学习情景3：交流发电机及调节器的检修

1、学习学习情景情景3 3：交流：交流发电发电机及机及调节调节器的器的检检修修1、交流发电机、交流发电机及调节器及调节器的结构？的结构？2、交流发电机及调节器的原理？、交流发电机及调节器的原理？3、交流发电机及调节器的检修？、交流发电机及调节器的检修？4、充电系统的电路及故障诊断？、充电系统的电路及故障诊断？u 汽车电源系统主要由蓄电池、发电机和电压调节器等组汽车电源系统主要由蓄电池、发电机和电压调节器等组成。发电机是汽车的主要电源，由发动机驱动，它在正成。发电机是汽车的主要电源，由发动机驱动，它在正常工作时，对除起动机以外的所有用电设备供电，若有常工作时，对除起动机以外的所有用电设备供电，若有过

2、余能量，再向蓄电池充电；蓄电池是辅助电源。过余能量，再向蓄电池充电；蓄电池是辅助电源。 1 1、交流发电机的结构、交流发电机的结构交流发电机是用二极管整流，输出交流发电机是用二极管整流，输出为直流的发电机。为直流的发电机。当发动机在怠速以上转速运转时，除向起动机当发动机在怠速以上转速运转时，除向起动机以外的用电系统供电，同时还向蓄电池充电。以外的用电系统供电，同时还向蓄电池充电。主要由转子总成、定子总成、整流装置、电刷、主要由转子总成、定子总成、整流装置、电刷、前前/后端盖、风扇、皮带轮等组成。后端盖、风扇、皮带轮等组成。交流发电机的结构分以下几部分: 转子转子定子定子端盖端盖整流器整流器电刷

3、组件电刷组件带轮带轮风扇风扇功能：产生旋转变化的磁场。组成：铁芯、励磁绕组、转子轴、爪极、滑环。爪极的形状（鸟嘴形）：使磁场按正弦规律分布。滑环：滑环与轴之间保持绝缘。功能：产生三相交流电。组成：铁芯、三相对称绕组（大多采用星形接法）。0 00 0定子三相绕组有两种接法定子三相绕组有两种接法 1）星形接法）星形接法 2）三角）三角形接法形接法 功能：将定子绕组产生的三相交流电变换为直流电。 组成：六只硅二极管（或8只、11只）、两个元件板。 特点： a、三只正二极管（红色）安装在元件板上，其元件板构成发电机的输出极（正极），即发电机的火线接线柱，标以“B”、“”或“A”。 b、三只负二极管（黑

4、色）安装在元件板上，其元件板构成发电机的负极，即发电机的搭铁接线柱，标以“”或“E”。 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，两块板绝缘地安置在一起，它与后端盖用尼龙或其他负整流板，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。绝缘材料制成的垫片隔开且固定在后端盖上。u前、后端盖上均有轴承座孔，用于安装转子轴承以支撑转前、后端盖上均有轴承座孔，用于安装转子轴承以

5、支撑转子。两端盖分别有挂脚，利用挂脚和调整臂将发电机安装子。两端盖分别有挂脚，利用挂脚和调整臂将发电机安装固定在发动机上，改变调整臂的固定位置可以调整传动皮固定在发动机上，改变调整臂的固定位置可以调整传动皮带的松紧程度。带的松紧程度。u前后端盖用铝合金材料制成，铝合金是非导磁材料，它既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。可以防止漏磁，又具有良好的导热性能，有利于散热。u电刷材料为石墨，电刷与电刷架的结构有内电刷材料为石墨，电刷与电刷架的结构有内装式和外装式：装式和外装式：u风扇及皮带轮：依靠风扇散热，皮带轮驱动风扇及皮带轮：依靠风扇

6、散热，皮带轮驱动外装式外装式 内装式内装式2 2、交流发电机的分类、交流发电机的分类（1 1）按磁场绕组搭铁方式分类）按磁场绕组搭铁方式分类 内搭铁型交流发电机内搭铁型交流发电机：磁场绕组的一端（负极）直接：磁场绕组的一端（负极）直接 搭搭（和壳体相联）（和壳体相联） 外搭铁型交流发电机：外搭铁型交流发电机：磁场绕组的一端（负极）接入调节磁场绕组的一端（负极）接入调节器，通过调节器后再搭铁。器，通过调节器后再搭铁。（2 2）按结构分类）按结构分类 普通交流发电机普通交流发电机 (外装电压调节器的发电机外装电压调节器的发电机) 整体式交流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

7、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和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起的发电机) 无刷交流发电机无刷交流发电机 (不需要电刷的发电机不需要电刷的发电机) 永磁交流发电机永磁交流发电机(转子磁极采用永磁材料制成的发电机转子磁极采用永磁材料制成的发电机)（3 3）按整流器结构分类）按整流器结构分类 6 6管交流发电机管交流发电机 8 8管交流发电机管交流发电机 9 9管交流发电机管交流发电机 1111管交流发电机管交流发电机 u根据中华人民共和国汽车行业标准根据中华人民共和国汽车行业标准QC/T73-93QC/T73

8、-93汽车电器设备汽车电器设备产品型号编制方法产品型号编制方法的规定，汽车交流发电机型号组成如下：的规定，汽车交流发电机型号组成如下：3 3、交流发电机的型号、交流发电机的型号例：奥迪例：奥迪100100轿车轿车JFZ1913ZJFZ1913Z型代表？型代表？u第一部分为第一部分为产品代号产品代号。JF-JF-普通交流发电机、普通交流发电机、JFZ-JFZ-整体式交整体式交流发电机、流发电机、JFB-JFB-带泵交流发电机、带泵交流发电机、JFW-JFW-无刷交流发电机。无刷交流发电机。u第二部分为第二部分为分类代号分类代号，即电压等级代号，用一位阿拉伯，即电压等级代号，用一位阿拉伯数字表示，

9、数字表示，112V112V；224V224V；66V66V。u第三部分为第三部分为电流等级代号电流等级代号，用一位阿拉伯数字表示，见，用一位阿拉伯数字表示，见表表3131。u第四部分为第四部分为设计序号设计序号，按产品设计先后顺序，用阿拉伯，按产品设计先后顺序，用阿拉伯数字表示。数字表示。 u第五部分为第五部分为变型代号变型代号，交流发电机以调整臂的位置作为，交流发电机以调整臂的位置作为变形代号。从驱动端看，变形代号。从驱动端看，Y-Y-右边，右边，Z-Z-左边，无字母表示左边，无字母表示在中间位置。在中间位置。 桑塔纳、奥迪桑塔纳、奥迪100100型轿车用型轿车用JFZ1913ZJFZ191

10、3Z型交流发电机是电型交流发电机是电压等级为压等级为12V12V，输出电流等级为，输出电流等级为 90A 90A，第，第1313次设计，次设计，调整臂在左边的整体交流发电机。调整臂在左边的整体交流发电机。1 1、交流发电机的工作原理、交流发电机的工作原理发电原理发电原理交流发电机产生交流电的基本原理是交流发电机产生交流电的基本原理是电磁感应原理：电磁感应原理： 发动机带动发电机转子旋转；电刷给转子通电（有刷通过电刷,无刷直接通电）产生旋转变化的磁场。 定子绕组与磁力线有相对的切割运动，定子绕组发生电磁感应产生交流电。 因为定子三相绕组对称绕制，从而产生频率相同、幅值相等、相位相差120度的对称

11、三相电动势。三相交流电表达式式中 Em每相电动势的最大值 E每相电动势的有效值 w 电角速度（w2f）)34sin(2)34sin()32sin(2)32sin(sin2sinwtEwtEewtEwtEewtEwtEemWmVmU2 2、交流发电机的工作原理、交流发电机的工作原理整流原理整流原理整流装置整流装置利用硅二极管利用硅二极管的单向导电性，将交流电转的单向导电性，将交流电转换成直流电的装置。换成直流电的装置。 正二极管导通原则：某一瞬间正极电位最高者优先导通 负二极管导通原则：某一瞬间负极电位最低者优先导通 整流过程分析所加两管在发电机高速时，可提高发电机的输出功率15左右。发电机中性

12、点接线柱“N”，其中性点电压 UN1/2U （U为发电机输出电压） 加装的三个二极管专门用来在自励时供给励磁绕组电流，这三个二极管还可以控制充电指示灯（省去充电指示灯继电器）。 a、作用：既指示发电机及调节器的工作情况，又可以在停车后 提醒驾驶员及时关闭点火开关，避免浪费蓄电池电能。 b、状态：励磁绕组他励，充电指示灯亮；励磁绕组自励，充电 指示灯灭。3 3、交流发电机的工作原理、交流发电机的工作原理励磁方式励磁方式励磁方式：励磁方式： （1）先他励：迅速建立磁场，便于低速充电。 （2）后自励 无刷交流发电机无刷交流发电机无刷交流发电机：是指没有电刷和滑环的交流发电机无刷交流发电机：是指没有电

13、刷和滑环的交流发电机 优点：优点：（1 1）没有电刷和滑环）没有电刷和滑环, ,不存在电刷与滑环接触不不存在电刷与滑环接触不良导致的发电不稳或不发电故障。良导致的发电不稳或不发电故障。 （2 2）工作时无火花，也减小了无线电干扰。）工作时无火花，也减小了无线电干扰。 缺点：缺点：（1 1）爪极间连接工艺困难）爪极间连接工艺困难（2 2）由于磁路中间隙加大，发电机相同输出功）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。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。应子式四种。

14、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第第3 3章章 交流发电机及电压调节器交流发电机及电压调节器汽车电气设备构造与维修汽车电气设备构造与维修2) 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爪极与轴之间有一空腔，磁轭托一空腔，磁轭托架由此深入爪极架由此深入爪极的腔内，磁轭托的腔内，磁轭托架与爪极、转子架与爪极、转子磁轭之间均留出磁轭之间均留出附加间隙

15、附加间隙g1g1和和g2g2以以便转子转动。便转子转动。第第3 3章章 交流发电机及电压调节器交流发电机及电压调节器汽车电气设备构造与维修汽车电气设备构造与维修 3) 3)爪极式无刷交流发电机的优缺点爪极式无刷交流发电机的优缺点 优点优点是：结构简单、维护工作量少，工作可靠；是：结构简单、维护工作量少，工作可靠；工作时无火花。工作时无火花。 缺点缺点是：制造工艺要求高、焊接困难；结构复杂。是：制造工艺要求高、焊接困难；结构复杂。 （2 2）感应子式无电刷交流发电机）感应子式无电刷交流发电机 感应子式无电刷交流发电机由定子、转子、整流感应子式无电刷交流发电机由定子、转子、整流器和机壳组成。它的转

16、子是由齿轮状钢片铆成，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有磁场绕组。磁场绕组和电枢绕组均安放在定子槽中，如图槽中，如图3-83-8所示。所示。 第第3 3章章 交流发电机及电压调节器交流发电机及电压调节器汽车电气设备构造与维修汽车电气设备构造与维修 当磁场绕组通人直流当磁场绕组通人直流电后，在定子铁心中电后，在定子铁心中产生固定磁场（右上产生固定磁场（右上部、左下部为部、左下部为S S极；左极；左上部、右下部为上部、右下部为N N极）。极）。由于转子由于转子4

17、4凸齿部分磁凸齿部分磁通容易通过，磁感应通容易通过，磁感应强度最大，从而形成强度最大，从而形成磁极。但转子的每个磁极。但转子的每个凸齿是没有固定极性凸齿是没有固定极性的，当它对着定子的，当它对着定子N N极极就是就是S S极，对着极，对着S S就是就是N N极。极。图3-8 感应子式无电刷交流发电机4 4、交流发电机的工作特性、交流发电机的工作特性第第2 2次次 P51P51（1 1）空载特性：）空载特性：当发电机空载运行时，发电机端电压当发电机空载运行时，发电机端电压U U和转速和转速n n之间的关系，即负载电流之间的关系，即负载电流I I=0=0时时U U = = f f（n n）的函数关

18、系，称为发电机的空载特性。的函数关系，称为发电机的空载特性。 空载特性可判定发电机空载特性可判定发电机低速充电性能是否良好低速充电性能是否良好交流发电机空载试验接线图交流发电机空载试验接线图（2 2）输出特性：）输出特性：又叫负载特性或输出电流特性。它是又叫负载特性或输出电流特性。它是指发电机向负载供电时，保持发电机输出电压恒指发电机向负载供电时，保持发电机输出电压恒定（对定（对12V12V的发电机规定为的发电机规定为14V14V，对，对24V24V的发电机规的发电机规定为定为28V28V）的情况下，发电机的输出电流）的情况下，发电机的输出电流I I与发电与发电机转速机转速n n之间的关系，即

19、之间的关系，即I = fI = f（n n）的函数关系。）的函数关系。 空载转速空载转速n1 满载转速满载转速n2自身具有限制输出电流能力自身具有限制输出电流能力额定转速或额定转速或满载转速满载转速交流发电机负载试验接线图交流发电机负载试验接线图（3 3）外特性：）外特性：当发电机转速保持一定时，发电机端电当发电机转速保持一定时，发电机端电压压U U与输出电流与输出电流I I之间的关系，即之间的关系，即n n为常数时，为常数时，U= U= f f（I I）的函数关系。）的函数关系。结论：结论：发电机转速越高，在相同电压发电机转速越高，在相同电压下其输出电流越大或相同电流下其输出电流越大或相同电

20、流下其输出电压越高；下其输出电压越高；当发电机保持在某一转速时，当发电机保持在某一转速时，随着负载即输出电流的增加，随着负载即输出电流的增加，发电机的端电压会很快下降。发电机的端电压会很快下降。当发电机输出电流增大到某定当发电机输出电流增大到某定值时，若负载再增加，其输出值时，若负载再增加，其输出电流不会增加反而下降。电流不会增加反而下降。1 1、电压调节器的功用、电压调节器的功用u由于交流发电机的转子是由发动机驱动的，因此交由于交流发电机的转子是由发动机驱动的，因此交流发电机转子的转速变化范围非常大，这样将引起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

21、汽车用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。要求，交流发电机必须配用电压调节器。u电压调节器功用：使交流发电机电压调节器功用：使交流发电机输出电压在发动机输出电压在发动机所有工况下基本保持恒定所有工况下基本保持恒定。2 2、电压调节器的类型、电压调节器的类型触点式电压调节器触点式电压调节器晶体管电压调节器晶体管电压调节器集成电路电压调节器集成电路电压调节器微机控制电压调节电路微机控制电压调节电路3 3、电压调节器的原理、电压调节器的原理（一）触点式（电磁振动式）电压

22、调节器通过改变触点闭合或断开的时间长短来改变励磁电流的平均值。 （二）晶体管式电压调节器u利用晶体管的开关特性，来控制发电机的励磁电流，利用晶体管的开关特性，来控制发电机的励磁电流，使发电机的输出电压保持恒定。使发电机的输出电压保持恒定。（1）先他励：稳压管）先他励：稳压管VS截止，截止，VT1截止，截止，VT2导通。导通。 励磁电路：蓄电池正极励磁电路：蓄电池正极点火开关点火开关三极管三极管VT2励磁绕组励磁绕组搭铁搭铁蓄电池负极。蓄电池负极。（2）后自励：发电机电压低于调压值时（略）；发电机）后自励：发电机电压低于调压值时（略）；发电机电压高于调压值时：稳压管电压高于调压值时：稳压管VS反

23、向击穿导通，反向击穿导通， VT1导通，导通，VT2截止，励磁电路切断截止，励磁电路切断。（实际上。（实际上VT2开关频开关频率很高）率很高）2PB12RUURR（1）先他励：稳压管）先他励：稳压管VS截止，截止，VT1截止，截止，VT2导通。导通。 励磁电路：蓄电池正极励磁电路：蓄电池正极点火开关点火开关励磁绕组励磁绕组三极管三极管VT2搭铁搭铁蓄电池负极。蓄电池负极。（2）后自励：发电机电压低于调压值时（略）；发电机）后自励：发电机电压低于调压值时（略）；发电机电压高于调压值时：稳压管电压高于调压值时：稳压管VS反向击穿导通，反向击穿导通， VT1导通，导通，VT2截止，励磁电路切断截止，

24、励磁电路切断。（实际上。（实际上VT2开关频开关频率很高）率很高）基本工作原理与晶体管调节器一样基本工作原理与晶体管调节器一样uIC调节器的类型 （1）蓄电池电压检测法：检测端子S检测蓄电池电压。一般大功率发电机采用这种方法。 （2）发电机电压检测法：检测端子L检测发电机电压。（三）集成电路（IC）电压调节器（1）当点火开关为ON，发动机停机时:UIG信号IC,VT1导通；Up0信号IC，VT2导通，充电指示灯亮。（2）当发电机发电且低于规定电压时： VT1导通； Up0且某值该信号IC，VT2截止，充电指示灯熄灭。(3)当发电机转速升高发电且高于调节电压时：VT1导通截止循环变化；VT2截止

25、，充电指示灯灭。(4)当磁场绕组开路时,Up信号异常IC,VT2导通,充电指示灯常亮。(5)当端子B突然脱开,UIG电位相对降低,UIG13V信号IC ,VT2导通,充电指示灯常亮:又根据Up信号IC,控制UB13.3V16.3V。图图 丰田轿车充电系统丰田轿车充电系统电路原理和集成电路调节器外部接脚位置图电路原理和集成电路调节器外部接脚位置图u该计算机以每秒400个脉冲的固定频率向磁场绕组提供电流，通过改变占空比，得到合适的励磁电流平均值。 （四）计算机控制的调压电路（1）万用表检测：测量发电机各接线柱之间 的电阻值。（2）试验台检测：做空载试验和满载试验。普通式普通式发电机发电机“F”与“

26、E”间电阻（）“B+”与“E”间电阻“N”与“E”间电阻正向（）反向（）正向（）反向（）55010-15整体式整体式发电机发电机“B+”与“E”间电阻“D+”与“E”间电阻正向（）反向（）正向（）反向（）510-151 1、拆卸、拆卸（1）拆下蓄电池负极柱上的搭铁电缆接头。）拆下蓄电池负极柱上的搭铁电缆接头。（2）拆下发电机上的导线接头或插接器接头。）拆下发电机上的导线接头或插接器接头。（3）拆下发电机固定螺栓和皮带张力调节螺栓，并松开）拆下发电机固定螺栓和皮带张力调节螺栓，并松开驱动皮带。驱动皮带。（4）取下发电机，并用干净面纱擦净发电机表面的灰尘）取下发电机，并用干净面纱擦净发电机表面的灰

27、尘和油污，以便解体检修。和油污，以便解体检修。2 2、分解、分解3 3、检查、检查（1）检查转子总成）检查转子总成a、检查滑环变脏或烧蚀的程度b、检查滑环之间是否导通c、检查滑环和转子轴之间的绝缘3 3、检查、检查（2）检查定子总成）检查定子总成a、定子绕组电阻的检查b、定子绕组与定子铁心绝缘电阻的检查（3）检查整流装置）检查整流装置（4）检查电刷情况）检查电刷情况4 4、组装、组装5 5、安装、安装1 1、晶体管电压调节器的检查、晶体管电压调节器的检查 动态模拟法：将可调直流电源与调节器按下图所示的线路动态模拟法：将可调直流电源与调节器按下图所示的线路接好，逐渐提高电源输出电压。当电压达到接

28、好，逐渐提高电源输出电压。当电压达到6V左右时，左右时，指示灯点亮。继续提高电源电压，当电压达到指示灯点亮。继续提高电源电压，当电压达到13.514.4左右时，指示灯熄灭，熄灭时的电压即为调节器的左右时，指示灯熄灭，熄灭时的电压即为调节器的调节电压，并与性能参数相比较。调节电压，并与性能参数相比较。a) 内搭铁式晶体管调节器 b) 外搭铁式晶体管调节器2 2、集成电路调节器的性能检测、集成电路调节器的性能检测集成电路电压调节器一般为内装式，也有内搭集成电路电压调节器一般为内装式，也有内搭铁和外搭铁调节器之分，外搭铁集成电路调节铁和外搭铁调节器之分，外搭铁集成电路调节器应用较多。检测前应先从发电

29、机内拆下。器应用较多。检测前应先从发电机内拆下。（1）3引线的集成电路电压调节器的检测引线的集成电路电压调节器的检测(按图按图a接好线路接好线路) （2）4引线的集成电路电压调节器的检测引线的集成电路电压调节器的检测(按图按图b接好线路接好线路) a） b）1 1、桑塔纳、桑塔纳20002000电源系统电路电源系统电路（1 1）先他励）先他励励磁电路：励磁电路：蓄电池正极P点火开关30#点火开关15#仪表盘下方的14端子连接器充电指示灯仪表盘下方的14端子连接器 A16D4T1发电机D+接线柱励磁绕组调节器搭铁蓄电池负极。（2 2）后自励）后自励励磁电路：励磁电路：D+接线柱励磁绕组调节器搭铁发电机负极。 帕萨特充电系电路帕萨特充电系电路上海别克君威上海别克君威2.5GL2.5GL、3.0GS3.0GS轿车电源系主要由交流发电机、数轿车电源系主要由交流发电机、数字调节器、动力传动系统控制模块（字调节器、动力传动系统控制模块（PCMPCM）、熔断丝等组成。）、熔断丝等组成。2 2、上海别克轿车电源系电路、上海别克轿车电源系电路图图2.72 凯越汽车电源系统电路图凯越汽车电源系统电路图丰田轿车汽车电丰田轿车汽车电源系电路是内装源系电路是内装集成电路调节器集成电路调节器（蓄电池电压检（蓄电池电压检测）整体式交流测）整体式交流发电机。发电机。3 3、丰