项目3汽车交流发电机的认知与检修

1、任务任务3.1 汽车交流发电机的结构造与原理认知汽车交流发电机的结构造与原理认知任务任务3 .2 电压调节器电压调节器任务任务3.3 充电系故障检修充电系故障检修项目项目3 3、汽车交流发电机的认知与检修、汽车交流发电机的认知与检修随时间按正弦规律变化的电压、随时间按正弦规律变化的电压、电流称为正弦电压和正弦电流。电流称为正弦电压和正弦电流。表达式为：表达式为：概念概念任务任务3.1：交流发电机的结构与原理认知：交流发电机的结构与原理认知tIitUutEesinsinsinmmm式中, 小写字母e、u、 i是这些量的瞬时值。 以正弦电流为例以正弦电流为例)sin(0tIim振幅振幅 角频率角频

2、率振幅振幅Im、角频率、角频率和初相和初相0称为正弦量的的称为正弦量的的三要素。三要素。相位相位初相角初相角: 简称简称初相初相itOImi波形波形瞬时值正弦交流电正弦交流电：正弦量完整变化一周所需要的时间正弦量完整变化一周所需要的时间周期与频率的关系：周期与频率的关系：Tf1幅值：幅值：瞬时值中的最大值，又称最大值或峰值瞬时值中的最大值，又称最大值或峰值。正弦交流电正弦交流电：正弦量在单位时间内变化的周数正弦量在单位时间内变化的周数我国电能规定我国电能规定：频率频率f50Hz：正弦量单位时间内变化的弧度数正弦量单位时间内变化的弧度数角频率与周期及频率的关系：角频率与周期及频率的关系：fT22

3、正弦交流电正弦交流电0，u 与与 i 同同相相。 0，u 超超前前 i，或或 i 滞滞后后 u。 ，u 与与 i 反反相相。 2，u 与与 i 正正交交。 (a) u 与 i 同相 (b) u 超前 iu、itOuiu、itOuiu、itOuiu、itOui(c) u 与 i 反相 (d) u 与 i 正交正弦交流电正弦交流电：正弦量的最大值：正弦量的最大值：让周期电流让周期电流i和直流电流和直流电流I分别通分别通过两个阻值相等的电阻过两个阻值相等的电阻R，如果在相同的时间，如果在相同的时间T内，内，两个电阻消耗的能量相等，则称该直流电流两个电阻消耗的能量相等，则称该直流电流I的值为的值为周期

4、电流周期电流i的有效值的有效值。根据有效值的定义有根据有效值的定义有： 周期电流的周期电流的有效值为有效值为：mm02I707.02I1TdtTIiTRdtiRTI022正弦交流电正弦交流电)sin()(imtIti对于正弦电流对于正弦电流:IIdttIImmTimT707.02)(sin0221所以所以为：为：同理同理：mmUUU707. 02所有交流用电设备铭牌上标注的所有交流用电设备铭牌上标注的额额定电压定电压、额定电流额定电流都是都是有效值有效值、交交流电表流电表和和电压表电压表的刻度也是的刻度也是有效值有效值正弦交流电正弦交流电三相交流电源三相交流电源由由3个个、的正弦电压的正弦电压

5、源所构成的电源称为源所构成的电源称为。由三相电源供电的电路由三相电源供电的电路称为称为。三相电源由三相交流发电机三相电源由三相交流发电机产生的。在三相交流发电机产生的。在三相交流发电机中有中有3个相同的绕组。个相同的绕组。正弦交流电正弦交流电 定义：定义：1.端线端线 2.中性线中性线 3.星形联接星形联接三相四线制：由三根端线和一根三相四线制：由三根端线和一根中性线组成的供电方式。中性线组成的供电方式。三相三线制：只用三根端线制组三相三线制：只用三根端线制组成的供电方式成的供电方式正弦交流电正弦交流电)120sin(2)120sin(2sin2VtUutUutUupWppU t u uU u

6、V uW O 1 2 0 1 2 0 1 2 0 UU WU VU (a) 波 形 图 (b ) 相 量 图 三个电压三个电压 同幅值同幅值 同频率同频率相相位互差位互差120 三个电压达最大值的先后次序叫三个电压达最大值的先后次序叫，图示相序图示相序为为UVW正弦交流电正弦交流电三相电源的星形连接三相电源的星形连接：3个末端连接在一起个末端连接在一起引出中线，由引出中线，由3个首端引出个首端引出3条条火线。火线。 WU VU + UU + + U N V W 每个每个电源电源的电压称为的电压称为火线间电压称为火线间电压称为。正弦交流电正弦交流电可见，三个线电压幅值相可见，三个线电压幅值相同，

7、频率同，频率 相同，相位相相同，相位相120 三相电源的三角形连接三相电源的三角形连接 WU UU + VU + + U V W 此种接法如一相接反，此种接法如一相接反，将造成严重后果。将造成严重后果。plUU ：将三相：将三相绕组的首、末端依次绕组的首、末端依次相连，从相连，从3个点引出个点引出3条火线条火线。正弦交流电正弦交流电对称三相电源的产生对称三相电源的产生通常由三相同步发电机通常由三相同步发电机产生，三相绕组在空间互差产生，三相绕组在空间互差120，当转子以均匀角速当转子以均匀角速度度 转动时，在三相绕组中转动时，在三相绕组中产生感应电压，从而形成对产生感应电压，从而形成对称三相电

8、源。称三相电源。NSI AZBXCY三相同步发电机示意图三相同步发电机示意图正弦交流电正弦交流电正序正序(顺序顺序)：ABCA负序负序(逆序逆序)：ACBAABC相序的实际意义：对三相电动机，如果相序反了，就会反转。相序的实际意义：对三相电动机，如果相序反了，就会反转。以后如果不加说明，一般都认为是正相序。以后如果不加说明，一般都认为是正相序。DABC123DACB123正转正转反转反转对称三相电源的相序对称三相电源的相序ABC三相电源中各相电源经过同一值三相电源中各相电源经过同一值( (如最大值如最大值) )的先后顺序的先后顺序正弦交流电正弦交流电把三个绕组的末端把三个绕组的末端 X, Y,

9、 Z 接在一起，把始端接在一起，把始端 A,B,C 引出来引出来+ANX+BY+CZA UB UC UA+X+BCYZABCNA UB UC UBA UBC UCA UA IB IC I X, Y, Z 接在一起的点称为接在一起的点称为Y联接对称三联接对称三相电源的中性点，用相电源的中性点，用N表示。表示。星形联接星形联接( (Y联联接接) )正弦交流电正弦交流电三角形联接三角形联接( ( 联联接接) )+AXBYCZA UB UC U+A+X+BCYZABCB UC UA UBA UBC UA IB IC ICA U三角形联接的对称三相电源没有中点。三角形联接的对称三相电源没有中点。三个绕组

10、始末端顺序相接。三个绕组始末端顺序相接。正弦交流电正弦交流电名名词词介介绍：绍：(1) (1) 端线端线( (火线火线) )：始端：始端A, B, C 三端引出线。三端引出线。(2) (2) 中线：中性点中线：中性点N引出线，引出线， 接无中线。接无中线。(3) (3) 三相三线制与三相四线制。三相三线制与三相四线制。(5) (5) 相电压：每相电源的电压。相电压：每相电源的电压。(4) (4) 线电压：端线与端线之间的电压。线电压：端线与端线之间的电压。CACB BA, UUUCBA,UUUA+X+BCYZABCB UC UAUBA UBC UA IB IC ICA UA+X+BCYZABC

11、NA UB UC UBA UBC UCA UA IB IC I正弦交流电正弦交流电 三相电路的负载由三部分组成，其中每一部分叫做一三相电路的负载由三部分组成，其中每一部分叫做一相负载，三相负载也有星型和三角形二种联接方式。相负载，三相负载也有星型和三角形二种联接方式。ABCNA IB IC IN IZAZCZBABCA IB IC IZBCZCAZABab Ibc Ica I星形联接星形联接三角形联接三角形联接CABCABCBAZZZZZZ , 当称三相对称负载称三相对称负载正弦交流电正弦交流电负载的相电压：每相负载上的电压。负载的相电压：每相负载上的电压。,NCNBNAUUU线电流：流过端线

12、的电流。线电流：流过端线的电流。CBAIII,相电流：流过每相负载的电流。相电流：流过每相负载的电流。cabcabIII,abINAUNAUABCNAIB IC IN IZAZCZBABCA IB IC IZBCZCAZABab Ibc Ica I负载的线电压：负载端线间的电压。负载的线电压：负载端线间的电压。,ACCBBAUUU正弦交流电正弦交流电三相电路三相电路 三相电路就是由对称三相电源和三相负载联接起来所三相电路就是由对称三相电源和三相负载联接起来所组成的系统。工程上根据实际需要可以组成：组成的系统。工程上根据实际需要可以组成：电源电源YY负载负载电源电源Y负载负载当组成三相电路的电源

13、和负载都对称时，称对称三相电路当组成三相电路的电源和负载都对称时，称对称三相电路正弦交流电正弦交流电1. Y联接联接11.2 11.2 对称三相电源线电压（电流）对称三相电源线电压（电流） 与相电压（电流）的关系与相电压（电流）的关系oCCNoBBNoANA120 120 0 UUUUUUUUU设设oooNACNCAoooCNNBCBoooBNNABA150301209031201203031200 UUUUUUUUUUUUUUUUUUA+X+BCYZABCNA UB UC UBA UBC UCA UA IB IC IBNU 利用相量图得到相电压和线电压之间的关系：利用相量图得到相电压和线电压

14、之间的关系：线电压对称线电压对称( (大小相等，大小相等，相位互差相位互差120120o o) )一般表示为：一般表示为：BA U30oNA UBN UCN U30o30oBC UCA UNA UBN UCN UBA UBC UCA Uo CNCAo BNCBo ANBA303303303 UUUUUU对对Y接法的接法的对称三相电源对称三相电源 所谓的所谓的“对应对应”：对应相电压用线电压的：对应相电压用线电压的 第一个下标字母标出。第一个下标字母标出。(1) 相电压对称，则线电压也对称。相电压对称，则线电压也对称。(3) 线电压相位领先对应相电压线电压相位领先对应相电压30o。 .3 ,3

15、)2(plUU 即即倍倍的的线电压大小等于相电压线电压大小等于相电压CNCABNC BANB A UUUUUU结论结论2. 联联接接oCoBoA120 120 0 UUUUUU设设oCCAoBCBoABA1201200 UUUUUUUUU即线电压等于对应的相电压。即线电压等于对应的相电压。A+X+BCYZABCB UC UA UBA UBC UA IB IC ICA U 以上关于线电压和相电压的关系也适用于对称以上关于线电压和相电压的关系也适用于对称星型负载和三角型负载。星型负载和三角型负载。 当将一组三相电源连成三角形时，当将一组三相电源连成三角形时，应先不完全闭合，留下一个开口，在开口应先

16、不完全闭合，留下一个开口，在开口处接上一个交流电压表，测量回路中总的处接上一个交流电压表，测量回路中总的电压是否为零。如果电压为零，说明连接电压是否为零。如果电压为零，说明连接正确，然后再把开口处接在一起。正确，然后再把开口处接在一起。VV型接法的电源：若将型接法的电源：若将 接的三相电源去掉一相，则线电压接的三相电源去掉一相，则线电压仍为对称三相电源。仍为对称三相电源。+ABCB UA UBA UBC UCA UABCA UB U+相电流和线电流的关系相电流和线电流的关系A+BCABCNA UB UC UA IB IC IABCNA IB IC IN IZZZ星型联接时，线电流等于相电流。星

17、型联接时，线电流等于相电流。结论结论ABCA IB IC IZZZab Ibc Ica IZUZUINANAA 33/ABCA IB IC IZ/3Z/3Z/3N0030330)3(3 ZUZUBABA0303 abI结论结论( (2 2) )线电线电流流相位相位滞后滞后对应相电对应相电流流30o。 . ,3 )(plII31 即即倍倍的的线线电电流流大大小小等等于于相相电电流流联接的对称电路：联接的对称电路：关于零线的结论关于零线的结论 负载不对称而又没有中线时，负载上可能得到大小不等的电负载不对称而又没有中线时，负载上可能得到大小不等的电压，有的超过用电设备的额定电压，有的达不到额定电压，

18、都压，有的超过用电设备的额定电压，有的达不到额定电压，都不能正常工作。比如，不能正常工作。比如，照明电路中各相负载不能保证完全对称，照明电路中各相负载不能保证完全对称，所以绝对不能采用三相三相制供电，而且必须保证零线可靠。所以绝对不能采用三相三相制供电，而且必须保证零线可靠。 中线的作用在于，使星形连接的不对称负载得到相等的相中线的作用在于，使星形连接的不对称负载得到相等的相电压。为了确保零线在运行中不断开，其上不允许接保险丝也电压。为了确保零线在运行中不断开，其上不允许接保险丝也不允许接刀闸。不允许接刀闸。 三相电路是由三个频率相同、振幅相同、相位彼三相电路是由三个频率相同、振幅相同、相位彼

19、此相差此相差1200的正弦电动势作为供电电源的电路。的正弦电动势作为供电电源的电路。 三相电路的优点：三相电路的优点： （1）发电方面：比单项电源可提高功率）发电方面：比单项电源可提高功率50； （2）输电方面：比单项输电节省钢材）输电方面：比单项输电节省钢材25； （3）配电方面：三相变压器比单项变压器经济且便于接）配电方面：三相变压器比单项变压器经济且便于接 入负载；入负载； （4）运电设备：具有结构简单、成本低、运行可靠、维）运电设备：具有结构简单、成本低、运行可靠、维 护方便等优点。护方便等优点。 以上优点使三相电路在动力方面获得了广泛应用。以上优点使三相电路在动力方面获得了广泛应用。

20、在汽车电源系统也有广泛应用在汽车电源系统也有广泛应用新课导入 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。 它的主要作用是：当发动机电压高于蓄电池电压时，能及时向蓄电池充电，并向全车用电设备（除起动机外）直接供电。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。 1 1、交流发电机的功用、交流发电机的功用 发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动机正常运转时（怠速以上），向所有用电设备（起动机除外）供电，同时向蓄电池充电。二、交流发电机的分类二、交流发电机的分类

21、汽车用发电机可分为直流发电机和交流发电机，由于交流发电机在许多方面优于直流发电机，直流发电机已被淘汰，目前所有汽车均采用交流发电机，交流发电机按照不同的分类方法分为以下几类：1、按结总体结构分五类、按结总体结构分五类 （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 （EQ140用） （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CS144三种不同的型号）如图： （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。 （4）无刷交流发电机(不需要电

22、刷的发电机) 例JFW1913 （5）永磁交流发电机(磁极为永磁铁制成的发电机)2.按整流器结构分四类按整流器结构分四类（1）六管交流发电机 例JF1522（东风汽车用）（2）八管交流发电机 例JFZ1542（天津夏利汽车用）（3）九管交流发电机 例（日本日立、三凌、马自达汽车用）（4）十一管交流发电机 例JFZ1913Z（奥迪、桑塔纳汽车用） 3.按磁场绕组搭铁形式两分类按磁场绕组搭铁形式两分类 （1）内搭铁型交流发电机 磁场绕组的一端（负极）直接搭铁（和壳体相联） （2）外搭铁型交流发电机 磁场绕组的一端（负极）接入调节器，通过调节器后再搭铁。交流发电机主要由定子、转子、整流装置和传动散热

23、装置等部分组成，如图1发电机的外部结构、图2发电机的内部结构所示。 图 1发电机的外部结构图 2发电机的内部结构JF132JF132型交流发电机组件图见图型交流发电机组件图见图1.后端盖后端盖 2.电刷架电刷架 3.电刷电刷 4.电刷弹簧压盖电刷弹簧压盖 5.硅二极管硅二极管 6.元件元件板（散热板）板（散热板）7.转子总成转子总成 8.定子总成定子总成 9.前端盖前端盖 10.风扇风扇 11.V带轮带轮转 子转子的功用是产生旋转磁场。转子的功用是产生旋转磁场。转子由爪极、磁轭、磁场绕组、集电环、转子由爪极、磁轭、磁场绕组、集电环、转子轴组成，见图。转子轴组成，见图。转 子转子轴上压装着两块爪

24、转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有六个极，两块爪极各有六个鸟嘴形磁极鸟嘴形磁极, ,爪极空腔内爪极空腔内装有磁场绕组装有磁场绕组 ( (转子线转子线圈圈) )和磁轭。和磁轭。集电环由两个彼此绝缘集电环由两个彼此绝缘的铜环组成，集电环压的铜环组成，集电环压装在转子轴上并与轴绝装在转子轴上并与轴绝缘，两个集电环分别与缘，两个集电环分别与磁场绕组的两端相连。磁场绕组的两端相连。交流发电机磁路交流发电机的磁交流发电机的磁路为：磁轭路为：磁轭N N极极转子与定子之转子与定子之间的气隙间的气隙定子定子定子与转子间定子与转子间的气隙的气隙S S极极磁磁轭。轭。转子产生旋转磁场当两集电环通入直当两集电环通入

25、直流电时（通过电流电时（通过电刷），磁场绕组中刷），磁场绕组中就有电流通过，并就有电流通过，并产生轴向磁通，使产生轴向磁通，使爪极一块被磁化为爪极一块被磁化为N N极，另一块被磁极，另一块被磁化为化为S S极，从而形极，从而形成六对相互交错的成六对相互交错的磁极。当转子转动磁极。当转子转动时，就形成了旋转时，就形成了旋转的磁场。的磁场。定 子定子的功用是定子的功用是产生交流电。产生交流电。定子由定子铁定子由定子铁心和定子绕组心和定子绕组成。见图成。见图定 子定子铁心由内圈带槽的硅定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。线就嵌放在铁心的槽中。定子绕

26、组有三相，三相绕定子绕组有三相，三相绕组采用星形接法或三角形组采用星形接法或三角形（大功率）接法，都能产（大功率）接法，都能产生三相交流电。生三相交流电。三相绕组的必须按一定要三相绕组的必须按一定要求绕制求绕制, ,才能使之获得频率才能使之获得频率相同、幅值相等、相位互相同、幅值相等、相位互差差120120的三相电动势。的三相电动势。定子绕组 1 . 1 .每个线圈的两个有效边之间的距离应和每个线圈的两个有效边之间的距离应和一个磁极占据的空间距离相等。一个磁极占据的空间距离相等。 2 .2 .每相绕组相邻线圈始边之间的距离应每相绕组相邻线圈始边之间的距离应和一对磁极占据的距离相等或成倍数。和一

27、对磁极占据的距离相等或成倍数。 3. 3. 三相绕组的始边应相互间隔三相绕组的始边应相互间隔2+120o2+120o电电角度（一对磁极占有的空间为角度（一对磁极占有的空间为360o360o电角度）电角度）JF13交流发电机三相绕组绕制结构参数如下：结构参数如下： 磁极对数磁极对数p 6p 6对；定子槽数对；定子槽数z 36z 36槽槽定子绕组相数定子绕组相数3 3相；每个线圈匝数相；每个线圈匝数N 13N 13匝匝绕组联结方法绕组联结方法 Y Y型联结型联结交流发电机控制电路1、交流发电机的外部控制电路、交流发电机的外部控制电路2、交流发电机内部控制电路、交流发电机内部控制电路三相桥式整流电路

28、及电压波形3 3、交流发电机发电原理图、交流发电机发电原理图教学目的要求：教学目的要求： 通过教学掌握交流发电机电子电压调节器的结构，以及控制电路。 主要教学内容：主要教学内容： 1、交流发电机电子电压调节器的结构 2、交流发电机电子电压调节器的控制电路教学重点、难点：教学重点、难点： 掌握交流发电机电子电压调节器的结构，以及控制电路。任务3.2：汽车电子电压调节器检测与试验导入新课 由于交流发电机的转子是由发动机通过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皮带驱动旋转的，且发动机和交流发电机的速比为的速比为1 17 73 3，因此交流发电机转子的，因此交流发电机

29、转子的转速变化范围非常大，这样将引起发电机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。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。电压在发动机所有工况下基本保持恒定。（1）晶体管调节器随着半导体技术的发展，随着半导体技术的发展，采用了晶体管调节器。其采用了晶体管调节器。其优点是：三极管的开关频优点是：三极管的开关频率高，且不产生火花，调率高，且不产生火花，调节

30、精度高，还具有重量轻、节精度高，还具有重量轻、体积小、寿命长、可靠性体积小、寿命长、可靠性高、电波干扰小等优点，高、电波干扰小等优点，现广泛应用于东风、解放现广泛应用于东风、解放及多种中低档车型。及多种中低档车型。 （2）集成电路调节器（3）电脑控制调节器 电脑控制调节器是现在轿车采用的一种新型调节电脑控制调节器是现在轿车采用的一种新型调节器，由电负载检测仪测量系统总负载后，向发电机电器，由电负载检测仪测量系统总负载后，向发电机电脑发送信号，然后由发动机电脑控制发电机电压调节脑发送信号，然后由发动机电脑控制发电机电压调节器，适时地接通和断开磁场电路，即能可靠地保证电器，适时地接通和断开磁场电路

31、，即能可靠地保证电器系统正常工作，使蓄电池充电充足，又能减轻发动器系统正常工作，使蓄电池充电充足，又能减轻发动机负荷，提高燃料经济性。如上海别克、广州本田等机负荷，提高燃料经济性。如上海别克、广州本田等轿车发电机上使用了这种调节器。轿车发电机上使用了这种调节器。电子调节器按所匹配的交流发电机搭铁型式可电子调节器按所匹配的交流发电机搭铁型式可分为：分为： （1）内搭铁型调节器）内搭铁型调节器 （2）外搭铁型调节器）外搭铁型调节器电子电压调节器的控制电路（1 1）内搭铁式晶体管调节器基本电路内搭铁式晶体管调节器基本电路（2）内搭铁式晶体管调节器基本电路（3）外搭铁式晶体管调节器基本电路任务3.3汽

32、车充电系统的常见故障与排除1. 不充电（1）故障现象发动机以中速以上速度运转时，电流表指示不充电或充电指示灯不熄灭，或发电机端电压在 12V以下。（2）原因分析发电机传动带太松或沾油打滑。发电机励磁电路或充电线路断路。发电机有故障 a二极管击穿、短路、断路；b 定子绕组断路或搭铁；c 电刷与滑环接触不良；d 转子绕组断路。调节器有故障a 触点烧蚀、脏污、弹簧弹力过软、气隙过小；b 晶体管调节器的稳压管及小功率三极管短路，大功率三极管断路；c调节器的搭铁方式与发电机不配套。2. 充电电流过小（1）故障现象在蓄电池亏电情况下，发动机中高速运转时的充电电流很小。（2）原因分析充电线路接触不良。传动带打滑使发电机转速过低。发电机有故障。如个别二极管损坏；滑环脏污，电刷与滑环接触不良，导致励磁电流过小；定于绕组连接不良，有短路或断路故障；转子绕组局部短路，转子与定子刮碰或气隙不当。节器调节电压值过低或有故障。（3）故障诊断检查发电机传动带松紧度清除油污，检查紧固导线。 拆下发电机“B” 和“F”接线住上导线用试灯的两根导线分别连接发电机“B” 和”F”接线柱，起动发动机，逐步提高转速，查看试灯亮度。若试灯发红，且不随转速升高而增加亮度或亮度增加不明显，则为发电机内部有故障，应拆检发电机；若试灯亮度能随转速增加而增强较大，则说明发电机良好，故障在调节器。调节