第二章 汽车电器设备与构造资料

1、第二章 交流发电机及调节器,概述 交流发电机的工作原理 交流发电机的结构 交流发电机的工作特性 交流发电机的电压调节器 交流发电机与调节器使用与维护,学习目标,了解交流发电机的功用、分类； 掌握发电机的结构、工作原理及检测维修方法； 了解汽车充电系的组成、电路及检测维修方法； 熟悉调节器的工作原理； 了解调节器的检测方法,从1960年开始，美国、日本开始使用交流发电机。汽车上的交流发电机是一个三相同步交流发电机，它是利用硅二极管将三相交流电整流为直流电。也称为硅整流交流发电机。 交流发电机的优点： 体积小、重量轻、结构简单、维修方便、使用寿命长。 发动机低速时充电性能好 配用的调节器结构简单、

2、对无线电干扰小 能节省大量铜材,第一节 概述,一、发电机的功用 (1) 发电 用多槽带把发动机的旋转传输到皮带轮，转动电磁化的转子，在定子线圈中产生交流电流。 (2) 整流 因为定子线圈中产生的电是交流电，它不能用于车辆上安装的直流电器装置，所以利用整流器将交流电变为直流电。 (3) 调节电压 利用调节器调节发电机的电压，在发电机转速或负载发生变化时也能保持电压稳定。 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。(见图),二、发电机的分类,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，

3、直流发电机已被淘汰。 目前汽车采用三相交流发电机，内部带有二极管整流电路，将交流电整流为直流电，所以汽车交流发电机输出的是直流电。 交流发电机必须配装电压调节器，电压调节器对发电机的输出电压进行控制，使其保持基本恒定，以满足汽车用电器的需求。 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,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） 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 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。 无刷交流发电机(不需

4、要电刷的发电机) 例JFW1913 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,六管交流发电机 例JF1522（东风汽车用） 八管交流发电机 例JFZ1542（天津夏利汽车用） 九管交流发电机 例（日本日立、三凌、马自达汽车用） 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,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） 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。,三、交流发电机的型号,根据中华人民共和国汽车行业标准QC/T73-93汽车电器设备产品型号编制方法的规定，汽车交流

5、发电机型号组成如下：,汽车交流发电机型号由产品代号、电压等级代号、电流等级代号、设计序号、变型代号五部分组成。,1. 产品代号,产品代号用中文字母表示，例： JF普通交流发电机 JFZ整体式（调节器内置）交流发电机 JFB带泵的交流发电机 JFW无刷交流发电机,2. 电压等级代号,电压等级代号用一位阿拉伯数字表示， 1表示12V系统 2表示24V系统 6表示6V系统,电流等级代号用一位阿拉伯数字表示，如下表,发电机输出电流分类,3. 电流等级代号,4. 设计序号和变型代号,设计序号按产品设计先后序号，用阿拉伯数字表示； 变型代号，交流发电机以调整臂的位置作为变形代号。 从驱动端看，Y-右边，Z

6、-左边。,举例：JFZ1913Z,JFZ整体式交流发电机 1-电压等级为12V 9-输出电流90A 13-第13次设计 Z-调整臂位于左边,第二节 交流发电机的构造,交流发电机由转子、定子、电刷与滑环机构、三相桥式整流器、轴承、风扇和前后端盖等组成。,一、转子,转子由爪极（每个爪极有个鸟嘴形磁极）、转子绕组、滑环和转轴等组成。,在转子绕组中通入一个直流电流时，产生一个磁场。,在发动机的带动下转子旋转，在定子绕组中产生一个旋转磁场。,1功用：产生旋转磁场 2组成： 1）转子轴 2）集电环 3）爪极 4）磁轭 5）磁场绕组,转子产生旋转磁场,当励磁绕组有电流通过时，便产生磁场，转子轴上的两个爪极分

7、别被磁化为N极和S极。如图所示 当转子旋转时，磁极交替地在定子铁心中穿过，形成一个旋转的磁场，磁力线和定子绕组之间产生相对运动，在三相绕组中产生交流感应电动势。,定子是由定子铁心和三相定子绕组组成，固定在前后端盖之间。功用：产生交流（交变）电动势,三相定子绕组,定子铁心,二、定子,二、 定子,定子铁心由内圈带槽、互相绝缘的硅钢片叠成。 定子绕组有三组线圈，对称的嵌放在定子铁心的槽中。三相绕组的连接有星形接法和三角形接法两种，如图35a、b所示，都能产生三相交流电。 三相绕组必须按一定要求绕制，才能使之获得频率相同、幅值相等、相位互差120的三相电动势。发电机定子绕组由专门人员绕制。,三相绕组一

8、般采用三角形（）和星形（Y）两种接法，定子绕组在转子产生的旋转磁场作用下，感应并输出三相正弦交流电动势。当发电机的转子转动时（由发动机带动），定子中就有感生电动势产生，如果定子与外电路形成回路，就可以对外输出交流电流。,整流器是将交流电转换成直流电的一种装置，在车用发电机中，一般采用三相桥式整流电路作整流器。,三、整流器,整流器由整流板和硅二极管组成,整流板有正整流板和负整流板之分,整流板由互相绝缘的两块板组成，其中一块为正极板（带有输出端螺栓），另一块为负极板，负极板和发电机外壳直接相连（搭铁），也可以将发电机的后盖直接作为负极板。,整流管分为：正极管和负极管两种,引出电极为正极的为正极管，

9、安装在正极板上； 引出电极为负极，称为负极管，安装在负极板上。,整流二极管特点,1）汽车用整流二极管特点： 工作电流大，正向平均电流50A，浪涌电流600A 反向电压高，反向重复峰值电压270V，反向不重复峰值电压300V 有正极管和负极管之分（画图说明） 只有一个引线端（画图说明）,四、端盖、风扇和轴承,（一）端盖 1端盖一般用铝合金铸造 2端盖上装有电刷组件，普通发电机中一般有两只电刷 3. 无刷发电机中没有电刷。,电刷的功用,电刷将电源引入到转子的线圈（磁场绕组）中，使内部的电磁铁（磁轭和爪极）产生较强的磁场。,前、后端盖,（二）带轮及风扇,交流发电机的前端装有带轮和风扇，由发动机通过传

10、动带驱动发电机的转子轴和风扇一起旋转 。 （1） 转子的转动使发电机发电； （2）风扇的转动为发电机散热。,风叶,第三节 交流发电机工作原理,由发动机带动发电机转子旋转 由电刷给转子通电（励磁）产生磁场（有刷交流发电机，无刷直接通电） 由定子产生交变感应电动势 由整流器整流为直流电输出,一、交流发电原理,1.在发电机内部有一个由发动机带动转子（旋转磁场） 2.磁场外有一个定子绕组, 绕组有3组线圈(3相绕组)，3相绕组彼此相隔120度 3.当转子旋转时，旋转的磁场使固定的电枢绕组切割磁力线（或者说使电枢绕组中通过的磁通量发生变化）而产生电动势。,当外电路通过电刷使磁场绕组通电时，便产生磁场，使

11、磁极磁化为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生电动势。这就是交流发电机的发电原理。,定子3相绕组感生电动势的大小为：,其中：E m -每相电动势的最大值 -电角速度 f-交流电动势的频率（为转速的函数） p-磁极对数 n-发电机转速（r/min） E-每相电动势的有效值,定子每相电动势的有效值,K-绕组系数(和发电机定子绕组的绕线方法有关 ) N-每项匝数（匝） -每极磁通（Wb） Ce-电机结构常数,由此可见，当交流发电机结构一定时（结构常数 不变），相电动势 和发电机转速、磁通成正比。,交流电动势波形,交流电动势的幅值

12、是发电机转速的函数。 因此，当转速n变化时，三相电动势的波形为变频率、变幅值的交流波形。,二、整流原理,交流发电机定子的三相绕组中，感应产生的是交流电 是靠六只二极管组成的三相桥式整流电路变为直流电的。 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,二极管的导通原则如下:,二极管的导通原则,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。,整流过程分析,整流时二极管导通条件,对于三个正极管子（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（D

13、2、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。,整流过程,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。 发电机输出的直流电压平均值为： U=1.35UL=2.34U,中性点电压,有的发电机具有中性点接线柱，如图2-4，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 图带中心抽头的交流发电机 中性点电压的瞬时值是一个三次谐波电压，中性点电压的平均值为发电机输出电压（平均值）的一半,中性点作用,带有中性点接线柱的发电机可用中性点电压来控制各种用途的继电

14、器。 有的发电机没有中性点接线柱，但是也把中性点电压充分的利用了（如夏利、桑塔纳发电机），这些发电机在中性点处接上两只整流二极管，和三相绕组的六只整流二极管一道输出，可提高发电机功率。,三、其他类型发电机特点,8管交流发电机（如夏利车用）和6管交流发电机的基本机构是相同的，所不同的是整流器有8只硅整流二极管,8管交流发电机,其中6只组成三相全波桥式整流电路，还有2只是中性点二极管，1只正极管接在中性点和正极之间，1只负极管接在中性点和负极，对中性点电压进行全波整流。 试验表明：加装中性点二极管的交流发电机在结构不变的情况下可以提高发电机的功率10%15%。之间。,9管交流发电机,9管交流发电机

15、的基本结构和6管交流发电机相同，所不同的是整流器。9管交流发电机的整流器是由6只大功率整流二极管和3只小功率励磁二极管组成的交流发电机。,11管交流发电机（如桑塔纳车用发电机）,11管交流发电机的整流器由8只大功率整流二极管（其中2只中性点二极管）和3只磁场二极管组成。其它结构和6管交流发电机相同。,11管交流发电机,11管交流发电机的整流器，相当于9管交流发电机的整流器加2只中性点整流管。 由于11管交流发电机既能提高率又使充电指示灯电路简化，因此应用较广。,第四节 交流发电机工作特性,交流发电机的励磁 交流发电机的工作特性,一、交流发电机的励磁,除了永磁式交流发电机不需要励磁以外，其他形式

16、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。 将电源引入到磁场绕组使之产生磁场称为励磁，交流发电机励磁方式有自励和他励两种。,1.他励,在发动机起动期间，需要蓄电池供给发电机磁场电流生磁使发电机发电。这种供给磁场电流的方式称为他励发电。,2.自励,随着转速的提高，发电机的电动势逐渐升高并能对外输出， 一般在发动机怠速时发电机就能对外供电 当发电机能对外供电时，就可以把自身发的电供给磁场绕组生磁发电，这种供给磁场电流的方式称为自励。,二、交流发电机的工作特性,交流发电机的工作特点是转速变化范围大，对于一般汽油发动机来说，其转速变化约为1：8，柴油机

17、约为1：5，因此分析汽车用交流发电机的特性必须以转速的变化为基础。 交流发电机的特性有输出特性、空载特性和外特性，其中以输出特性最为重要。,1、输出特性,输出特性是指在发电机端电压U不变（对12V系列的交流发电机规定为14V，对24V 输出电流与转速之间的关系，即U=常数时，If（n） 的函数关系。,(1)发电机空载时，电压达到额定值时的转速n1 ，称为空载转速。n1常用来作为选择发电机与发动机传动比的主要依据。 (2)发电机达到额定功率(或电流)时的转速n2 ，称为满载转速，发电机额定电流一般规定为最大电流的70一75。,(3)当转速达到一定值后，发电机的输出电流不再随转速的升高和负载的减小

18、而增大，这时的电流值称为发电机的最大输出电流或限流值。可见交流发电机具有自身限制输出电流的能力，这可避免用电设备过多，用电量过大时造成发电机过载而损坏的危险。 空载n1,低速充电性好；满载n2,发电性能优良； n1,n2是判断发电机技术性能优劣的重要指标 ，具体数值在技术说明书上可查到或直接实物测量。,限流原因,交流发电机的定子绕组具有一定的阻抗z，而阻抗由相绕组的电阻r和感抗合成，即 Zr2+XL2 XL2f L 感应电动势的频率f=P n/60，可见XL与n成正比。 此外，当负载电流增大时，由于电枢反应(定子绕组流过电流时产生的磁场对转子磁场的影响称为电枢反应)加强，磁场减弱，使定子绕组中

19、的感应电动势下降。,2、空载特性,空载特性是研究发电机在空载运行时，其端电压随转速变化的关系，即I0时， U=f（n）的曲线如图。 从曲线可以看出，随着转速的增加，端电压将不断上升。由他励转为自励时，即能向蓄电池进行补充充电，进一步证实了低速充电性能好的优点。U=f（n）曲线的渐近线近似为一直线。,可以观察发电机电压与转速的关系，也可判断发电机性能是否良好。,3、外特性,外特性是指转速一定时，发电机的端电压与输出电流的关系。即n常数时，Uf(I)的曲线。,随着负载即输出电流的增加，发电机的端电压会很快下降，且转速越高，下降的斜率越大。这是由于随着输出电流的增加，发电机定子绕组的压降也会增加，而

20、且转速越高，定子绕组的阻抗越大，压降就越大。,外 特 性,当输出电流增大到一定值时，如负载再增加，其输出电流不仅不会增加，反而会同端电压一起下降，即在外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。,当发电机在高转速下运转时，如果突然失去负载，则其端电压会急剧升高，这时发电机中的二极管以及调节器中的电子元器件有被击穿的危险。,第五节 交流发电机的电压调节器,电压调节器的分类 电压调节器的调压原理 电子调节器结构与工作原理 电子调节器应用实例,交流发电机的电压调节器,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的速比为173，因此交流发电机转子的转

21、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。 作用在发电机转速变化时，控制发电机电压保持恒定，防止电压过高而损坏用电设备。,2.4.4 发电机调节器的型号,FT146C FT产品代号 1电压等级代号 2结构型式代号 6设计序号 C变形代号,产品代号,电压等级代号,结构型式代号,设计序号,变型代号,一、电压调节器的分类,交流发电机电压调节器按工作原理可分为： 触点式电压调节器 晶体管调节器 集成电路调节器 电脑控制调节器,触点式电压调节器,触点

22、式电压调节器：分双级式和单级式，通过改变触点闭合 或断开的时间长短来改变励磁电流的大小。 构造：两对触点：高速触点（动合）和低速触点（动断） 优点：触点火花小、触点开合频率有所改善、灵敏度较高； 调压质量符合使用要求。 缺点：触电间隙太小0.1-0.3mm，不便于保养和检查调整； 低速触点过渡到高速触点时会出现失调区； 触点断开时仍有电火花，对车载无线电设备有干扰； 在脏污的情况下会导致触点烧结故障。 下面以FT61型双级触点式电压调节器为例。,触点式电压调节器,FT61型双级式电磁振动调节器线路原理图,调节器不工作时，低速触点K1闭合，高速触点K2处于开启状态。,发电机低速运转时，低速触点K

23、1是闭合的，发电机的供给电压低于蓄电池电压。激磁电流由蓄电池供给（他激）。,当发电机转速超过n2又小于n3时，K1一直打开，R1一直串入激磁回路中，激磁电流和发电机端电压都随转速的升高而升高，低速触点失去调节作用，活动触点处于中间位置，称为失控区。,当发电机转速高于n3时，磁化线圈XL的吸力使高速触点K2闭合，将激磁绕组短路，激磁电流减小到零。,触点式电压调节器应用较早，这种调节器触点振动频率慢，存在机械惯性和电磁惯性，电压调节精度低，触点易产生火花，对无线电干扰大，可靠性差，寿命短，现已被淘汰。,晶体管调节器,随着半导体技术的发展，采用了晶体管调节器。其优点是：三极管的开关频率高，且不产生火

24、花，调节精度高，还具有重量轻、体积小、寿命长、可靠性高、电波干扰小等优点，现广泛应用于东风、解放及多种中低档车型。,电压调节器的分类,电子调节器按所匹配的交流发电机搭铁型式可分为： 内搭铁型调节器 外搭铁型调节器,调节器选配,内搭铁型调节器：适合于与内搭铁型交流发电机所匹配的电子调节器称为内搭铁型调节器； 外搭铁型调节器：适合于与外搭铁型交流发电机所匹配的电子调节器称为外搭铁型调节器。 在使用过程中，对于晶体管调节器，最好使用汽车说明书中指定的调节器，如果采用其他型号替代，除标称电压等规定参数与原调节器相同外，代用调节器必须与原调节器的搭铁形式相同，否则，发电机可能由于励磁电路不通而不能正常工

25、作。对于集成电路调节器，必须是专用的，是不能替代的。,外搭铁型电子调节器的基本电路,晶体管调节器又称为电子调节器，图229所示为外搭铁型电子调节器的基本电路：基本电路是由三只电阻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。,内搭铁式电子节器的工作原理,内搭铁式电子调节器基本电路见图。原理与外搭铁式类似,集成电路调节器,1967年美国通用汽车公司把集成电路调节器作为一个部件，装在交流发电机上。 汽车上采用的集成电路调节器，通常是并用半导体技术和薄膜（或厚膜）技术的混合集成电路。集成电路调节器有如下优点： 由于它是用树脂封装的，能防潮及泥土、油污等溅污，并

26、在130的高温环境正常工作。 由于内部无可移动零件，能承受较大的振动和冲击。 体积小、重量轻，可以作为一个标准件装到发电机上。 电压调节精度高，在调节转速范围内电压变化不大于0.1V，这对汽车上其他电子（特别是ECU）设备很重要。 能通过较大的激磁电流（可达6A以上）。 使用寿命长，一般能达16万km以上。,集成电路调节器的检测电路,集成电路调节器，根据分压器R1、R2检测点位置不同可分为“发电机电压检测电路”和“蓄电池电压检测电路”两种型式。 发电机电压检测电路见图3-32a。,发电机电压检测电路,分压器R1、R2从发电机输出端（D+ 端）得到电压，稳压管VZ上的电压与发电机的输出电压成正比

27、，所以该电路称为发电机电压检测电路（检测点在发电机上）。 发电机电压检测电路的优点：发电机到检测电路距离近，可不用导线连接，直接接在发电机输出端，连接可靠，不致使检测电路检测不到信号。 发电机电压检测电路的缺点：当发电机到蓄电池之间连接电阻大时，蓄电池充电电压会偏低，使蓄电池充电不足,蓄电池电压检测电路,分压器R1、R2从蓄电池输出端得到电压，稳压管VS上的电压和蓄电池端电压成正比，所以该电路称为蓄电池电压检测电路（检测点在蓄电池上）。 蓄电池电压检测电路优点：直接检测蓄电池端电压来控制发电机的输出，可使蓄电池的充电电压有保证。 当蓄电池和发电机之间的连接不可靠时，自动转为发电机电压检测。,电

28、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。,第六节 交流发电机与调节器的使用和维护,交流发电机与调节器的使用注意事项 交流发电机与调节器的维护,一、交流发电机与调节器的使用注意事项,交流发电机与调节器的结构简单，维护方便，若正确使用，不仅故障少而且寿命长；若使用不当，则会很快损坏。因此在使用和维护中应注意以下几点： 1 蓄电池的极性必须是负极搭铁，不能接反。否则，会烧坏发电机或调节器的电子元件；,一、交流发电机与调节器的使用注意事项,2 发电机运转时，不能用试火的方法检查发电机是否发电，否则会烧坏二极管； 3整流器和定子绕组连接时，禁止用兆欧表或220V交流电源检查发电机的绝缘情况； 4 发电机与蓄电池之间的连接要牢靠，如突然断开，会产生过电压损坏发电机或调节器的电子元件； 5 一旦发现交流发电机或调节器有故障应立即检修，及时排除故障，不应再连续运转,一、交流发电机与调