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1、学习情境2：交流发电机的检修,学习目标：1.交流发电机的结构及类型2.交流发电机的工作原理及特性3.交流发电机的电压调节器4.电压调节器的工作原理5.交流发电机及电压调节器的使用6.典型汽车电源系的电路7.充电系典型电路8.电源系统故障诊断与排除,2.1交流发电机的结构及检修,2.1.1 交流发电机的结构及类型,一、发电机的功用 汽车蓄电池的容量是有限的，不能满足汽车长途行驶的需要，所以，在汽车上除装有蓄电外，还另装有发电机。发电机的主要作用是：发电机是汽车电系的主要电源，由汽车发动机驱动，它在正常工作时，对除启动机以外的所有用电设备供电，并向蓄电池充电以补充蓄电池在使用中所消耗的电能。汽车用
2、发电机可分为直流发电机和交流发电机，汽车交流发电机具有体积小，重量轻，结构简单，维护方便，使用寿命长和低速充电性能好等显著特点，故广泛应用在汽车上而取代直流发电机。目前汽车采用三相交流发电机，内部带有二极管整流电路，将交流电整流为直流电，所以，汽车交流发电机输出的是直流电。,发电机在发动机上的位置,发电机,二、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(使用时需要配装电压调节器的发电机)例JF132（东风EQ140用），多用于载货汽车和大型客车（2）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)例别克轿车的发动机上装配的是CS型发电机（包括CS121、CS130和C
3、S144三种不同的型号），多用于轿车,（3）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)例JFZB292发电机。多用于柴油车（4）无刷交流发电机(不需要电刷的发电机)例JFW1913发电机。,（5）永磁交流发电机(磁极为永磁铁制成的发电机),2.按磁场绕组搭铁方式分类（1）内搭铁型交流发电机 励磁绕组的一端引出来，与发电机外壳绝缘，另一端与发电机壳相连。如东风EQ1090型车用JF132型交流发电机（2）外搭铁型交流发电机 励磁绕组的两端都和发电机外壳绝缘，通过调节器搭铁。如解放CA1091型车用JF152D,3按装用的二极管数量分类（1）6管交流发电机 例JF1522（解放
4、CA1091）（2）8管交流发电机 例JFZ1542（天津夏利汽车用）（3）9管交流发电机 例JFZ141（BJ1022型轻载货车用）(4）11管交流发电机 例JFZ1913Z（奥迪、桑塔纳汽车用）,a:具有中性点二极管 b：具有磁场二极管 c：具有中性点和磁场 二极管,三、交流发电机的型号,第一部分为产品名称代号。J-交流；F-发电机；Z-整体式；B-带泵；W-无刷 JF交流发电机；JFZ整体式交流发电机；JFB带泵交流发电机；JFW无刷交流发电机。第二部分为分类代号，即电压等级代号，用一位阿拉伯数字表示，112V；224V；66V。第三部分为电流等级代号用一位阿拉伯数字表示，见表31,表3
5、-1 发电机功率等级代号,第四部分为设计序号，按产品设计先后顺序，用阿拉伯数字表示。第五部分为变型代号，交流发电机以调整臂的位置作为变形代号。从驱动端看，Y-右边；Z-左边。例如：JF152表示交流发电机，其电压等级为12V，电流等级为5059A，第二次设计。桑塔纳、奥迪100型轿车用JFZ1913Z型交流发电机是电压等级为12V，电流等级为90A，第13次设计，调整臂在左边的整体交流发电机。,四、交流发电机的结构,1整体式交流发电机普通交流发电机一般由转子、定子、整流器、前后端盖、风扇、带轮等组成,图2-1 整体式交流发电机结构,（1）定子总成（电枢）（a）功用产生三相感应电动势。（b）基本
6、组成定子铁心、三相定子绕组等。定子铁心由内圈带槽、互相绝缘的硅钢片叠成。定子绕组有三组线圈，对称的嵌放在定子铁心的槽中。（c）三相绕组的连接方法汽车用交流发电机大多数采用Y形接法，只有少数大功率交流发电机采用形接法。,a）Y形接法；b）形接法,（2）转子总成（a）功用产生旋转磁场（b）基本组成转子轴、两块爪极、磁轭、励磁绕组、集电环等。转子轴上压装着两块爪极，爪极被加工成鸟嘴形状，爪极空腔内装有励磁绕组和磁轭。滑环由两个彼此绝缘的铜环组成，压装在转子轴上并与轴绝缘，两个滑环分别与励磁绕组的两端相连。,1-集电环；2-转子轴；3-爪极；4-磁轭；5-励磁绕组,（3）电刷总成（a）作用给发电机磁场
7、绕组提供磁场电流。（b）电刷总成的组成两只电刷、电刷架、电刷弹簧等（c）电刷材料石墨电刷与电刷架的结构有内装式和外装,电刷组件1-电刷架；2-“磁场”接线柱；3-电刷与弹簧；4-“磁场”接线柱,电刷架 a）外装式；b）内装式,（d）电刷引线接法内搭铁交流发电机励磁绕组直接在发电机内部搭铁，两只电刷中的引线一根与后端盖绝缘的励磁接线柱“F”相连接，另一根直接与发电机外壳上的搭铁接线柱“”连接。外搭铁交流发电机励磁绕组通过所配的调节器搭铁，两只电刷接线柱均与发电机外壳绝缘，分别用“F1”和“F2”表示，其中一端通过调节器在发电机外部搭铁。,a）内搭铁型交流发电机 b）外搭铁型交流发电机,（4）整流
8、器（a）功用将发电机定子绕组产生的三相交流电变换为直流电向外输出（b）组成正、负整流板，二极管 交流发电机的整流器一般是由6只硅整流二极管组成三相全波桥式整流电路。分为正二极管（中心引线为正极）和负二极管（中心引线为负极）,整流板又称散热板（铝制），用来安装硅整流二极管。,说明：也可用发电机后盖代替负整流板，两块板绝缘地安置在一起，它与后端盖用尼龙或其他绝缘材料制成的垫片隔开且固定在后端盖上。,a）整流板 b）整流器总成1-负整流版；2-正整流板；3-散热片；4-连接螺栓；5-正极管；6-负极管；7-安装孔；8-绝缘垫；9-电枢接柱安装孔,硅整流二极管六只硅二极管安装示意图,a）焊接式；b）电
9、路图；c）压装图 1-正整流板；2-负整流板,二极管的极性,正二极管3只二极管安装在正整流板上，引出线为正极，壳体为负极，管壳底部用红字标记。3只正极二极管采用共阴极接法，公共端连接至发电机火线接柱“B”（“B+”、“+”、“A”或“电枢”接柱）。负二极管3只二极管安装在负元件板或发电机后端盖上，引出线为负极，壳体为正极，管壳底部用黑字标记。3只正极二极管采用共阳极接法，公共端连接至发电机接地接柱“”（或“E”接柱）。交流发电机3只正二极管和3三只负二极管的引线端通过三个接线柱一一对应连接，并分别连接定子绕组的A、B、C端，组成三相桥式全波整流电路。,（5）前、后端盖（a）端盖的功用安装轴承和
10、其他零部件，支承转轴，封闭内部构件。（b）端盖与其它部件的装配关系前端盖前端装风扇和皮带轮，后端盖上安装电刷组件、整流器等。,（c）材料前后端盖用铝合金材料制成，铝合金是非导磁材料，它既可以防止漏磁，又具有良好的导热性能，有利于散热。,（6）风扇及传动带轮（a）作用发电机工作时，对发电机进行强制通风冷却（b）发电机后端盖上有进风口，前端盖上有出风口。当风扇与皮带轮一起旋转时，空气高速流过发电机内部，从而进行强制通风冷却（c）材料风扇一般用低碳钢板冲压而成，皮带轮一般用铸铁或铝合金铸造而成,2无刷交流发电机没有电刷和滑环的交流发电机（了解）,优点（1）没有电刷和滑环,不存在电刷与滑环接触不良导致
11、的发电不稳或不发电故障。(2)工作时无火花，也减小了无线电干扰。缺点（1）爪极间连接工艺困难（2）由于磁路中间隙加大，发电机相同输出功率下需加大励磁电流。无刷交流发电机分为爪极式、激磁机式、永磁式和感应子式四种。其中爪极式和感应子式比较常见。,1)爪极式无刷交流发电机的结构特点励磁绕组是静止的，不随转子转动,2)爪极式无刷交流发电机的工作原理和磁路如下图所示,爪极式无刷交流发电机结构原理及磁路,1-定子绕组;2-定子铁心;3、4-爪极；5-磁场绕组；6-轴；7-前端盖；8-后端盖；9-外壳；10-磁轭托架,爪极与轴之间有一空腔，磁轭托架由此深入爪极的腔内，磁轭托架与爪极、转子磁轭之间均留出附加
12、间隙g1和g2以便转子转动。,3)爪极式无刷交流发电机的优缺点优点是：结构简单、维护工作量少，工作可靠；工作时无火花。缺点是：制造工艺要求高、焊接困难；结构复杂。（2）感应子式无电刷交流发电机组成由定子、转子、整流器和机壳组成。它的转子是由齿轮状钢片铆成，其上有若干个沿圆周均匀分布的齿形凸极，而没有磁场绕组。磁场绕组和电枢绕组均安放在定子槽中,原理当磁场绕组通人直流电后，在定子铁心中产生固定磁场（右上部、左下部为S极；左上部、右下部为N极）。由于转子4凸齿部分磁通容易通过，磁感应强度最大，从而形成磁极。但转子的每个凸齿是没有固定极性的，当它对着定子N极就是S极，对着S就是N极。,2.1.2 交
13、流发电机工作原理及特性,一、交流发电机的工作原理,1、发电原理（a）在发电机内部有一个由发动机带动的转子（产生旋转磁场）励磁绕组通直流电，产生磁场使两块爪极磁化，形成N、S极交错排列的六对磁极，随转子旋转，形成旋转磁场（b）磁场外有定子绕组,绕组有3组线圈(3相绕组)，3相绕组是对称的，彼此相隔120度（c）当转子旋转时，旋转的磁场使固定的定子绕组切割磁力线（或者说使定子绕组中通过的磁通量发生变化）而产生感应电动势。,输出波形,(1)三相交流电动势分别用eu、ev、ew表示，其瞬时值方程为：eu=Emsint=E sint ev=Emsin(t-120)=E sin(t-120)ew=Emsi
14、n(t+120)=E sin(t+120)(2)相电动势的有效值:E=4.44KW=Cen(3)频率f=np/60,每极磁通,发电机转速,电机结构常数,磁极对数,（4）三相绕组不同接法时的电压、电流关系,Y形接法 形接法,电压关系：电流关系：,电压关系：电流关系：,结论：在交流发电机相电压相同的情况下，采用Y形接法输出电压（线电压）较大；当输出线电压相同时，采用形接法输出电流较大（是Y形接法的3倍），输出功率是Y形接法的3倍。因此，大多数车用交流发电机的三相定子绕组采用Y形接法，只有少数大功率交流发电机采用形接法。,2、整流原理通过六只硅二极管组成的三相桥式全波整流电路，将交流发电机产生的三相
15、正弦交流电整流为直流电。（1）二极管的导通原则（a）正极管的导通原则：瞬间正极电位最高者导通（b）负极管的导通原则：瞬间负极电位最低者导通。,a）整流电路；b）三相交流电电压波形；c）整流后电压输出波形,（2）发电机输出的直流电压平均值（UAV）UAV=1.35ULY形连接:UAV=1.35UL=2.34U形连接:UAV=1.35UL=1.35U在三相桥式整流电路中，在每个周期内，每只二极管只有1/3时间通过，所以，每只二极管的平均电流ID只是负载电流I的1/3，即ID=I/3。,（3）中性点电压在有些交流发电机上，中性点用导线引出，接在中性点接线柱“N”上。UN=UAV/2用来控制磁场继电器
16、、充电指示灯继电器加装中性点二极管可以提高发电机的输出功率,（4）多管交流发电机（a）8管交流发电机利用中性点的输出来提高发电机的输出功率,不同转速时中性点电压,（b）9管交流发电机利用3个磁场二极管控制充电指示灯；给励磁绕组供电,（c）11管交流发电机有6个整流二极管、2个中性点二极管和3个磁场二极管，兼有8管交流发电机和9管交流发电机的特点和作用。,3、励磁方式（1）他励发电（低速运转时）由蓄电池提供励磁电流以增强磁场（2）自励发电（高速运转，转速在1000r/min左右时）励磁电流由发电机自身供给（a）交流发电机自励发电的条件有剩磁且转速足够高（b）自励原理转子爪极有剩磁，转子旋转三相定
17、子绕组中产生感应电动势感应电动势加到磁场绕组上磁场绕组中有电流通过磁场增强三相定子绕组中感应电动势提高磁场增强感应电动势提高如此相互促进，发电机电动势很快升高。,内搭铁交流发电机励磁电路,外搭铁交流发电机励磁电路,二、交流发电机的工作特性,1、输出特性即负载特性，指发电机向负载供电时，保持发电机电压一定（对12V系列为14V，对24V系列规定为28V），发电机的输出电流与转速的关系。即 U=常数时，的曲线。,交流发电机的输出特性曲线,变化规律：当发电机电压一定时，随发电机转速的升高，发电机输出电流随之升高。当发电机的转速达到一定值后，发电机的输出电流不再随转速的升高而升高。,（1）空载转速n1
18、发电机空载时，发电机电压达到额定值时的转速。空载转速常作为选择发电机与发动机输出传动比的主要依据。（2）满载转速n2发电机达到额定功率（或电流）时的转速。发电机的额定电流一般规定为最大电流的70%75%。（3）发电机的最大输出电流当发电机的转速达到一定值后，发电机的输出电流不再随转速的升高和负载的减小而增大，这时的电流值称为发电机的最大输出电流或限流值。,注意点：（1）空载转速和满载转速是表示交流发电机性能的主要指标，在产品使用说明书中有规定。（2）交流发电机具有自身限制输出电流的能力，不需要电流限制器。限流保护原理：定子绕组的阻抗Z随转速升高而增大,内电压降增大 Z=其中，感抗 XL=2 L
19、 电枢反应增强使磁场削弱，感应电动势下降,2、空载特性,指发电机空载时，发电机的电压与转速之间的关系。即 时，的曲线。,结论：（1）输出电压随转速升高而升高。（2）判断低速充电性能的好坏。,3、外特性,指发电机转速一定时，发电机的端电压与输出电流的关系。即 n=常数时，的曲线。,变化规律：（1）发电机转速不同，端电压不同。转速越高，端电压也越高。（2）在一定转速下，随负载（即输出电流）的增加，电枢反应会使端电压下降，因此需配用电压调节器进行稳压。（3）当发电机在高速下运转时，如果突然失去负载，其端电压会急剧升高，发电机中的二极管和调节器中的电子元件有被击穿的危险。因此应避免外电路开路。,一、硅
20、整流交流发电机的拆解及清洗,1拧下电刷组件的两个固定螺钉，取下电刷组件；2拧下后轴承盖的三个固定螺钉，取下后轴承防尘盖，再拧下后轴承处的紧固螺母；3拧下前后端盖的连接螺栓，轻敲前后端盖，使前后端盖分离；4从后端盖上拆下定子绕组端头，使定子总成与后端盖分离；5拆下整流器总成；6拆下皮带轮固定螺母，从转子上取下皮带轮、半圆键、风扇和前端盖；7用布或棉纱蘸适量清洗剂擦洗转子绕组、定子绕组、电刷及其它机件。,2.1.3 交流发电机检修,1、不解体检测（重点）（1）外部检查检查交流发电机端盖有无破裂。检查各接线柱有无松脱。用手转动发电机转子，转动应灵活自如，不应有卡滞和异响（不应有“扫膛”现象）。,二、
21、交流发电机的检测,测量发电机的输出端子B+和搭铁端E之间的阻值。电阻正向为4050，反向10000通过测量可以判断交流发电机整流器是否有故障，如有故障应将发电机解体进一步检测。测量发电机正电刷F接线柱和负电刷E之间的阻值电阻为56，判断励磁绕组电阻是否正常。,（2）测量发电机各接线柱之间的电阻值,2、解体后的检测（重点）（1）磁场绕组（转子）的检测检查磁场绕组的阻值选择“R1”档，将万用表的两只表笔分别搭在滑环上，检查磁场绕组的阻值技术要求：正常的阻值应为几,应符合标准。若电阻小于规定值，说明磁场绕组有短路；若电阻为，说明磁场绕组断路。,检查磁场绕组的绝缘情况选择“R1K”或“R10K”档，将
22、万用表的一只表笔搭在滑环上，另一只表笔搭在转子轴或爪极上，检查磁场绕组的绝缘情况。技术要求：若阻值为，说明磁场绕组绝缘良好；否则，说明磁场绕组有搭铁故障。说明：磁场绕组若有断路、短路或搭铁故障时，一般需更换转子总成或重绕磁场绕组。,转子轴和滑环的检测转子轴的弯曲会造成转子与定子之间间隙过小而摩擦或碰撞，如发现发电机运转时阻力过大或有异响，应检查转子轴是否有弯曲。滑环应表面光滑，无烧蚀，厚度应大于1.5mm,轴承的检测若发现发电机运转时有异响，应仔细检查是否因轴承的损坏而造成。,（2）电枢绕组（定子）的检测 检查电枢绕组的阻值将万用表的两只表笔分别搭在三根引出线中的任意两根上，检查电枢绕组的阻值
23、技术要求：正常的阻值应为1；若电阻为，说明电枢绕组断路。,检查电枢绕组的绝缘情况选择“R1K”或“R10K”档，将万用表的一只表笔搭在引出线上，另一只表笔搭在定子铁心上，检查电枢绕组的绝缘情况。技术要求：若阻值为，说明电枢绕组绝缘良好。否则，说明电枢绕组有搭铁故障。说明：电枢绕组若有断路、短路或搭铁故障时，一般需更换定子总成或重绕电枢绕组。,（3）硅二极管的检查（难点）硅二极管好坏的判别将万用表的两只表笔分别搭在硅二极管的引出线和壳体上，测量阻值大小；再将两只表笔交换搭接进行测量。技术要求：进行正、反向测量时，一次阻值应在1012左右，另一次阻值应在10000以上。若正、反向测量时，阻值均为零
24、，说明硅二极管短路；若正、反向测量时，阻值均为，说明硅二极管断路。注意点：硅二极管短路或断路时均应更换。,将汽车万用表的红表笔分别搭在硅二极管的引出线上，黑表笔搭在硅二极管的壳体上，测量阻值大小。若阻值为1012左右，说明硅二极管为正管子；若阻值为，说明硅二极管为负管子。,正管子引出线为正极，壳体为负极，管壳底部用红字标记；负管子引出线为负极，壳体为正极，管壳底部用黑字标记。,硅二极管极性的判别,（4）电刷与电刷架的检查电刷和电刷架应无破损或裂纹，电刷在电刷架中应活动自如，不得出现卡滞现象。电刷露出电刷架部分的长度叫电刷长度，电刷长不应超出磨损极限（原长的1/2），否则应更换。电刷弹簧压力应符合标准，一般为23N，将电刷压入电刷架使之露出部分约2mm，弹簧压力过小应更换。,三、交流发电机的装复,首先向轴承中填充2/3的润滑脂，再按拆解的反顺序装复：（1）将前端盖、风扇、半圆键和皮带轮依次装到转子轴上，并用螺母紧固；（2）将整流板、定子绕组依次装入后端盖；（3）将两端盖装合在一起，并拧紧联接螺栓；（4）拧紧后端盖轴承紧固螺母，装好轴承盖；（5）装电刷组件；（6）装复后，转动发动机皮带轮，转子转动平顺，无摩擦及碰击声。,
