项目充电系统故障诊断与修复

汽车电路与电气系统故障诊断与修复项目三

充电系统故障诊断与修复目录3.1交流发电机

3.2交流发电机的维护与检测

3.3车载电能管理系统问题：汽车上已经有蓄电池了，为什么还要装发电机？3.1交流发电机3.1交流发电机3.1.1发电机的作用、型号和分类3.1.2交流发电机的基本结构3.1.3交流发电机的发电原理3.1.4交流发电机的整流原理3.1.5交流发电机的调压原理发电机在发动机上的安装位置

交流发电机是汽车的主要电源，通常安装在发动机左侧偏下的位置，如图所示。发电机由曲轴通过皮带驱动转子运转，从而发电。1.发电机的作用

交流发电机主要任务是在发动机正常运转时向所有的用电设备（起动机除外）供电，同时向蓄电池充电。

交流发电机必须配装电压调节器一起工作，以保证在发动机转速变化时，发电机的输出电压保持恒定，以满足汽车电器的需求。发电机1.发电机的作用JF产品代号：JF—表示普通交流发电机JFZ—表示整体式交流发电机JFB—表示带泵交流发电机JFW—表示无刷交流发电机JFY—表示永磁交流发电机电压等级代号：1—表示12V系统2—表示24V系统6—表示6V系统QC/T73-1993《汽车电气设备产品型号编制方法》中规定，发电机的型号为：产品代号电压等级代号2.发电机的型号电流等级代号123456789发电机额定电流(A)~1920~2930~3940~4950~5960~6970~7980~89≥90变形代号：从驱动端看调整臂的位置，Z—左侧Y—右侧

无字母—在中间例：JFZ1913Z表示额定电压12V，额定电流≥90A，左调整臂的整体式交流发电机。电流等级代号：QC/T73-1993《汽车电气设备产品型号编制方法》中规定，发电机的型号为：JF产品代号电压等级代号电流等级代号设计序号变形代号2.发电机的型号(1)按总体结构分普通交流发电机

如：JF132整体式交流发电机

如：JFZ2743带泵交流发电机

如：JFB168D无刷交流发电机

如：JFW152永磁交流发电机

如：JFY161ZJFB168DJF132JFZ2743JFW1523.发电机的分类（3）按整流器结构划分六管交流发电机

八管交流发电机

九管交流发电机

十一管交流发电机

（2）按磁场绕组搭铁形式划分内搭铁型交流发电机外搭铁型交流发电机（4）按冷却方式划分风冷式交流发电机水冷式交流发电机风冷式交流发电机水冷式交流发电机（宝马）3.发电机的分类目前汽车上装备的交流发电机，结构基本相同。主要由转子、定子、整流器、电刷组件、电压调节器、端盖、风扇和带轮等组成。交流发电机的转子主要由两块爪极、磁轭及磁场绕组、滑环及轴等组成。两块爪极被压装在转轴上且内腔装有绕有磁场绕组的磁轭，磁场绕组两端的引线分别焊在与轴绝缘的两个滑环上，两个电刷通过弹簧力使其与滑环保持接触。发电机转子组成1.转子转子的作用是用来建立旋转的磁场。当发电机工作时，两电刷与直流电源连通，向磁场绕组提供定向电流并产生磁通，使两块爪极分别被磁化为N极和S极，从而形成犬牙交错的磁极对。由于爪极凸缘的外形极像鸟嘴，故当发电机工作时，可在定子铁芯内部形成近似正弦变化的交变磁场。励磁电路原理图用电刷、滑环导入激磁电流转子磁场的磁力线分布1.转子定子由定子铁芯和三相定子绕组组成，用来产生交流电。定子铁芯一般由一组相互绝缘且内圆带槽的环状硅钢片叠成，铁芯槽内嵌有三相对称、且彼此间隔120°电角度的绕组。工作时，在三相绕组中将产生同幅、同频、且相位相差120°的对称的正弦交流电压。

定子铁芯定子三相交流电波形2.定子定子绕组连接方式三相绕组的连接方法可分星形接法及三角形接法，如图所示。2.定子作用：将定子内产生的交流电转变成直流电对外输出。组成：由2块相互绝缘的铝合金散热板和压装（或焊装）在散热板上的6~11只整流二极管构成。3.整流器整流二极管的连接方式：正二极管负二极管B+EF1F2中性点二极管N磁场二极管D+3.整流器作用：将电源通过滑环引入磁场绕组给磁场绕组供电。组成：电刷组件由电刷、电刷架和电刷弹簧组成。类型：目前国产交流发电机的电刷架有外装式和内装式两种结构。电刷与弹簧外装式电刷组件内装式电刷组件4.电刷组件发电机的搭铁类型：4.电刷组件电刷与滑环工作时会由于相对运动产生磨损，为解决这个问题，产生了无刷交流发电机，其结构如图所示。无刷交流发电机在转子轴上压装有磁轭及一块爪极，另一块爪极中间加工成一个较大的圆孔，两块爪极由非导磁材料焊接在一起，磁轭托架固定在一侧端盖上，磁轭托架上绕有磁场绕组之后深入爪极的空腔中。爪极式无刷交流发电机无刷交流发电机4.电刷组件与普通发电机相比，无刷交流发电机磁路中增加了2个气隙，因此相同发电机输出功率的条件下需增大励磁电流。当给磁场绕组通电时，爪极被磁化，形成旋转的磁场，其磁路如图所示。爪极式无刷交流发电机的磁路无刷交流发电机4.电刷组件当发电机转速变化时，电压调节器通过控制发电机的激磁电流来调节磁场的强弱，从而使发电机的输出电压U保持恒定不变，以满足用电设备的需要。集成电路式电压调节器晶体管式电压调节器5.电压调节器前、后端盖起着支撑转子、定子、整流器和电刷组件的作用，一般由铝合金铸造，即可防止漏磁，又有良好的散热性。6.端盖发电机的前端装有皮带轮，其后面装有叶片式风扇，前后端盖上分别有出风口和进风口。当发动机的曲轴驱动皮带轮旋转时，可使空气高速流经发电机内部进行冷却。皮带轮发电机风扇7.风扇和带轮（b）双向轴向进风、径向排风(桑塔纳2000轿车的交流发电机)

发电机的通风（a）单面轴向通风7.风扇和带轮右手定则交流发电机采用电磁感应原理来发电。交流发电机

当给旋转的磁场绕组通电时，则形成一个旋转的运动的磁场，如图所示，其磁路为：N极磁极→定子铁芯→S极磁极→磁轭→N极磁极。交流发电机的磁路1.磁场的形成交流发电机的磁路2.交流电的产生当转子旋转时，三相定子绕组的有效边将切割磁力线，从而在定子绕组中产生交流感生电动势。车用交流发电机定子铁芯上绕有彼此间隔120°电角度的三只绕组，当磁场旋转时，三相绕组内就产生同频、同幅、相位互差120°的正弦交流电，波形如图所示。三相绕组电压波形3.交流电的波形三相交流电动势表达式Eф－每相电动势的有效值

当交流发电机结构一定时，Eф和发电机转速、磁通成正比。交流电的表达式

－电角速度Ce—电机常数φ—每极磁通N—发电机的转速式中:

3.交流电的波形整流器

交流发电机的整流是利用二极管的单向导电性，通过6-11只二极管组成的三相桥式全波整流电路实现的。交流发电机1.二极管的导通原则：

+2V+8V+5V-3V-7V-9V负二极管正二极管D1D3D5D2D4D6+7.3V-8.3V当给二极管加正向电压时二极管导通，加反向电压时则截止。当3只二极管的负极端连接在一起时，称为正二极管，其正极电位最高者导通。当3只二极管的正极端连接在一起时，称为负二极管，其负极电位最低者导通。2.整流过程分析：0～t1时段

三相桥式整流电路的特点是每个时刻导通的二极管有两个，即该时刻正极电位最高的正二极管和负极电位最低的负二极管导通。

在

0~t1

时段内，W相电压最高，与其相连的正二极管VD5导通，V相电压最低，与其相连的负二极管VD4导通，其余二极管截止。W、V相绕组电压叠加后向负载供电。电流方向如下图所示。交流发电机三相电动势波形及整流后波形

0～t1时段电流方向

t1~t2时段内，U相电压最高，V相电压最低，此时VD1、VD4导通，其余二极管截止。U、V相绕组电压叠加后向负载供电，如右下图所示。

三相桥式整流电路中的二极管依次导通，即在负载两端得到一个比较平稳的脉动电压。2.整流过程分析：t1～t2时段

交流发电机三相电动势波形及整流后波形

t1～t2时段电流方向由于交流发电机的转子是由发动机通过皮带驱动旋转的，因此发电机的转速变化范围非常大，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。1.为什么要调压？

由上式可知，交流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。因此，基本的调压方法是：当发电机转速变化时，电压调节器通过改变励磁电流的大小来控制发电机的输出电压UB保持不变。2.调压的基本方法

定子绕组内感生电动势有效值

由于交流发电机有内搭铁、外搭铁之分，调节器也有内搭铁、外搭铁之分，如图所示。使用过程中，发电机和调节器的搭铁类型必须相同，否则发电机将由于励磁电路不通而不能正常工作。外搭铁型电压调节器基本电路内搭铁型电压调节器基本电路3.电压调节器的类型外搭铁型电压调节器基本电路(1)闭合SW，发电机不转或转速较低，U发电机＜U蓄电池时，VT1截止，VT2导通，发电机他励。4.调压过程分析外搭铁型电压调节器基本电路(2)升高转速，当U蓄电池＜U发电机＜U2时，VT1仍然截止，VT2继续导通，发电机自励，同时对蓄电池充电。4.调压过程分析外搭铁型电压调节器基本电路(3)当U发电机

升高至调节器调节上限U2时，VS、VT1导通，VT2截止，磁场电流被切断，发电机电压下降。4.调压过程分析当发电机转速发生变化时，VT2交替截止、导通，周而复始。由于三极管VT2的开关频率很高，所以发电机的输出电压UB波动非常小，再加上电容的滤波，从而使发电机输出稳定的电压。4.调压过程分析3.2交流发电机的维护与检测3.2.1充电系统典型电路分析2011年别克君威轿车充电系统电路2011年别克君威轿车充电系统电路3.3车载电能管理系统问题：为什么要进行电能的管理？

现代电控汽车安装的用电设备越来越多，耗电量也越来越大。另外，即便在发动机熄火期间，电子控制单元、电子防盗系统以及电子时钟等仍然需要蓄电池提供电能，因此现代汽车对整车电能的管理和控制提出了非常高的要求。为确保全车电能供应，保证汽车能够顺利启动和正常使用，又降低燃油消耗，现代电控汽车装备了新型的电能管理系统。速腾轿车中央电器控制单元(1)全面监测蓄电池各项参数:充放电的电流、端电压、电容量、电解液温度等。(2)保证蓄电池至少具备能起动发动机的电容量，对用电负荷采取分级放电管理方式。(3)实现最佳充电，提高整车的燃油经济性，如当蓄电池电压较低时调节发动机怠速转速，高效控制发电机的输出电压。(4)在延长蓄电池寿命前提下，根据蓄电池充电状态和电解液的温度，控制合理充电电流，实现蓄电池的快速充电。(5)在仪表盘上即时发出蓄电池诊断和监控等信息，以及时提醒驾驶人。1.电源管理系统的主要功能2.车载电能管理系统基本原理：G3～发动机控制模块（ECM)车身控制模块（BCM)硅整流发电机电流传感器端电压检测交流相电压检测磁场电流占空比控制向外供电电源管理系统基本电路（1）监控蓄电池的性能参数放电电流(I)、端电压(V)、电解液温度(T)、电容量以及充电电流等（2）车载电能管理系统对发电机的控制如果ECM监测到蓄电池的电压过低，会自动提高发动机的转速，以此来提高发电机的输出电压，为蓄电池提供足够的电量。车载电能管理系统对发电机的控制，主要通过控制进入励磁线圈电流的占空比，调节励磁电流的大小，从而控制发电机的输出电压。（3）车载电能管理系统对用电设备的弃用和集中控制车载电能管理系统对用电负荷采取分级放电管理方式，当检测到蓄电池的容量小于一定值时，系统将采取“弃用集中控制”方式，适时关闭可以暂时停用的舒适系统的用电，保证蓄电池至少具备启动发动机的电量，满足车辆急加速工况的需求，从而提高整车的燃油经济性。（4）车载电能管理系统的其他控制控制发动机的启动/停止系统，如果蓄电池的SOC(荷电状态)值显示蓄电池的电量不足，使发动机的智能启动/停止系统暂时不工作。在仪表盘上即时显示对电源(蓄电池和发电机)系统的诊断和监控信息，以提醒相关人员注意。2.车载电能管理系统基本原理：一汽大众速腾轿车车载电网管理系统中央电器控制单元J5193.速腾轿车车载电网管理系统组成中央电器控制单元J519实现电能管理的功能电路主要管理功能用电负荷管理外部灯光控制及灯光缺陷的检测内部灯光的控制后风窗加热控制舒适灯光控制（离家、回家功能）转向信号控制供电端子控制（30、15、75）燃油泵预工作控制照明指示灯的控制（58d）发电机励磁功能雨刷电机3.速