汽车电气设备构造与维修-交流发电机及其调节器剖析课件

交流发电机及其调节器发电机和调节器的作用 发电机是在发动机的驱动下，将机械能转变为电能的装置。发电机作为汽车的主要电源，主要作用如下：在发动机怠速以上转速运转时，为电气设备供电；给蓄电池充电。汽车工作过程中，发动机的转速是变化的，用电设备的工作状态是变化的，决定了发电机的转速和负载是变化的。为了保证发动机运转过程中汽车电气设备正常工作，必须安装调节器。对发电机和调节器的基本要求 1.发动机怠速运转时，发电机输出电压应不低于蓄电池的端电压并具有一定的带载能力；2.在发动机中高速运转时，发电机应能满足大多数用电设备同时用电的要求；3.在发电机的负载和发动机的转速在正常范围内变化时，保持发电机输出电压既不低于蓄电池电压，又不高于用电设备的允许电压；4.在发电机电枢电压低于蓄电池电压时，防止蓄电池通过发电机电枢放电。交流发电机的构造交流发电机结构图交流发电机的分解图散热板 前端盖 风扇后端盖硅二极管转子定子总成 带轮转 子 转子的作用是形成发电机的磁场。它主要有两块爪极、磁场绕组、滑环组成。两个电刷装在与端盖绝缘的电刷架内，通过弹簧力使其与滑环保持接触。当电机工作时，两电刷与直流电源连通，可为磁场绕组提供定向电流并产生轴向磁通。使两块爪极被分为 N极和S极，从而形成犬牙交错的磁极并对沿圆周方向均匀分布。交流发电机的磁极对数多为6对。转子组成1-滑环，2-轴，3-爪极，4-磁轭，5-激磁绕组定 子 定子又称电枢，用以产生交流电动势，它由定子铁心和定子绕组组成。定子铁心槽内嵌入三相对称定子绕组。每相绕组的线圈个数和每个线圈的匝数必须完全相同。每个线圈的节距必须相同。三项绕组的首端A、B、C在定子槽内的排列须间隔120。整 流 器 交流发电机的整流器，有六只硅整流二极管组成。其作用是：将定子绕组产生的三相交流电转换为直流电；其次阻止蓄电池电流向发电机倒流，避免烧坏电机。整流器总成有多种、有半圆形、马蹄形、圆形、方形等。整流器的硅二极管根据引线的极性不同分为正极管和负极管两种类型:1.正极管:引线为二极管的正极，外壳为负极。2.负极管:引线为二极管的负极，外壳为正极。所有正极管的负极连在一起形成发电机的正极，该接柱即为发电机的正极，标记为“B”；所有负极管的正极通过负整流板连在一起形成发电机的负极。端盖与电刷总成 前后端盖均由铝合金压铸或用砂模铸造而成。因为铝合金为非导磁材料，可减少漏磁并具有轻便、散热性能好等优点。在后端盖上装有电刷组件，电刷组件包括电刷、电刷架和电刷弹簧等。后端盖内搭铁交流发电机 如果交流发电机电刷组件的两个磁场接线柱中，有一个直接搭铁，另一个接调节器，就称这种交流发电机为内搭铁交流发电机。外搭铁交流发电机 如果交流发电机电刷组件的两个“磁场”接线柱都绝缘，并且有一个通过开关接电源，另一个接调节器，就称这种交流发电机为外搭铁交流发电机。交流发电机的工作原理1.1.交流电动势的产生交流电动势的产生交流电动势的产生交流电动势的产生2.2.整流过程整流过程整流过程整流过程3.3.中性点电压中性点电压中性点电压中性点电压4.4.激励方式激励方式激励方式激励方式 1.交流电动势的产生 交流发电机也是利用电磁感应原理发出交流电动势的。当磁场接通直流电源时即被激励，转子的爪极被磁化为N极和S极.其磁力线由 N极出发，穿过转子与定子之间很小的气隙进入定子铁心，最后又通过气隙回到相邻的S极。当转子旋转时，由于定子绕组与磁力线由相对的切割运动，所以在三项绕组中产生频率相同，幅值相等相位相差120 的正弦电动势eA、eB、eC。2.整流过程 利用二极管的单向导电性，交流发电机通过整流器将定子绕组所感应出的交流电转变为直流电对外输出。(1)当二极管的外加电压为正向电压时，管子呈低阻抗，处于“导通”状态。(2)当外加电压为反向电压时，管子呈高阻抗，处于截止状态。由于三相桥式整流电路中，每只二极管只有1/3的时间导通，所以每只二极管的平均电流ID只为发电机输出电流I的1/3,即 3.中性点电压 中性点电压通常指三项绕组的中性点N相对发电机外壳的电位之差，一般可用来控制具有各种用途的继电器、充电指示灯继电器等。其输出电压UN为三个负极管子整流后得到的直流电压U的一半，即 UN=1/2 U 4.激磁方式 交流发电机采用他励和自励结合的激磁方式，当交流发电机输出电压低于蓄电池端电压时，发电机的激磁电流由蓄电池供给，称为他励；当发电机输出电压达到蓄电池电压时，发电机的激磁电流由自己供给，称为自励。交流发电机的特性输出特性输出特性输出特性输出特性空载特性空载特性空载特性空载特性外特性外特性外特性外特性输出特性 1发电机达到额定电压时的最低转速定为空载转速n1，常用来作为选择发电机与发动机速比的主要依据。2发电机输出额定电压和额定电流时的转速定为满载转速n2。3.当发电机转速达到一定值之后，发电机的输出电流不再随转速升高而增加，此时电流又称发电机的最大输出电流值。空载特性 发电机在空载运行时，其端电压随转速变化的关系，即I I=0时，U=f(n)的曲线。外特性 随着发电机的输出电流增加，使得发电机的内压降增大，引起端电压下降。当端电压下降较多时，由于磁场电流减小，引起磁场减弱，因而使发电机的电动势减小，导致端电压进一步下降。当发电机的输出电流增大较多时，随着电枢反应增强，导致定子绕组中的感应电动势下降，引起端电压进一步下降。通过以上分析可以发现，在转速变化时，交流发电机端电压有较大变化；在转速恒定时，由于输出电流的变化对端电压也有很大的影响。因此，实际使用中交流发电机必须配用电压调节器。调节器概述电压调节原理电压调节原理电压调节原理电压调节原理调节器的种类调节器的种类调节器的种类调节器的种类电压调节器的型号电压调节器的型号电压调节器的型号电压调节器的型号电压调节原理 根据电磁感应原理，发电机的感应电动势为 交流发电机的端电压为 发电机的端电压与发电机的结构常数、转速、磁通、负载电阻及定子绕组的阻抗有关。而发电机在汽车上是由发动机按固定的传动比驱动旋转的，其转速随发动机转速变化在很大范围内变化，定子绕组的阻抗也随转速的变化相应变化，并且发电机的负载大小也不是固定不变的。由于结构常数一定，要保持发电机端电压平均值恒定，就必须相应地改变磁极磁通。所以可以通过调节激磁电流平均值的大小使发电机端电压平均值在不同的转速和负载情况下基本保持恒定。调节器就是利用这一原理工作的。调节器的种类 虽然都是通过调节激磁电流使磁场磁通改变来控制发电机的端电压，但是调节器仍可分为电磁振动式和电子调节器两类。电磁振动式调节器是通过触点开闭改变激磁电路的电阻来改变激磁电流平均值的；电子调节器是利用三极管的开关特性接通与切断激磁电流来改变激磁电流平均值的。电压调节器的型号 1FT126C 表示12V电磁振动式电压调节器，第六次设计，第三次变形。2FDT152 表示12V集成电路调节器，第二次设计。电磁振动式电压调节器电磁振动式电压调节器的基本原理电磁振动式电压调节器的基本原理电磁振动式电压调节器的基本原理电磁振动式电压调节器的基本原理电磁振动式电压调节器性能的改善电磁振动式电压调节器性能的改善电磁振动式电压调节器性能的改善电磁振动式电压调节器性能的改善电磁振动式电压调节器典型结构电磁振动式电压调节器典型结构电磁振动式电压调节器典型结构电磁振动式电压调节器典型结构电磁振动式电压调节器的基本原理1-蓄电池；2-发电机；3-磁场绕组；4-磁化线圈 利用电磁力和弹力的平衡控制触点开闭，改变激磁电路的电阻来改变激磁电流平均值。调节器性能的改善 提高触点振动频率：（1）采用轻而薄的衔铁，再将其作成三角形或半圆形，以减小衔铁的惯性。（2）在继电器磁化线圈电路中串入加速电阻，利用 加速电阻来克服电磁线圈的磁滞现象。温度补偿：（1）利用温度补偿电阻。（2）采用磁分路。电磁振动式电压调节器典型电路电子调节器电子调节器的工作原理 由于汽车交流发电机有内搭铁型与外搭铁型之分，与之匹配使用的电子调节器也有内搭铁型与外搭铁型两类。内、外搭铁型电子调节器的基本电路为：晶体管调节器晶体管调节器集成电路调节器集成电路调节器 晶体管调节器电路实例：集成电路调节器集成电路调节器实例充电指示灯控制电路 1.1.利用中性点电压通过启动复合继电器控制2.2.激磁二极管控制充电指示灯3.3.隔离二极管控制充电指示灯利用中性点电压通过启动复合继电器控制激磁二极管控制充电指示灯隔离二极管控制充电指示灯交流发电机的检测整机检测整机检测整机检测整机检测交流发电机的零部件检测交流发电机的零部件检测交流发电机的零部件检测交流发电机的零部件检测 整机检测 用万用表检测各接线柱之间的电阻值。整机性能检测用示波器观察输出电压波形。交流发电机的零部件检测磁场绕组的检测磁场绕组的检测磁场绕组的检测磁场绕组的检测定子绕组的检测定子绕组的检测定子绕组的检测定子绕组的检测二极管的检测二极管的检测二极管的检测二极管的检测电刷的检测电刷的检测电刷的检测电刷的检测磁场绕组的检测定子绕组的检测 二极管的检测 用万用表的二极管挡检测。二极管正向电压应不大于0.7V，反向应截止。电刷的检测 电刷及电刷架应无破损或裂纹，电刷在电刷架中应能活动自如，无卡滞现象。电刷长度也叫电刷高度，应不低于原长的二分之一，否则应更换。调节器故障的检测与调整 1.双级电磁振动式调节器的检查与调整 2.电子调节器的测试 双级电磁振动式调节器的检查与调整 检修：(a)触点是否被氧化、烧蚀，可用白金沙条磨平并清洗，当触点严重烧蚀，应用锉刀锉平，不易修复时应更换。(b)检查电阻是否烧断以及线圈有无短路、断路等故障。电阻的数据是否符合标准。测试与调整 电子调节器的测试电子调节器识别+开关L1 L2+F -线路连接无误后关闭开关，如果指示灯L1亮、L2灭，表明调节器适用于外搭铁发电机；如果指示灯L1灭、L2亮，表明调节器适用于内搭铁发电机；如果指示灯L1和L2都亮，表明调节器调节值过低或调节器已经损坏。如果指示灯L1和L2都不亮，表明蓄电池电压过低或开关已经损坏。图2-54 电子调节器识别开关 +-FL1L2用连续可调直流电源检测调节电压 首先调节电源电压低于调节器标称电压（12V或24V），接通开关，正常情况下只有一个指示灯亮，如果指示灯L1亮、L2灭，表明调节器适用于外搭铁发电机；如果指示灯L1灭、L2亮，表明调节器适用于内搭铁发电机。+开关L1 L2+-连续可调直流电源F-随后慢慢调高直流电源电压，亮的指示灯越来越亮。电源电压调高到一定值时，原来亮的指示灯突然变暗、原来不亮的指示灯也亮了，即两个指示灯都亮，此时的电源电压就是调节器的调节电压。+开关L1 L2+-连续可调直流电源F-如果电源电压较低时，两个指示灯亮度几乎一样，说明调节器有故障或调节电压过低；如果电源电压高于调节电压最大值（14.5V或29V）时，两个指示灯状态没有变化，即原来亮的指示灯没有变暗、原来不亮的指示灯仍然不亮，说明调节器有故障或调节电压过高。+开关L1 L2+-连续可调直流电源 F-其他型式的交流发电机八管交流发电机八管交流发电机八管交流发电机八管交流发电机九管交流发电机九管交流发电机九管交流发电机九管交流发电机十一管交流发电机十一管交流发电机十一管交流发电机十一管交流发电机无刷交流发电机无刷交流发电机无刷交流发电机无刷交流发电机永磁式无刷交流发电机永磁式无刷交流发电机永磁式无刷交流发电机永磁式无刷交流发电机 1.八管交流发电机2.九管交流发电机3.十一管交流发电机4.无刷交流发电机5.永磁式无刷交流发电机 计算机控制交流发电机充电系统 在一些车辆上，交流发电机的电压调节器已经消失，其输出电压由计算机进行控制。下面对计算机控制交流发电机充电系统作简要介绍。计算机控制交流发电机工作原理图 为了保证发电机输出电压在规定范围内，计算机根据蓄电池电压检测点的电压和发动机转速，通过大功率三极管控制发电机的激磁电路的搭铁。激磁电路为：蓄电池或发电机正极点火开关发电机磁场接柱激磁绕组发电机磁场接柱计算机搭铁蓄电池或发电机负极。当点火开关处于“接通”或“起动”位置并且发动机正常运转时，如果计算机检测到的蓄电池电压低于规定值，就使大功率三极管导通，接通激磁电路，增大激磁电流，提高发电机输出电压。如果计算机检测到蓄电池电压高于规定值，就使大功率三极管截止，发电机激磁电路断开，减小激磁电流，降低发电机输出电压，使发电机的输出电压不超过规定值。根据检测点电压的高低，计算机调节发电机的激磁电流，使发电机的输出电压保持在规定值，起到调节器的作用；在发动机怠速运行时，计算机根据该信号电压的高低，通过控制发动机的怠速转速，调节充电率，以免怠速时蓄电池放电，这是调节器无法实现的。故障诊断 1.如果自诊断系统具有充电系故障的自诊断功能，应首先读取故障码，明确故障的种类；如果自诊断系统没有充电系故障的自诊断功能，则应利用电压表测量蓄电池端电压在发动机不同转速及不同用电设备情况下的变化情况，确定故障种类，再进一步检查。2.检查发电机传动带是否打滑；3.用试灯或万用表检查导线有无断路或接插件接触不良；4.用万用表检查激磁绕组是否有断路或搭铁故障；5.如果传动带、线路、激磁绕组都正常，充电系仍有故障，应拆检发电机，如果发电机也正常，则检查计算机及其排线。