交流电，如图1-21所示。,星形接法（Y形）三角形接法图1-21 定子绕组连接方式,交流发电机的构造,星形接法是将三相绕组的末端连接在一起，形
6、成三相绕组的中性抽头或称为中性点，标记为N。三角形接法是将相邻绕组的首段与尾端相连。星形接法多用在需要发动机低速时提供较高电压的场合，而三角形接法的交流发电机可以输出较高的电流强度。,交流发电机的构造,3电刷与电刷架（图1-22）电刷的作用是将电源通过滑环引入磁场绕组，由石墨制成。电刷架内装电刷和弹簧，利用弹簧的弹力与滑环紧密接触，多采用酚醛玻璃纤维塑料模压而成或用玻璃纤维增强尼龙制成。,图1-22 电刷与电刷架,交流发电机的构造,发电机的电刷总成有内装式和外装式之分，如图1-23所示。内装式是将电刷架安装在后端盖内部，故如果电刷损坏，必须解体发电机，现已逐渐被淘汰。外装式电刷架用螺钉安装在后
7、端盖壳体外表上，检修和更换方便。,（a）外装式（b）内装式图1-23 电刷总成,交流发电机的构造,4整流器 交流发电机整流器的作用是将定子绕组产生的三相交流电整流成为直流电。6管交流发电机的整流器是由6只硅整流二极管组成三相全波桥式整流电路，如图1-24所示，6只整流管分别压装（或焊装）在两块板上。,图1-24 整流器,交流发电机的构造,交流发电机整流二极管有正极管和负极管之分。外壳为负极、中心引线为正极的二极管，称为正极管，管壳底上有红色标记。3只正极管的外壳压装或焊接在元件板上，由一个后端盖绝缘的元件板固定螺栓通至机壳外，成为发电机的电枢接线柱“B”或“+”极。外壳为正极、中心引线为负极的
8、二极管，称为负极管，管壳底上注有黑色标记。3只负极管的外壳压装或焊接在另一元件板上，和电机外壳一起成为发电机的负极，其安装如图1-25所示。,图1-25 硅整流二极管安装图,交流发电机的构造,5风扇、皮带轮（图1-26）为保证发电机在工作时不致因温升过高而损坏，在发电机上装有风扇，一般用钢板冲制而成或用铝合金压铸而成。对于只有一个风扇的发电机，其风扇均装在前端盖和皮带轮之间。,图1-26 风扇、皮带轮、前后端盖,交流发电机的构造,对于有两个风扇的发电机，其安装形式有两种：一种是在前后端盖内的转子爪极两侧各焊接一个，另一种是在前端盖和带轮之间安装一个风扇，另一个安装在后端盖和转子爪极之间。发电机
9、在后端盖上有进风口，在前端盖上有出风口，当发电机旋转时，风扇也一起旋转，使空气高速流经发电机内部对发电机进行强制冷却。,交流发电机的构造,发电机的前端装有传动皮带轮，它通过发动机曲轴带动皮带轮旋转。皮带轮通常用铸铁或铝合金制成，也有用薄钢板卷压而成的，分为单槽、双槽和多楔形槽三种，利用半圆键装在风扇外侧的转轴上，再用弹簧垫片和螺母紧固。,交流发电机的构造,6前后端盖 如图1-26所示，前后端盖起固定转子、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，而且能够减轻发电机的质量。前端盖铸有支脚、调整臂和出风口，后端盖上铸有支脚和进风口，而且还装有电
10、刷总成。,交流发电机工作原理,1发电原理 交流发电机定子的三相绕组按一定规律分布在发电机的定子槽中，内部有一个转子，转子上安装着爪极和磁场绕组。当外电路通过电刷使磁场绕组通电时，便产生磁场，使爪极被磁化为N极和S极。当转子旋转时，磁通交替地在定子绕组中变化，根据电磁感应原理可知，定子的三相绕组中便产生交变的感应电动势，而后经整流器整流为直流电输出，这就是交流发电机的工作原理，如图1-27所示。,图1-27 交流发电机的工作原理,交流发电机工作原理,2整流原理 交流发电机是利用二极管的单向导电性把交流电转变为直流电的。普通交流发电机是用六只二极管组成的三相桥式整流电路，把定子绕组中感应出来的交流
11、电转变为直流电的。,图1-28 三相桥式整流电路,交流发电机工作原理,发动机励磁电路,3励磁方式：当发动机启动时或低速运转时，根据发电机的发电，此时先由蓄电池提供转子励磁电流，其电流流向为：蓄电池(+)点火开关电压调节器励磁绕组蓄电池(-)，此阶段是蓄电池提供励磁电流使发电机发电，故为他励发电，输出电压随发动机转速升高而升高。当发电机电压高于蓄电池电压时，励磁电流由发电机自身提供，此时自励发电。如图所示。,交流发电机工作原理,图1-28是以六管构成的三相桥式整流电路，其中3只正极管（VD1、VD3、VD5）的负极联接在一起，在某一瞬间，正极电位最高的管子导通；而3只负极管（VD2、VD4、VD
12、6）的正极联接在一起，在某一瞬间，负极电位最低的管子导通。所以每个时刻有2个二极管同时导通，同时导通的两个管子总是将发动机的电压加在负载的两端。,交流发电机工作原理,当t=0时，C相电位最高，而B相电位最低，所对应的二极管VD5、VD4均处于正向导通，在0t1时间内电流流向如图1-28（a）所示。在t1t2时间内，A相的电位最高，而B相电位最低，故对应VD1、VD4均处于正向导通，时间内电流流向如图1-28（b）所示。在t2t3时间内，A相电位最高，而C相电位最低，故VD1、VD6均处于正向导通，t2t3时间内电流流向如图1-28（c）所示。,交流发电机工作原理,以此类推，周而复始，在负载上便
13、可获得一个比较平稳的直流脉动电压，各时间内电流流向如图1-29所示。,图1-29 整流过程,交流发电机的型号,四、发电机的型号,交流发电机的型号,表1-3 电流等级代号,交流发电机的型号,交流发电机调节器,电压调节器 1作用 电压调节器在发电机转速变化时，自动控制发电机电压，使其保持恒定，防止发电机电压过高而烧坏用电设备和导致蓄电池过量充电，同时也防止发电机电压过低而导致用电设备工作失常和蓄电池充电不足。,2分类 电压调节器按工作原理可分为触点式电压调节器、晶体管调节器、集成电路调节器和电脑控制调节器，按搭铁极性可分为内搭铁、外搭铁，分别配内搭铁发电机和外搭铁发电机。,交流发电机调节器,3.电
14、压调节器的调压原理 由交流发电机的工作原理我们知道，发电机的三相绕组产生的相电动势的有效值为：E=Cen（V）这里Ce为发电机的结构常数，n为转子转速，为转子的磁极磁通，也就是说发电机所产生的感应电动势与转子转速和磁极磁通成正比。当转速升高时，E增大，输出端电压UB升高，当转速升高到一定值时，输出端电压达到极限，要想使发电机的输出电压UB不再随转速的升高而上升，只能通过减小磁通来实现。又磁极磁通与励磁电流If成正比，减小磁通也就是减小励磁电流If。故当交流发电机的转速变化时，调节器通过调节发电机的励磁电流If来调节磁通，使发电机的输出电压UB保持不变。,交流发电机调节器,（1）晶体管调节器 晶
15、体管调节器分内搭铁和外搭铁式两种。1）内搭铁式晶体管调节器（图1-30）,图1-30 内搭铁式晶体管调节器,交流发电机调节器,内搭铁式晶体管调节器主要由大功率晶体管VT2，小功率晶体管VT1，稳压管VS，分压器R1、R2和VT1的负载电阻R3等组成。工作过程：他励：点火开关S闭合后，蓄电池的电压就加到分压器的A、C两端，其电压小于发电机输出电压调整值，故UAB小于VS的反向击穿电压，VS截止，VT1的基极电流Ib1等于零，VT1截止，而VT2导通饱和，产生励磁电流。,交流发电机调节器,自励：发动机起动后，发电机的输出电压将高于蓄电池的电压，发电机的励磁电流由他励转变为自励。励磁电路为：发电机正
16、极点火开关S调节器“+”接线柱VT2调节器“F”接线柱发电机“F”接线柱励磁绕组蓄电池负极。节压：随着转速变化，当发电机输出电压高于调整值时，UAB升至VS反向击穿电压，VS导通，VT1导通，VT2截止，切断励磁电路，发电机输出电压下降；当输出电压低于调整值时，UAB低于VS反向击穿电压，VS截止，VT1截止，VT2导通，接通励磁电路，发电机输出电压上升。重复、步，如此周而复始，发电机输出电压被控制在一定范围内。,交流发电机的检修,六、充电系统的故障诊断与排除 1交流发电机的整机检测（1）充电指示灯检查 打开点火开关，不起动发动机时充电指示灯点亮，然后起动发动机，当发动机正常运转时充电指示灯应
17、熄灭，否则应检查发电机。（2）发电机检查 在发动机运转状态下用一带铁的物体检查发电机转子轴有无磁性，如有说明发电机励磁电路良好。如没有应检查发电机励磁电路有无输入电压，如无则检查电压调节器及励磁绕组有无损坏。然后检查发电机输出电压（在发动机2500r/min时12V）发电机输出应为1214.8V，否则应检查硅整流器及定子绕组有无损坏。,交流发电机的检修,2交流发电机零部件的检测与维修（1）转子的检修 1）励磁绕组断路和短路检查 表笔分别触在两集电环上，如图1-33所示，电阻正常为2.56，如果电阻比标准值小，说明励磁绕组有短路故障；如果电阻无穷大，说明励磁绕组有断路故障。,图1-33 励磁绕组
18、断路、短路检查,交流发电机的检修,2）励磁绕组绝缘性检查检查转子绕组与铁心之间的绝缘情况。用万用表蜂鸣档检测两集电与铁心之间的导通情况，正常应为“”，若发出蜂鸣响声，说明有搭铁故障，如图1-34所示。,图1-34 励磁绕组绝缘性检查,交流发电机的检修,3）集电环的检修 集电环应光滑平整，若有划伤或沟槽可用细纱布磨光，如图1-35所示；用游标卡尺测量集电环的外径，其值应不小于标准直径的0.5mm，集电环厚度应1.5mm。,图1-35 集电环的检修,交流发电机的检修,（2）定子的检修 1）定子绕组断路与短路的检查 数字万用表置于“”档，检测定子每两个绕组端头之间的电路。正常时阻值应小于1且相等。阻
19、值为“”，说明断路；阻值为0，说明短路，如图1-36所示。,图1-36 定子绕组短路、断路检查,交流发电机的检修,2）定子绕组搭铁检查 检查定子绕组与定子铁心间绝缘情况。用数字万用表蜂鸣档测试定子铁心与绕组各接线端间的电阻，正常应指示“”，如图1-37所示。,图1-37 定子绕组绝缘检查,交流发电机的检修,（3）整流器的检查 1）检测正极管 用数字万用表的蜂鸣档，黑表笔接元件板，红表笔分别接整流器各接柱，万用表均应导通，否则说明该二极管断路；调换两表笔进行测试，此时万用表均不导通，否则说明二极管短路，如图1-38所示。,图1-38 正极管的检测,交流发电机的检修,2）检测负极管 用数字万用表的蜂鸣档，红表笔接发电机后端盖，黑表笔分别接整流器各接柱，万用表均应导通，否则说明该二极管断路；调换两表笔进行测试，此时万用表均不导通，否则说明二极管短路，如图1-39所示。,图1-39 负极管的检测,交流发电机的检修,（4）电刷组件的检查 电刷表面不得有油污，且应在电刷架中活动自如，电刷外露长度一般不小于7mm，电刷架应无裂纹，弹簧应无腐蚀或折断的现象，否则应更换电刷或电刷弹簧。电刷外露长度的检测如图1-40所示。,图1-40 电刷外露长度的检测,
