汽车电气设备构造与检修课件：交流发电机构造与维护

汽车电气设备构造与检修

交流发电机构造与维护

交流发电机构造与维护学习目标☞知识目标

1．了解交流发电机的功用与分类；

2．掌握交流发电机的基本结构及主要部件的功能；

3．掌握发电机的工作原理与特性。☞技能目标

1．能按照规范进行发电机传动带更换作业；

2．能按照规范进行发电机更换作业。建议课时4课时。

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1．交流发电机的功用与分类

1）交流发电机的功用

交流发电机由汽车发动机驱动，是汽车上用电设备的主要电源。它在正常工作时，对除起动机以外的所有用电设备供电，并向蓄电池充电以补充蓄电池在使用中所消耗的电能。

2）交流发电机的分类

（1）按总体结构分类。

①普通交流发电机，既无特殊装置，也无特殊功能和特点的汽车交流发电机，称为普通交流发电机，如图2-31所示。图2-31普通交流发电机

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②整体式交流发电机，即机体内装电子调节器的交流发电机，如图2-32所示。

③带泵交流发电机，即带动真空制动助力泵工作的交流发电机，如图2-33所示。图2-32整体式交流发电机图2-33带泵交流发电机

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④无刷交流发电机，即没有电刷和滑环的交流发电机，如图2-34所示。图2-34无刷交流发电机

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（2）按磁场绕组搭铁方式分类。

①内搭铁型交流发电机。磁场绕组的一端经滑环和电刷在发电机端盖上搭铁的发电机称为内搭铁型交流发电机，如图2-35a）所示。

②外搭铁型交流发电机。磁场绕组的两端均与端盖绝缘，其中一端经调节器后搭铁的发电机称为外搭铁型交流发电机，如图2-35b）所示。外搭铁型交流发电机现被广泛采用。图2-35交流发电机的搭铁方式

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（3）按装用的二极管数量分类。

①六管交流发电机。其整流器由6个硅二极管组成，这种类型的应用最为广泛，六管交流发电机电路简图如图2-36所示。图2-36六管交流发电机电路简图

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②八管交流发电机。其整流器总成共有8个二极管，其中有2个中性点二极管，八管交流发电机电路简图如图2-37所示。

③九管交流发电机。其整流器总成共有9个二极管，其中有3个励磁二极管。九管交流发电机电路简图如图2-38所示。图2-37八管交流发电机电路简图

交流发电机构造与维护图2-38九管交流发电机电路简图

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④十一管交流发电机。其整流器总成共有11个二极管，其中有2个中性点二极管和3个励磁二极管。十一管交流发电机电路简图如图2-39所示。图2-39十一管交流发电机电路简图

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2．交流发电机的结构

目前，汽车上广泛采用的是三相同步交流发电机，它是利用硅二极管将定子绕组中所感应的三相交流电整流成直流电，供车上用电设备使用。

交流发电机由前后端盖、散热片、电刷、整流器、转子、定子、风扇和皮带轮等组成，分解图如图2-40所示。图2-40普通交流发电机分解图

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1）定子

定子的功用是产生交流电，其结构如图2-41所示，由定子铁芯和定子绕组组成。定子铁芯由内圆带槽的环状硅钢片叠成，定子绕组为三相对称绕组，安放在定子铁芯的槽内。三相绕组的连接方法有星形连接和三角形连接两种方式，汽车交流发电机大多采用星形连接。星形连接时三相绕组引线端子共有4个，三相绕组各引1个，中性点引出1个。图2-41定子的结构

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2）转子

转子的功用是产生磁场，转子主要由转子铁芯、励磁绕组、转子轴、爪极和滑环（也称集电环）组成，转子的结构如图2-42所示。图2-42转子的结构

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（1）爪极。爪极有两块，每块上都有6个鸟嘴形磁极，两块爪极压装在转子轴上，爪极间的空腔内装有转子铁芯和励磁绕组。励磁绕组绕在铁芯上，铁芯压装在两块爪极之间的转子轴上。

（2）滑环。滑环由彼此绝缘的两个铜环组成，压装在转子轴一端并与转子轴绝缘。励磁绕组的两端分别从内侧爪极上的两个小孔中引出，其中一端焊接在滑环的内侧铜环上，另一端则穿过内侧铜环上的小孔并焊接在外侧铜环上，两个铜环分别与发电机的两个电刷接触。当两个电刷与直流电源接通时，励磁绕组中便有电流流过，并产生轴向磁通，使一块爪极磁化为N极，另一块爪极磁化为S极，从而形成6对相互交错的磁极。

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3）整流器

整流器的功用是将三相绕组产生的交流电变为直流电。整流二极管的特点是工作电流大、反向电压高。交流发电机整流二极管有正极管和负极管之分，引出电极为二极管正极的称为正极管，引出电极为二极管负极的称为负极管。整流器结构如图2-43所示，整流器中二极管的位置如图2-44所示。图2-43整流器结构图2-44整流器中二极管的位置

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4）端盖

前、后端盖如图2-45所示。交流发电机的前、后端盖均用铝合金铸造而成，具有重量轻、散热性好、不导磁等优点。

在发电机前端盖前安装有风扇和带轮，由发动机通过皮带来驱动发电机带轮和转子转动。发电机的通风散热依靠风扇来实现。在后端盖上安装有电刷组件与调节器总成。图2-45前、后端盖

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5）电刷组件

如图2-46所示，电刷组件由电刷、电刷架和电刷弹簧组成。电刷安装在电刷架的孔内，借弹簧张力使电刷与滑环保持良好接触。每只电刷都有一根引线，该引线直接引到调节器内部，从而将磁场绕组与调节器工作电路连接起来。

6）带轮

带轮通常用铸铁或铝合金铸造而成。铝合金为非导磁材料，可以减少漏磁。图2-46电刷组件

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3．交流发电机的工作原理与特性

1）交流发电机发电原理

当外加的直流电压作用在励磁绕组两端点的接线柱之间时，励磁绕组中便有电流通过，产生轴向磁场，两块爪形磁极磁化，形成了六对相间排列的磁极。磁极的磁力线经过转子与定子之间的气隙、定子铁芯形成闭合磁路。

当转子旋转时，磁力线和定子绕组之间产生相对的切割运动，在三相绕组中产生交流电动势。如图2-47所示，由于三相绕组是对称绕制的，所以产生的三相电动势亦是对称的。图2-47交流发电机的发电原理

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每相绕组的电动势有效值的大小和转子的转速及磁极的磁通成正比。即：

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2）交流发电机整流原理

交流发电机中，整流器的作用就是利用硅二极管的单向导电特性，将发电机产生的三相交流电变为直流电。如图2-48所示，在整流电路中，3只正极管的正极引出线分别同三相绕组的首端相连。在某一瞬间，只有与电位最高的一相绕组相连的正极管导通。同样，3只负极管的引出线也分别同三相绕组的首端相连。在同一瞬间，只有与电位最低的一相绕组相连的负极管导通。以此反复循环，6只二极管轮流导通，用电设备R两端便得到一个较为平稳的脉动直流电压。图2-48交流发电机整流电路图

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3只正极管VD1、VD3、VD5的正极分别接在发电机三相绕组的首端（A、B、C）上。它们的负极连接在一起，接在后端盖上，具有相同的电位。所以3只正极管的导通原则是，在某一瞬间正极电位最高者优先导通；同理，3只负极管VD2、VD4、VD6的负极分别也接在发电机三相绕组的首端（A、B、C），它们的正极连接在一起，接在散热板上，所以3只负极管的导通原则是在某一瞬间负极电位最低者优先导通。图2-49所示为三相桥式整流电路及电压波形。图2-49整流前、后电压波形图

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在t1～t2时间内：A相的电位最高，而B相的电位最低，故对应VD1、VD4处于正向导通状态，其他4只二极管不导通。电流从A相出发，经VD1、用电设备R、VD4回到B相构成回路。此时发电机的输出电压为A相、B相之间的线电压。

由于二极管VD2、VD3、VD5、VD6不导通，可当作断路处理，整流电路图可画为图2-50。图2-50整流电路图1

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在t2～t3时间内：A相的电位最高，而C相的电位最低，故对应VD1、VD6处于正向导通状态，其他4只二极管不导通。电流从A相出发，经VD1、用电设备R、VD6回到C相构成回路。此时发电机的输出电压为A相、C相之间的线电压。

由于二极管VD2、VD3、VD4、VD5不导通，可当作断路处理，整流电路图可画为图2-51。图2-51整流电路图2

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在t3～t4时间内：B相的电位最高，而C相的电位最低，故对应VD3、VD6处于正向导通状态，其他4只二极管不导通。电流从B相出发，经VD3、用电设备R、VD6回到C相构成回路。此时发电机的输出电压为B相、C相之间的线电压。

由于二极管VD1、VD2、VD4、VD5不导通，可当作断路处理，整流电路图可画为图2-52。图2-52整流电路图3

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同理：

在t1瞬间，分别有VD1、VD4、VD5三只二极管导通。

在t2瞬间，分别有VD1、VD4、VD6三只二极管导通。

在t3瞬间，分别有VD1、VD3、VD6三只二极管导通。

在t4瞬间，分别有VD2、VD3、VD6三只二极管导通。

以此类推，周而复始，在用电设备R上可获得一个比较平稳的直流脉动电压。

在发电机空载运行时，如将三相绕组和二极管内阻的电压降忽略不计，发电机的直流电动势数值为三相交流电线电压的1.35倍，是三相交流电相电压的2.34倍。每一只硅二极管在一个周期内只导通1/3的时间，流过每个管子的电流为负载电流的1/3。

即：

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有些交流发电机将三相绕组中性点引出，标记为：“N”接线柱，它和发电机外壳之间的电压叫中性点电压，它是通过两个中性点二极管整流后得到的直流电压，等于发电机直流输出电压的一半，即uW＝u/2。

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3）发电机的励磁方式

交流发电机开始发电时，需先由蓄电池供给励磁电流。当发电机电压超过蓄电池电压时，即由发电机自己供给励磁电流，也就是由他励转变为自励。

由于交流发电机转子的爪极剩磁较弱，所以发电机在低速运转时，加在硅二极管上的正向电压（小于0.6V）很小，此时二极管的正向电阻较大，较弱剩磁产生的很小的电动势很难克服二极管的正向电阻，使发电机电压不能迅速建立起来。这样，发电机低速充电的要求就不能满足。

因此，汽车上发电机必须与蓄电池并联，开始由蓄电池向励磁绕组供电，使发电机电压很快建立起来并转变为自励状态，蓄电池被充电的机会就多一些，有利于蓄电池的使用维护。

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，必须给磁场绕组通电才会有磁场产生。

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所谓励磁，就是将电源引入到磁场绕组，使之产生磁场。励磁有两种方式：即自励和他励。在发动机起动期间，需要蓄电池供给发电机磁场电流励磁使发电机发电。这种供给磁场电流的方式称为他励发电；发电机有能力对外供电时，就可以把自身发的电供给磁场绕组励磁发电，这种供给磁场电流的方式称为自励。

图2-53所示为交流发电机的励磁电路。当点火开关S接通时，蓄电池便通过调节器向发电机的励磁绕组提供励磁电流（他励），励磁电路为：蓄电池正极→点火开关S→调节器“+”接线柱→调节器→调节器“F”接线柱→发电机“F”接线柱→发电机励磁绕组→搭铁。

当发动机起动后，发电机的输出电压略高于蓄电池电压时，发电机即自己给励磁绕组提供励磁电流（自励），励磁电路为：发电机正极→点火开关S→调节器“+”接线柱→调节器→调节器“F”接线柱→发电机“F”接线柱→发电机励磁绕组→搭铁，发电机自励发电。

交流发电机构造与维护图2-53励磁电路

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4．电压调节器

1）电压调节器的作用

由于发电机是由发动机经传动带驱动旋转的，而发电机输出电压又与转速成正比，因此当发动机转速变化时，发电机的输出电压也会随之变化。为满足汽车用电设备用电和向蓄电池充电的恒定电压要求，充电系统设有电压调节器。它是通过调节发电机的励磁电流，使发电机在不同转速和负荷时输出电压保持稳定。

2）电压调节器的分类

电压调节器按元件性质可分为触点式（已淘汰）和电子式两类。电子式电压调节器又分为晶体管式和集成电路（多功能）调节器。电子式调节器按搭铁形式来分可分为内搭铁式和外搭铁式两种。

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3）电压调节器的工作原理

（1）晶体管式调节器。

晶体管式电压调节器是将三极管作为一只开关串联在发电机的励磁电路中，根据发电机输出电压的高低，来控制三极管的导通和截止，以调节发电机的励磁电流，使发电机输出电压稳定在规定的范围之内。

（2）集成电路（多功能）调节器。

现代发电机配备了一个多功能调节器，发电机直接从端子B+处获取其励磁电流，省去了励磁极管。调节器从接口获得发动机处于运转状态的信息，调节器IC接通预励磁电流，发电机旋转时，调节器IC通过相位接口得到一个电压信号，通过该电压信号可以计算出发电机转速。只要达到调节器中设定的接通转速，就会将输出极接通。发电机可以向车载网络提供电流，同时兼备过压保护和抗干扰措施的功能。

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5．交流发电机的维护

1）检查发电机传动带的外观

应定期检查发电机传动带是否有毛边、撕裂、老化、磨损油污、脱层或裂纹，如有应及时更换发电机传动带。

2）检查发电机传动带的张力情况

发电机传动带的技术状况不良将影响发电机工作情况，传动带的张力应符合要求，传动带过松将影响发电机的发电量，过紧将导致轴承过早损坏。

发电机传动带的检查与调整有两种方法：经验法和仪器法。经验法：用手指用力按压传动带，传动带会产生变形，或旋动传动带，传动带转动变形应不超过90°。经验法检查发电机传动带如图2-54所示。仪器法：使用挠度计检查传动带的松紧度，如图2-55所示，所测数据精确，可用测量值与标准值进行对照，检验传动带的挠度值是否存在偏差。如果测量值和标准值之间的偏差值超过规定范围，应更换张紧机构总成。

交流发电机构造与维护图2-54经验法检查发电机传动带图2-55仪器法检查发电机传动带

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二、任务实施

（一）发电机传动带的更换

1．准备工作

（1）将实训车辆停放在检测区域。

（2）准备迈腾教学车辆、拆装工具、定位工具T10060、车辆挡块、翼子板布、三件套等。

2．技术要求与注意事项

更换发电机传动带后，应起动发动机检查发电机传动带的运转情况。

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3．操作步骤

以迈腾B8车型为例，介绍发电机传动带的更换步骤：

（1）关闭点火开关，打开发动机舱盖。

（2）铺设翼子板布和前格栅布。

（3）在拆卸之前需标明传动带的运动方向（如需要重新安装即将拆下的传动带）。

（4）用扳手顺时针旋转张紧装置，将张紧装置用定位工具T10060穿过张紧轮插入发动机机体上的孔中，使张紧轮固定，将传动带放松，如图2-56所示。图2-56拆卸发电机传动带

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（5）取下发电机传动带。

（6）安装新的发电机传动带，如果要安装用过的传动皮带，应注意传动带运动方向。

（7）将楔形带按顺序绕放在曲轴带轮、冷却液泵带轮、空调压缩机带轮和张紧轮上，如图2-57所示。

（8）用扳手顺时针方向转动张紧轮，拔出固定销子，使扳手逆时针转动，直至将传动带张紧。

（9）起动发动机，检查传动带运行情况。图2-57安装发电机传动带

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（二）发电机的更换

1．准备工作

（1）将实训车辆停放在检测区域。

（2）准备拆装所需要的专用工具和维修设备（扭矩扳手VAG1331，发动机密封套件VAS6122）。

2．技术要求与注意事项

拆卸发电机时，需断开蓄电池负极，更换发电机后，应连接蓄电池，并起动发动机检查发电机传动带的运转情况。

发电机固定螺栓拧紧力矩为23N·m，发电机正极接线柱固定螺栓拧紧力矩为20N·m。

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3．操作步骤

以迈腾B8车型为例，介绍发电机的更换步骤：

（1）关闭点火开关，打开发动机舱盖，铺设翼子板布和前格栅布；断开蓄电池负极接线线缆，并可靠放置。

（2）拆卸发电机传动带，具体步骤参考更换发电机传动带。

（3）如图2-58所示，使用拆装工具拧出发电机固定螺栓1、2。图2-58发电机固定螺栓位置1、2-固定螺栓

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（4）如图2-59中箭头所示位置，脱开空调管路支架。

（5）从支架上拆下空调压缩机，将空调压缩机固定到锁止架上，防止空调管路受损。图2-5