汽车发电机故障检修.doc

摘 要 发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动机正常运转时，向所有用电设备（启 动机除外）供电，同时给蓄电池充电。汽车发电机作为汽车的一个重要部件，随着汽 车电器化程度越来越高，所受重视程度也不断提高。本文介绍了发电机的机构与工作 原理，着重介绍发电机的常见故障和排除方法。最后列举几个例子来进行实际情况的 分析。 关键词 汽车发电机；故障；检修 目 录 第一章 绪 言 .1 第二章 汽车电源系统交流发电机简介 .2 2.1 汽车发电机的功用.2 2.2 汽车发电机的主要组成.2 2.2.1 发电机转子 .2 2.2.2 发电机定子 .3 2.3 发电机电压调节器.4 2.4 发电机的工作原理.6 2.5 流发电机的特性.6 2.5.1 输出特性 .6 2.5.2 空载特性.8 2.5.3 外特性.8 第三章 充电系统的常故障查与维护 .10 3.1 汽车充电系统的常见故障与产生原因.10 3.1.1 不充电.10 3.1.2 充电电流过小 .10 3.2 发电机的常规维护.11 3.2.1 交流发电机与调节器的使用注意事项.11 3.2.2 交流发电机与调节器的维护.12 第四章 充电系统的故障事例分析 .13 4.1 故障事例一.13 4.2 故障实例二.13 4.3 故障实例三.13 4.4 故障实例四.14 结语 .16 参考文献 .17 致谢 .18 Comment U1: 。 Comment U2: 第一章 绪 言 随着汽车技术的进步，汽车的用电量越来越高。20 年前，中级轿车的发电机输出 功率一般只有 500 瓦左右，现在一般中级轿车发电机都在 1000 瓦左右。发电机功率的 增加是随着车上用电设备增加而增加的。由此发电机的作用也越来越显得重要。充电 系统最重要的部件是发电机，普通的发电机都是由转子、定子、整流器、前后端盖、 风扇、带轮等组成。发电机主要的特性有输出特性，空载特性，外特性。由于充电系 统相对简单，它的故障比较好总结，主要有不发电，输出电压过小或过大，输出不稳 等。经过前人的总结也都有比较便捷的解决方法。 Comment U3: 第二章 汽车电源系统交流发电机简介 2.1 汽车发电机的功用 发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动机正常运转时，向所有用电设备（启 动机除外）供电，同时给蓄电池充电。 汽车用发电机可分为直流发电机和交流发电机，由于交流发电机的性能在许多 方面优于直流发电机，直流发电机已被淘汰。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。 交流发电机必须配装电压调节器，电压调节器对发电机的输出电压进行控制， 使其保持基本恒定，以满足汽车用电器的需求。 2.2 汽车发电机的主要组成 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。 2.2.1 发电机转子 转子的功用是产生磁场。 转子由爪极、磁轭、励磁绕组、滑环、转子轴等组成，如图 2.1、2.2 所示。 图 2.1 交流发电机的转子总成 图 2.2 交流发电机转子分解图 1-滑环 2-转子轴 3-爪极 4-磁轭 5-励磁绕组 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。 当给两滑环通入直流电时，励磁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（或八对）相互交错的磁极。 如图 2.2 所示，转子转动时，就形成了旋转的磁场。 2.2.2 发电机定子 定子的功用是产生交流电。 定子安装在转子的外面，和发电机的前后端盖固定在一起，当转子在其内部转动 时，引起定子绕组中磁通的变化，定子绕组中就产生交变的感应电动势。 定子由定子铁心和定子绕组（线圈）组成，如图 2.3 所示。 图 2.3 交流发电机定子总成及连接方式 a)定子绕组星形连接 b)定子绕组三角形连接 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。三相绕组的连接有星形接 法和三角形接法两种，如图 2.3a、b 所示，都能产生三相交流电。 2.2.3 发电机整流器 整流器的功用是将定子绕组的三相交流电变为直流电。 整流器由整流板和整流二极管组成，6 管交流发电机的整流器是由 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组成的，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。6 只整流二极管分为正极管和负极管两种。引出电极为正 极的称为正极管，3 只正极管装在同一块板上，称为正极板；引出电极为负极的称为 负极管，3 只负极管安装在负极板上，也可直接安装在后盖上。如图 2.4 所示。 图 2.4 交流发电机整流二极管安装示意图 a)焊接式 b)电路图 c)压装式 1-正整流板， 2-负整流板 2.3 发电机电压调节器 2.3.1 电压调节器作用 由于交流发电机的转子是由发动机通过皮带驱动旋转的，且发动机和交流发电机 的速比为 1.73，因此交流发电机转子的转速变化范围非常大，这样将引起发电机的 输出电压发生较大变化，无法满足汽车用电设备的工作要求。为了满足用电设备恒定 电压的要求，交流发电机必须配用电压调节器才能工作。 电压调节器是把发电机输出电压控制在规定范围内的装置，其功用是在发电机转 速变化时，自动控制发电机电压保持恒定，使其不因发电机转速高时电压过高烧坏用 电器和导致蓄电池过充电；也不会因发电机转速低而电压不足导致用电器工作失常。 2.3.2 电子电压调节器工作原理 随着电子技术的发展，目前交流发电机几乎全部采用电子调节器。其优点是：电 压调节精度高，且不产生火花，还具有重量轻、体积小、寿命长、可靠性高、电波干 扰小等优点。 电子调节器有晶体管调节器和集成电路调节器两种。 外搭铁型电子调节器的工作原理: (1)基本电路如图 2.5 图 2.5 电子电压调节器基本电路 (2)工作原理： 点火开关 SW 刚接通时，发动机不转，发电机不发电，蓄电池电压加在分压器 R1、R2 上，此时因 UR1 较低不能使稳压管 VS 的反向击穿，VT1 截止，VT1 截止使得 VT2 导通，发电机磁场电路接通，此时由蓄电池供给磁场电流。随着发动机的启动， 发电机转速升高，发电机他励发电，电压上升。 当发电机电压升高到大于蓄电池电压时，发电机自励发电并开始对外蓄电池充 电，如果此时发电机输出电压 UB调节器调节上限 UB2，VT1 继续截止，VT2 继续导通， 但此时的磁场电流由发电机供给，发电机电压随转速升高迅速升高。 当发电机电压升高到等于调节上限 UB2 时，调节器对电压的调节开始。此时 VS 导通，VT1 导通，VT2 截止，发电机磁场电路被切断，由于磁场被断路，磁通下降， 发电机输出电压下降。 当发电机电压下降到等于调节下限 UB1 时，VS 截止，VT1 截止，VT2 重新导通， 磁场电路重新被接通，发电机电压上升。周而复始，发电机输出电压 UB 被控制在一定 范围内，这就是外搭铁型电子调节器的工作原理。 2.3.3 电子调节器的工作特性 调节器通过三级管 VT2 的通断控制磁场电流，随着转速的提高，大功率三级管 VT2 的导通时间减小，截止时间增加，这样可使得磁场电流平均值减小，磁通减小， 保持输出电压 UB 不变。发电机的输出电压 UB、磁场电流 If（平均值）随转速 n 的变 化关系称为电子调节器的工作特性。从电子调节器的工作特性曲线可以看出，n1 为调 节器开始工作转速，称为工作下限，随着发电机转速的升高，磁场电流减小。当发电 机转速很高时，由于大功率三极管可不导通，磁场电流被切断，发电机仅靠剩磁发电， 所以，电子调节器的工作转速上限很高，调节范围很大。 2.4 发电机的工作原理 如图 2.6 所示，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励磁绕组。当外电路通过电刷使励磁绕组通电时， 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。这就是 交流发电机的发电原理。 图2.6 交流发电机发电原理示意图 1定子铁心 2定子绕组 3转子 4励磁绕组 5整流二极管 6电刷 2.5 流发电机的特性 交流发电机的特性有输出特性、空载特性和外特性，其中以输出特性最为重要。 2.5.1 输出特性 输出特性是指在发电机端电压 U 不变（对 12V 系列的交流发电机规定为 14V，对 24V 系列的交流发电机规定为 28V） ，其输出电流与转速之间的关系，即 U=常数时， If（n） 的函数关系。图 2.7 所示为交流发电机的输出特性曲线。 Comment U4: Comment U5: 图 2.7 交流发电机的输出特性曲线 由特性曲线 I=f（n）可以看出： （1）空载转速 n1 发电机转速小于一定值 n1 时，对外输出电流为零。当发电 机达到额定电压并能对外输出电流时的最小转速为 n1，称 n1 为空载转速。空载转速 常用来作为测试发电机性能的参数之一。 （2）最大电流 Imax 发电机输出电流能力随转速的升高而增大，但曲越来越平坦，当转速达到一定值 时，无论转速增加多少电流都不再增加，即一定结构的发电机输出最大电流 Imax 有一 定限制。由此可见，交流发电机自身具有限制输出电流防止过载的能力，又称为自我 保护能力。 交流发电机自我限流的原理如下： 交流发电机定子绕组具有一定的阻抗 Z，它由绕组的电阻 r 及感抗 XL 两部分组成， 即： 式中 R一相绕组的电阻； XL一相绕组的感抗; XL2fL 式中 L一相定子绕组的电感； f感应电动势的频率； P磁极对数。 由于 XL 与 n 成正比，故发电机定子绕组的阻抗 Z 随发电机的车速升高而增加。 高速时，由于 R 与 XL 相比可忽略不计，故阻抗 Z 约等于 XL，定子阻抗 Z 与转速 n 成 正比，其值较大，产生较大的内压降。另外，定子电流增加时，由于电枢反应的增强， 也会使感应电动势下降。两者共同作用的结果，当发电机的转速升高且负载电流达到 最大值时，输出电流几乎不随负载电阻的减小或转速的增加而增大。 (3) 额定转速 n2 额定电流 IA 发电机出厂时，通过试验，规定了空载转速与额定转速，并列人产品说明书。在 使用过程中，可通过检测这两个数据来判断发电机性能的好坏。 发电机达到额定电流 IA 时的转速定为额定转速，图中用 n2 表示，额定电流一般 定为最大输出电流的 23。 2.5.2 空载特性 空载特性是研究发电机在空载运行时，其端电压随转速变化的关系，即 I0 时， U=f（n）的曲线，如图 2.8 所示。 图 2.8 交流发电机的空载特性曲线 2.5.3 外特性 外特性是研究当发电机转速一定时，其端电压与输出电流的关系，即 n=常数时， U=f（I）的曲线，如图 2.9 所示。 图 2.9 交流发电机的外特性曲线 从外特性曲线可以看出发电机电压受负载影响的程度：如果发电机在高速运转时， 突然失去负载，发电机电压会突然升高，致使发电机及调节器等内部电子元件有被击 穿的危险。 由于交流发电机的转子是由发动机通过皮带驱动旋转的，且发动机和交流发电机 的速比为 173，因此交流发电机转子的转速变化范围非常大，这样将引起发电机 的输出电压发生较大变化，无法满足汽车用电设备的工作要求。为了满足用电设备恒 定电压的要求，交流发电机必须配用电压调节器，使其输出电压在发动机所有工况下 基本保持恒定。 第三章 充电系统的常故障查与维护 发动机运转时，由发电机、调节器、蓄电池等组成的充电系统的工作情况，可通 过充电指示灯或电流表来判断是否工作正常。当充电系统出现不充电、充电电流过大 或过小、充电电流不稳等故障时，应及时进行检查并排查。 充电系统的故障现象、故障部位、故障原因及其处理方法都有比较好的归类。 同一种故障现象，其原因可能是多方面的。所以在诊断故障部位和原因时，一方 面要综合考虑整个充电系各部分之间的关系，同时还应按一定的步骤进行检查。 3.1 汽车充电系统的常见故障与产生原因 3.1.1 不充电 发动机在中等以上转速时，电流表指针指示不充电，充电指示灯亮，首先要考虑 蓄电池充电情况，若充电不足为发电装置故障。 不充电除了传动皮带过松打滑，一般要检查发电机本身不发电或调节器故障，以 及充电电路断路故障。如发电机内部整流脱落或电枢接线柱底部与二极管元件板接触 处不通；二极管击穿短路，造成定子绕组烧损；电刷在炭刷架内卡住接触不良，或磁 场绕组断路等。 诊断中提高发动机转 ；开大灯，如电流表指针瞬间的偏转放电方向，则为发电机 与调节器工作正常，而是蓄电池充电已足；若电流表指针较大的偏向放电方向，则故 障在发电机或调节器，应检查充电线路各接头是否良好，风扇皮带是否过松及发电机、 调节器的技术状况。首先验证充电系统是否确实有故障，将发动机置于中速运转，在 开前照灯的瞬间，电流表指针偏向“+”方向或保持原位不动，为蓄电池已充足电，充 电系统工作正常。如果电流表指针偏向“一”方向，为充电系统有故障，应予检修。 3.1.2 充电电流过小 蓄电池在存电不足的情况下，提高发动机转速，电流表指针指示较小的充电电流， 则为充电电流过小故障。这一般是发电机本身电压不足，调节器技术状态不良以及充 电线路中电阻增大所致。 可按以下步骤判断和排除：检查蓄电池、发电机、调节器和电流表等各机件的接 线柱及其导线连接是否牢靠。检查风扇皮带是否过松而使发电机转速不高。在上述情 况正常时，可在发动机中等转速下检查调节器的限额电压，拆检发电机是否有磨损损 坏的异常现象。检查调节器活动触点是否烧蚀或有无氧化物，活动触点臂与铁芯间间 隙及弹簧拉力是否符合技术要求；调节器接线有无松动现象。发现异常现象应及时修 复。发动机在中速以上运转时，接通前照灯，若电流仍显示充电，为充电系统技术状 况良好；若电源表显示放电，为充电电流过小故障，应予检修。 3.1.3 充电电流过大 汽车电流表指针偏转到最大充电电流位置；若夜间行车，发动机转速高时，就会 出现照明和仪表指示灯特别亮。灯泡容易烧毁，分电器触点烧蚀，蓄电池电解液消耗 过快。首先检查调节器火线与磁场两接线柱导线是否接错，活动触点是否烧蚀或粘合 于常闭状态。检查调节器时，可拆下磁场接线，若充电电流明显减小，为调节器故障， 可能是低速触点烧结分不开，线圈有断路等，若充电电流仍然很大，可能是磁场接线 和电枢接线有短路。首先检查是否因蓄电池内部短路和严重亏电而引起充电电流过大 应予检修。 3.1.4 充电电流不稳 在发动机怠速以上转速运转时，电流表指针左右摆动，显示间歇充电(有时充电有 时又不充电的现象)，一般为发电机的端电压不稳定。首先应检查各连接线头是否松动 和接触不良；皮带是否过松以及蓄电池的极桩有无松动。若无异常再检查调节器触点 是否烧蚀、脏污，线圈或电阻有无接触不良、断路等；仍无异常，则应拆检发电机内 部的技术状况，并逐项修复。发电机中速以上运转时，电流表指示充电，但指针不断 左右摆动，充电电流时大时小，应予检修。 3.1.5 发电机不发电 发电机不发电的主要原因是：整流二极管击穿短路或断路；激磁绕组短路或断路； 三相定子绕组相问短路或搭铁；转子滑环严重氧化脏污，炭刷架损坏或炭刷在刷架中 卡住。 3.2 发电机的常规维护 3.2.1 交流发电机与调节器的使用注意事项 交流发电机与调节器的结构简单，维护方便，若正确使用，不仅故障少而且寿命 长；若使用不当，则会很快损坏。因此在使用和维护中应注意以下几点： 1 蓄电池的极性必须是负极搭铁，不能接反。否则，会烧坏发电机或调节器的 电子元件； 2 发电机运转时，不能用试火的方法检查发电机是否发电，否则会烧坏二极管； 3 整流器和定子绕组连接时，禁止用兆欧表或 220V 交流电源检查发电机的绝 缘情况； 4 发电机与蓄电池之间的连接要牢靠，如突然断开，会产生过电压损坏发电机 或调节器的电子元件； 5 一旦发现交流发电机或调节器有故障应立即检修，及时排除故障，不应再连 续运转； 6 为交流发电机配用调节器时，交流发电机的电压等级必须与调节器电压等级 相同，交流发电机的搭铁类型必须与调节器搭铁类型相同，调节器的功率不得小于发 电机的功率，否则系统不能正常工作； 7 线路连接必须正确，目前各种车型调节器的安装位置及接线方式各不相同， 故接线时要特别注意； 8 调节器必须受点火开关控制，发电机停止转动时，应将点火开关断开，否则 会使发电机的磁场电路一直处于接通状态，不但会烧坏磁场线圈，而且会引起蓄电池 亏电。 3.2.2 交流发电机与调节器的维护 交流发电机在使用中，应定期进行以下检查： 1查发电机驱动带 （1）检查驱动带的外观：用肉眼观看应无裂纹或磨损现象， 如有则应更换。 （2）检查驱动带的挠度：用 100N 的力压在带的两个传动轮之间，新 带挠度约为 510mm,旧带约为 714mm。 2检查导线的联接（1）接线是否正确；（2）接线是否牢靠；（3）发电机输出 端接线螺丝必须加弹簧垫。 3检查运转时有无噪声。 4检查是否发电 （1）观察充电指示灯的熄灭情况：若充电指示灯一直亮着，说 明发电机或调节器有故障，也可能是充电指示灯线路有故障，应及时维修。 （2）用万 用表直流电压档测量电压：在发电机未转动时测量蓄电池端电压，并记录下来，起动 发动机并将转速提高到怠速以上转速，测量蓄电池端电压，若能高于原记录，说明发 电机能发电，若测量电压一直不上升，说明发电机或调节器有故障，应及时维修。 5当发现发电机或调节器有故障需要从车上拆下检修时，首先关断点火开关及一 切用电设备，拆下蓄电池负极电缆线，再拆卸发电机上的导线接头。 第四章 充电系统的故障事例分析 4.1 故障事例一 故障现象： 一辆天津夏利 TJ7100U 型轿车，行车中灯泡经常烧坏，7 天就要更换一次。 故障原因分析与检修： 使用中，灯泡经常烧坏，多半是由于发电机端电压过高，调节器损坏失去电压调 节作用、造成输出电压过高，使灯泡负荷过大所致。使发动机以 2000rrain 的转速运 转，用万用表电压挡测量输出电压，其最高电压值为 l6V。 换装一只新电压调节器再试，最高输出电压为 14.6V，属正常范围。运行数月， 没有再出现烧坏灯泡现象，故障排除。 4.2 故障实例二 故障现象：一辆捷达轿车，起动发动机后，充电指示灯稍微发亮。 故障原因分析与检修： 捷达轿车采有的是整体式硅整流发电机，电压调节器采用的是内装式集成电路 Ic 调节器，并用充电指示灯指示蓄电池的充、放电状态：发电机正常工作时，指标灯熄 灭。行车时，充电指示灯常亮不灭表明充电系统有故障。 其常见原因是：个别激磁二极管断路损坏， “D+”端电压下降，在发电机的“B+” 端与“D+”端形成电位差；内装 IC 调节器性能不良，激磁电流减小，发电机输出电压 下降；激磁绕组局部短路或激磁回路接触电阻增大，磁场强度下降；发电机驱动皮带 过松或打滑，发电机转速下降。检查时，在“B+”与“D+”接柱间连接一只电流表， 测得静态激磁电流为 2.6A，较正常值略低。取下电流表，起动发电机，测量发电机 “B+”端及“D+”端电压，其电压值为 12.7v 提高发动机转速，查看电压表，结果 “B+”端及“D+”端电压同时升高，表明故障在发电机内部。 从车上拆下发电机并进行解体检查，发现有一只炭刷的连线已经断开。更换新炭 刷，修复后装车再试，故障排除。 4.3 故障实例三 故障现象: 一辆猎豹牌轻型吉普车，行车中发电机有时不发电。 故障原因分析与检修: 首先检查发电机与电压调节器外部连接线路，没发现松动或接触不良之处。起动 发动机，用手拉动发电机与调节器各连接导线试验，也没有不良反应，表明外部线路 连接正常。 据驾驶员介绍，故障大多在夜间长途行车中出现，停车冷却一段时间后，故障就 自然消失。据此怀疑该故障可能是由于发电机或电压调节器热态性能不良所引起。 于是，让发动机运转一段时间，使发电机和调节器温度升高，查看发电机是否不发电， 但故障绐终也没有再出现。 由于上述试验，是在发动机空载状况下进行的，而且发电机负荷较小，因此，又 想到此故障很可能与发电机负荷(即输出功率)有关。为了证实上述判断，打开车上所 有用电设备，进行行车试验。车辆行驶一段时间后，故障果然出现：发电机输出电流 几乎为零，仪表板上的充电指示灯不断闪烁，即发电机处于不发电状态迅速关掉大功 率用电设备检查，发现发电机又恢复了正常状态据判断，该故障可能与电压调节器性 能不良有关为控制发电机激磁电流，调节器的大功率三极管始终工作在高速通断状态， 如果开关管有故障而无法提供工作电流，就会造成发电机不发电可是，更换电压调节 器后试验，故障仍未排除。 由于故障仅在发电机高速运转时偶尔出现，则故障必然出自发电机内部，其原因： 一是发电机内部有接触不良之处；二是个别二极管反向漏电。对于第一种情况，经解 体检查，并未发现有可疑之处。对于第二种情况，用万用表电阻挡检查，报难做出准 确判断。最后，用可调直流电源，分别对每个整流二极管施加 220v 反向直流电压，并 用毫安表(50rnA)检查漏电电流。结果发现，整流元件板上的一个二极管有很明显的漏 电现象，并且反向电压越高，漏电电流越大。更换整流二极管后，再装车进行路试， 故障排除。 4.4 故障实例四 故障现象: 一辆猎豹牌轻型吉普车，接通点火开关后，充电指示灯不亮，发动机 运转时，发电机不发电。 故障原因分析与检修： 首先检查电压调节器，发现“+”接柱与“f”接柱间开路损坏。接通点火开关， 检查电压调节器“+”接柱电压为 0V。再查，充电指示灯灯泡已烧坏，同时，还发现 仪表板上烧坏了部分电器元件。显然,部分电器元件受损，