汽车电气设备构造与维修课件：交流发电机的结构与维修

项目三交流发电机的结构与维修活动一汽车发电机的结构与原理

汽车电源系统主要由蓄电池、发电机、电压调节器和充电状态指示装置组成，如图3-1所示。当发动机运行时，发电机为汽车上的点火、燃油喷射系统、照明、ECU等用电设备提供电能。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优点。因而被现代汽车广泛使用。

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一、汽车发电机的功用与要求（一）发电机的功用交流发电机的功用是当发动机所需电压高于蓄电池电压时，能及时向蓄电池充电，并向全车除起动机外的所有用电设备直接供电。（二）汽车对发电机的要求1、所有连接的负载要用直流电；2、即使全部的负载都接通，也需要有足够电力为蓄电池快速充电，并维持充电状态；3、要尽量在发电机的某个转速范围内保持输出电压恒定；4、质量要轻、结构紧凑、噪声低、效率高、寿命长；5、发电机要保持牢固，能承受外来的如振动、高温、剧烈温度变化、污垢、潮湿等的各种变化。二、普通交流发电机的结构与工作原理普通硅整流发电机主要由三相同步交流发电机和6只二极管组成的的三相桥式全波整流器两大部分组成；主要有转子、定子、整流器、前后端盖、风扇、皮带轮等部件，如图3-２所示。

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（一）主要组成部件结构1、转子总成功用：产生磁场结构：由转子轴、激磁绕阻、爪形磁极和滑环等组成，如图3-3所示。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。当转子转动时，就形成了旋转的磁场。

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2、定子总成

定子也叫电枢，它的功用是产生感应电动势。主要由定子铁心和定子绕组组成，如图3－４所示。

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３、风扇一般用1.5mm厚的钢板冲压而成或用铝合金铸造制成，利用半圆键装在前端盖外侧的转子轴上，紧压在皮带轮与前端盖之间。见图3-６a所示。４、皮带轮通常由铸铁或铝合金制成，分单槽和双槽两种，利用半圆键装在前端盖外侧的转子轴上，用弹簧垫片和螺母紧固。如图3-６b所示。５、前、后端盖前、后端盖用非导磁性的材料铝合金制成，它具有轻便、散热性好等优点。在后端盖上装有电刷总成。在前、后端盖上均有通风口，当它旋转后风扇能使空气高速流经发电机内部进行冷却。见图3-６cd所示。

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６、电刷总成两只电刷装在电刷架的方孔内，并在其弹簧的压力推动下与转子滑环保持良好的接触。电刷的结构有外装式和内装式两种。如图3-７所示。７、整流器

交流发电机整流器的作用是将定子绕组的产生的三相交流电整流成为直流电。整流器由6只硅整流二极管组成三相全波桥式整流电路，6只整流管分别压装（或焊装）在两块整流板上，如图3-８所示。

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（二）交流发电机工作原理交流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磁场绕组。当外电路通过电刷使磁场绕组通电时，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，而后经整流器整流为直流电输出，这就是交流发电机的工作原理，如图3-９所示。

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（三）整流原理发电机定子绕组中感应产生的是交流电,是靠6只二极管组成的三相桥式整流电路变为直流电的，如图3-9a所示。二极管具有单项导电性，当给二极管加上正向电压时，二极管导通，当给二极管加上反向电压时，二极管截止。将定子的三相绕组和6只整流二极管按电路连接，发电机的输出端B、E上就输出一个脉动直流电压，如图3-9b、c所示，这就是发电机的整流原理。1、二极管的导通原则当给二极管加上正向电压时，二极管导通，当给二极管加上反向电压时，二极管截止，当三只二极管负极端相连时，正极端电位最高者导通；当三只二极管正极端相连时，负极端电位最低者导通，如图3-10所示。

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2、整流过程分析三相桥式整流电路中二极管的依次循环导通，使得负载RL两端得到一个比较平稳的脉动直流电压。对于三个正极管子（如图３－９所示，D1、D3、D5正极和定子绕组始端相联），在某瞬时，电压最高一相的正极管导通。对于三个负极管子（如图３－９所示，D2、D4、D6负极和定子绕组始端相联），在某瞬时，电压最低一相的负极管导通。但同时导通的管子总是两个，正、负管子各一个。3、中性点电压有的发电机具有中性点接线柱，如图3-11所示，它是从三相绕组的中性点引出来的，标记为“N”。输出电压为UN，称为中性点电压。中性点电压的瞬时值是一个三次谐波电压，理论上中性点电压的平均值为发电机输出电压（平均值）的一半，即：

UN=UB/2

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4、励磁方式除了永磁式交流发电机不需要励磁以外，其他形式的交流发电机都需要励磁，因为它们的磁场都是电磁场，也就是说必须给磁场绕组通电才会有磁场产生。所谓励磁，即将电源引入到磁场绕组，使之产生磁场。交流发电机励磁两种方式：自励和他励。（１）他励在发电机转速较低时（发动机未达到怠速转速），自身不能发电。单靠微弱的剩磁产生的很小的电动势，很难克服二极管的正向电阻，需要蓄电池供给发电机励磁绕组电流，使励磁绕组产生磁场来发电。这种由蓄电池供给磁场电流发电的方式称为他励发电。如图3-13所示。（２）自励随着转速的提高（一般在发动机达到怠速时），发电机定子绕组的电动势逐渐升高并能使整流器二极管导通，当发电机的输出电压UB大于蓄电池电压时，发电机就能对外供电了。当发电机能对外供电时，就可以把自身发的电供给励磁绕组，这种自身供给磁场电流发电的方式称为自励发电。交流发电机励磁过程是先他励后自励。当发动机达到正常怠速转速时，发电机的输出电压一般高出蓄电池电压1～2V以便对蓄电池充电，此时，由发电机自励发电。不同汽车的励磁电路各不相同，但有一个共同特点是，励磁电路都必须由点火开关控制。

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（３）交流发电机励磁电路励磁绕组通过两只电刷(F和E)和外电路相连，根据电刷和外电路的连接型式不同，发电机分为内搭铁型和外搭铁型两种，如图3-14所示。

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三、交流发电机的种类1、按交流发电机的总体结构分（1）普通交流发电机。（2）整体式交流发电机。（3）带泵交流发电机。（4）无刷交流发电机。（5）永磁交流发电机。2、按整流器结构分四类（1）六管发电机。（2）八管发电机。（3）九管发电机。（4）十一管交流发电机。3、按磁场绕组的搭铁形式分为两类按磁场绕组（两只电刷引线）和发电机的联接不同，把发电机分为内搭铁型和外搭铁型两种，如图3-14所示。（1）内搭铁型发电机。（2）外搭铁型发电机。4、按冷却方式分为两类（1）风冷式交流发电机。（2）水冷式交流发电机。

项目三交流发电机的结构与维修活动一汽车发电机的结构与原理

四、交流发电机的型号根据行业标准QC/T73-93《汽车电器设备产品型号编制方法》的规定，发电机的型号由五部分组成：1、产品代号主要有四种：JF，交流发电机；JFZ，整体式交流发电机；JFB，带泵型交流发电机；JFW，无刷交流发电机。2、分类代号是电压等级代号，“1”发电机标称电压为12V；“2”发电机标称电压为24V。3、分组代号是功率等级代号，用一位阿拉伯数字表示，见表3-1。

项目三交流发电机的结构与维修活动二电压调节器

一、调节器的作用电压调节器的作用是使交流发电机输出电压在发动机所有工况下基本保持恒定。二、调节器的基本工作原理

由交流发电机的工作原理我们知道，交流发电机的输出电压正比于交流发电机的感应电动势，即U∝Eφ＝CenΦ∝CenIf，当转速升高时，Eφ增大，输出端电压U升高，当转速升高到一定值时（空载转速以上），输出端电压达到极限，要想使发电机的输出电压U不再随转速的升高而上升，只能通过减小磁通Ф来实现。又磁极磁通Ф与励磁电流If成正比，减小磁通Ф也就是减小励磁电流If。所以，交流发电机调节器的工作原理是：当交流发电机的转速升高时，调节器通过减小发电机的励磁电流If来减小磁通Ф，使发电机的输出电压U保持不变。电压调节器通过触点开闭，接通和断开磁场电路，或利用大功率三极管的导通和截止，接通和断开磁场电路，来改变磁场电流If大小。三、调节器的种类

汽车发电机用的调节器种类繁多，型号各异，一般采用整体封装型式，不可拆卸，不能维修，只能整体更换。按其结构特点和工作原理可分为触点式（电磁振动式）电压调节器和电子式调节器，常见调节器外形如图3-16所示。

1、触点式调节器

2、电子式调节器

项目三交流发电机的结构与维修活动二电压调节器

四、电子调节器工作原理

1、外搭铁式晶体管调节器工作原理图3-17所示为外搭铁型电子调节器的基本电路：它由三只电阻R1、R2、R3，两只三极管VT1、VT2，一只稳压二极管VS和一只二极管VD组成。

项目三交流发电机的结构与维修活动二电压调节器2、内搭铁式晶体管调节器工作原理内搭铁式电子调节器基本电路如图3-18所示。原理与外搭铁式类似，所不同的是晶体管采用PNP型，磁场绕组的连接和外搭铁式不一样。3、集成电路调节器

集成电路调节器也叫IC调节器，是根据使用要求，将电路中的若干元件集成在同一基片上，制成一个独立的电子芯片。集成电路调节器装于发电机内部，构成整体式交流发电机。发电机外部有2个或3个接线柱。集成电路调节器可以分为全集成电路和混合集成电路两类。前者是将二极管、三极管、电阻、电容等电子元件同时制在一块基片上；后者则由厚膜或薄膜电阻与集成的单片芯片或分立元件组装而成。

项目三交流发电机的结构与维修活动二电压调节器

4、数字式电压调节器电脑控制调节器是现在轿车采用的一种新型调节器，由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器，适时地接通和断开磁场电路，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。

项目三交流发电机的结构与维修活动二电压调节器

五、调节器的型号根据《汽车电器设备产品型编制方法》（QC/T73-93）规定，发电机调节器的产品型号编制如下：1、产品代号：硅整流发电机调节器的产品代号有“FT”和“FTD”两种，即发电机调节器和电子发电机调节器。2、电压等级代号：与发电机相同。1表示12V系统；2表示24V系统；

6表示6V系统。

3、结构形式代号：用1位阿拉伯数字表示，见表3-2。结构形式代号12345触点式调节器单联双联三联电子调节器晶体管式集成电路式4、设计序号：按产品设计先后次序，用1～2位阿拉伯数字表示5、变形代号：用汉语拼音大写字母A、B、C……顺序表示注意不能用O和I例如，FT126A表示12V的双联触点式调节器，第6次设计，第一次变形；FTD152表示12V的集成电路调节器，第2次设计。

项目三交流发电机的结构与维修活动三交流发电机的特性与整机检测试验

一、交流发电机的特性（一）空载特性空载特性是指发电机空载时，输出电压U与转速n之间的关系。即I＝0时，U=f（n）的曲线。发电机空载时，随转速增加，端电压急剧增加，如3-23所示。发电机的空载特性曲线的形状与发电机的磁路关系较大，磁路气隙越小，漏磁越小，电压上升率就越大。可见，发电机在高速运转时，若突然失去负载，端电压会大幅度增高，容易损坏电子元件或烧毁用电设备，因此，发电机的输出线路必须连接牢固。

（二）输出特性输出特性是指在发电机输出电压U不变时，其输出电流与转速之间的关系，即U=常数时，I＝f（n）的函数关系。图3-24所示为交流发电机的输出特性曲线。由特性曲线I=f（n）可以看出，当发电机的端电压保持不变时（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），其输出电流随转速的增加而增大。

项目三交流发电机的结构与维修活动三交流发电机的特性与整机检测试验

1、空载转速n1当发电机转速小于n1时，因为发电机的端电压小于额定值，发电机对外输出电流为零，汽车用电设备只能由蓄电池供电。故n1为发电机达到额定电压并能对外输出电流时的最小转速，称为空载转速。空载转速常用来作为测试发电机性能的参数之一。2、额定转速n2

额定电流IA

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2／3。空载转速与额定转速是测试交流发电机性能的重要依据，表3-3为国产交流发电机的主要性能指标。交流发电机型号额定电压(V)空载转速(r/min)额定电流(A)额定转速(r/min)使用车型JFZ1913Z141050906000桑塔纳、奥迪JFZ1512Z141050556000广州标致JFZ2518281150275000切诺基JFZ1714141000456000依维柯JF13A141000253500NJ1060JF1314ZD141000253500CA1092

项目三交流发电机的结构与维修活动三交流发电机的特性与整机检测试验

（三）外特性

外特性是指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3-25所示。

从外特性曲线可以看出，随着输出电流的增加，发电机的端电压降低，且转速越高，下降的速率越大。因此，当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。当输出电流增大到某一值时，如负载再增加，其输出电流会随同端电压一起下降，即在特性曲线上存在一个转折点。因此，当发电机短路时，其短路电流是很小的，这也说明硅整流发电机限流功能。二、交流发电机的整机检测试验当发现发电机不发电或发电量不足等故障时，应首先判断故障发生在外电路还是发电机内部，若初步确定故障在发电机内部，就应将发电机从车上拆下来，对其进行检测、修理。应先对交流发电机进行整机测试。目的是为了判定交流发电机有无故障和故障发生在哪个部位，以便有的放矢地修理。整机测试包括：测量各接线柱之间的电阻、在万能试验台上进行空载电压和负载电流的试验、用示波器观察发电机输出波形。

项目三交流发电机的结构与维修活动三交流发电机的特性与整机检测试验

１、测量各接线柱之间的电阻（1）测量发电机的输出端子B+和搭铁端E之间的阻值（壳体或搭铁接线柱），如图3-26所示。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。（2）测量发电机正电刷F接线柱和负电刷E之间的阻值通过测量各接线柱之间的阻值，不能确定交流发电机是否有无故障时，应进行试验台试验。2、试验台试验（１）空载试验空载试验是在交流发电机不带任何负载（不对外输出电流）情况下的一种试验。空载试验的目的是为了初步测定发电机是否有故障。试验时，将发电机固定在试验台上，并由调速电机驱动，并按图3-２７所示连接线路。合上开关，让蓄电池给磁场绕组通电，并逐渐提高发电机的转速，即空载转速。若测出的转速过高，或在满载转速下，发电机的输出电流过小，则说明发电机有故障。

项目三交流发电机的结构与维修活动三交流发电机的特性与整机检测试验

（２）负载试验交流发电机的有些故障，在没有电流输出的情况下是表现不出来的，所以如果交流发电机空载试验正常情况下，应再作负载试验。负载试验就是在交流发电机带有负载（对外输出电流）情况下的一种试验。负载试验的目的是进一步测定发电机是否有故障。在测量完空载转速后，断开S1，让发电机自励，并将开关S2合上，同时调节负载的电阻，记下额定负载情况下电压达到额定值时的转速，即额定转速。３、交流发电机的简易试验在许多修理单位，没有发电机试验台，只能通过简易试验进行性能测试。具体操作如下：（１）将交流发电机固定到台虎钳上；（２）万用表的功能开关拨到直流电压档位正表笔与“B”相连，负表笔与“-”相连；（３）将蓄电池负极与发电机“-”联接，正极与磁场输出端子相连，使发电机励磁。（４）在发电机励磁的同时，用手迅速转动发电机驱动带轮，并观察万用表的读数，如有电压指示，说明发电机能够发电；否则，说明不能发电，应重新拆修。

项目三交流发电机的结构与维修活动三交流发电机的特性与整机检测试验

４、用示波器观察输出电压波形当交流发电机有故障时，其输出电压的波形将出现异常，因此，在有条件的情况下，可用示波器观察发电机的输出电压波形，根据输出电压波形可以判断交流发电机所在故障部位是内部故障、整流器故障还是定子绕组故障，如图3-28所示。

项目三交流发电机的结构与维修活动三交流发电机的特性与整机检测试验

三、交流发电机的维护交流发电机在使用中，应定期进行以下检查：（一）检查发电机皮带1、检查皮带的外观：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30N的力压在皮带的两个传动轮之间，新带挠度约为5～10mm，旧的皮带约为7～14mm。（二）检查导线的连接接线是否正确；接线是否牢靠；发电机输出端接线螺丝必须加弹簧垫。（三）检查发电机运转时有无噪声（四）检查发电机是否发电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。（五）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。

项目三交流发电机的结构与维修活动四发电机故障诊断与检修

汽车电源系统统常见故障有：不充电、充电电流过小、充电电流过大、充电电流不稳和发电机异响等。故障原因通常都是由发电机的零部件损坏而引起的，本活动重点阐述发电机的故障和零部件的检修方法。一、发电机的常见故障诊断（一）不充电

1、故障现象：发动机高于怠速运转时，电流表指示放电或充电指示灯亮；蓄电池很快亏电。

2、故障原因：接线断开或脱落；充电指示灯接线搭铁或电流表损坏及接线错误；发电机不发电等。（二）充电电流过小

1、故障现象：发动机中速以上运转，充电指示灯才能熄灭或电流表指示5A以下；蓄电池经常存电不足；前照灯灯光暗淡，电喇叭声音小。

2、故障原因：发电机皮带过松或沾有油污打滑；充电线路接触不良；发电机电刷与滑环接触不良，滑环脏污、烧蚀，定子线圈某相接触不良、断路或短路，转子线圈局部短路；个别二极管损坏等。（三）充电电流过大

1、故障现象：在蓄电池不亏电情况下，发动机中速以上运转时，装有电流表的汽车其指示充电10A以上；蓄电池电解液消耗过快；点火线圈或发电机过热；各种灯泡经常烧毁。

2、故障原因：电压调节器失调或损坏；发电机磁场线圈搭铁或导线接错。

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（四）充电电流不稳1、故障现象：发动机在中速以上运转，电流表指示充电但指针左右摆动或充电指示灯时亮时灭。2、故障原因：发电机皮带打滑；电源系统连接导线接触不良或插接件松动；发电机内部定子或转子线圈某处有断路或短路；滑环脏污、电刷接触不良或电刷弹簧过软、折断；电压调节器有关线路板松动或搭铁不良。（五）发电机异响1、故障现象：发电机运转中发出连续或断续不正常的响声。2、故障原因：皮带松紧度调整不当；发电机轴承润滑不良或损坏；转子与定子间碰擦；发电机风扇或皮带盘与壳体碰撞。二、交流发电机的检修交流发电机在使用一段时间，一般是30000Km以后，或电源系故障是由发电机引起时，应拆开进行检修。（一）不解体检查当把发电机从车上拆下后，在解体前应用万用表检测发电机上各接线柱之间的阻值，以初步判断故障的大概位置。

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发电机类型F与E（-）B（+）与F（或-）N与E（或B）中性正反正反有刷5-6Ω（12V）19.5～21Ω（24V）40-50Ω>10000Ω10Ω>10000Ω无刷3.5~3.8Ω（12V）15～16Ω（24V）40-50Ω>10000Ω10Ω>10000Ω测量结果分析如下：若F与E之间阻值偏大一般为电刷和滑环接触不良或滑环脏污、磁场绕组断路；若阻值偏小或接近于0一般为磁场绕组有匝间短路或搭铁；F接线柱搭铁；滑环短路；电刷套绝缘不良。若B（+）与F（或-）之间正向阻值很小，约10Ω，说明有某个二极管不击穿；若接近于或等于0，说明正负极板上至少各有一个或一个以上的二极管被击穿；定子绕组与壳体短路。若正向电阻为∞则一般为定子绕组、调节器（二极管）连接电路之间出现断路。若N与E（或B）之间正反向阻值均接近于0，说明至少有一只负二极管短路。

项目三交流发电机的结构与维修活动四发电机故障诊断与检修

（二）解体后检修发电机解体后主要检查：１、转子的检修（１）外观检查检查滑环是否松动或移位，若有应粘牢；检查磁场绕组的引线是否折断、绝缘有无破损、引线与滑环焊接处是否断开，若有引线断开，可取一段同直径导线，将连接部位刮净绞合后，用锡焊牢，并进行绝缘处理；滑环表面应清洁，光滑，如有轻微烧蚀，可用“00”号砂纸打磨；若滑环表面磨损严重，可少量车削加工，但要保证滑环的铜环厚度不小于1.5mm。（２）磁场绕组检查①如图3-29所示，用万用表的R×1Ω档测两滑环间的电阻应为为4Ω左右，若为零，则说明滑环或绕组短路；若阻值小于规定值但是不为0，说明磁场绕组匝间短路；若测得阻值为无穷大，则说明绕组断路或接头脱落。②如图3-30所示，用万用表R×10KΩ档分别测量两滑环与转子轴的电阻，电阻值应为∞，否则说明磁场绕组绝缘不良。如若确认磁场绕组断路、短路或绝缘不良时，需重新绕制磁场绕组。

项目三交流发电机的结构与维修活动四发电机故障诊断与检修

（３）转子轴和轴承的检修轴承径向跳动不大于0.1