汽车充电系统基本结构、工作原理及检修方法.ppt

汽车电源系统基本结构 工作原理及检修方法 重 难点 1 蓄电池 发动机 电压调节器的结构 检修 更换 2 充电系统故障检修方法 汽车电源系统组成 组成 启动用蓄电池 交流发电机 电压调节器 点火开关 充电指示灯 易容线 图3 1汽车充电系统组成 汽车电源系统组成 汽车用蓄电池是什么样的结构 它是如何工作的 常见故障有哪些 如何检测 维修与更换 任务一蓄电池基本结构 工作原理及检修方法 一 起动型蓄电池结构及工作原理 1 蓄电池的功用蓄电池与发电机共同构成了车辆的电源系统 二者并联向用电设备供电 保证车辆正常运行 蓄电池的作用如下 发动机起动时 向起动机和点火系统供电 未启动发电机前 向电气设备提供电能 发电机不发电或发电量不足时 蓄电池向用电设备供电 发电机正常发电时 蓄电池储存电能 充当稳压器 当发电机转速和用电负载发生较大变化时 可保持电路电压的相对稳定 同时吸收电路中随时出现的瞬时高电压 以保护用电设备不被损坏 尤其是电子元件不被击穿 2 铅酸型普通蓄电池的构造 组成 主要由极板组 隔板 电解液 壳体及极柱 联条 加液孔盖等 图3 3蓄电池结构 12V蓄电池 由6个2V单格电池组成 6个单格电池串联 图3 3蓄电池内部结构 外壳用来储存电解液和存放极板组 外壳应该具有耐酸 耐热 耐寒 耐震及绝缘性能好特点 材料一般为硬橡胶或工程塑料 极板组分正极板和负极板 均由栅架和填充在其上的活性物质构成 不同的蓄电池具有不同的材料 正极板上的活性物质是呈深棕色的二氧化 PbO2 负极板上的活性物质是呈青灰色海绵状的纯铅 Pb 各组成功能 隔板材料 具有多孔性结构 可让电解液自由渗透 电解液 一般用相对密度为1 84的纯净硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成 密度一般在1 24 1 30g cm3的范围内 硫酸标准见GB4554 84规定 蒸馏水标准见ZBK84004 89的规定 加液孔盖 孔盖上有通气孔 加装一个氧化铅过滤器 可以加液 也可以避免水蒸气逸出 减少水的消耗 新蓄电池在使用时应注意将通气孔打通 3 铅酸蓄电池的工作原理 蓄电池工作原理 蓄电池工作是一个充 放电过程 电能与化学能的相互转换就是通过极板上的活性物质与电解液中的硫酸进行化学反应来实现的 a 放电过程原理当蓄电池与外部负载连接时 蓄电池通过发生在浸在电解液中的两块正负极板之间的化学反应产生电流 此电流驱动外部负载 将化学能转换成电能 负极板 Pb 2ePb2 Pb2 SPbSO4附在负极板上 正极板 Pb4 2ePb2 Pb2 SPbSO4附在正极板上 放电时化学反应总方程式为 PbO2 Pb 2H2SO42PbSO4 2H2O电解液中 H OH H2OS减少 蓄电池放电终了的特征为 单个电压降到放电终止电压 并且电解液密度降到最小终止值 图3 6蓄电池放电特性 蓄电池放电为恒流放电 蓄电池端电压Uf和电解液密度 25 随时间 f变化如图 第一阶段 开始放电阶段 2 1V 2 0V 电压下降较快 第二阶段 相对稳定阶段 2 0V 1 85V 第三阶段 迅速下降阶段 1 85V 1 75V 放电终止标志为 单格电池电压下降到放电终止电压值 以20h放电率放电时 此值为1 75V 电解液相对密度下降到最小许可值 约为1 11 过放电对蓄电池十分有害 易使极板损坏 b 充电过程原理 图3 7蓄电池充电原理 使用充电装置将直流电压加在蓄电池上 当这个电压高于蓄电池电压时 电流从蓄电池的正极流入 负极流出此时 在蓄电池内部会发生电化学反应 从而将电能转换成化学能 充电过程中 电流为恒流 蓄电池端电压Uf和电解液密度 25 随时间 f变化 充电结束表现特征为 端电压和电解液密度上升到最大 且在2h小时内不上升 电解液中剧烈冒汽泡 呈沸腾现象 b 充电原理 三个阶段 第一阶段是开始充电阶段 2 0V 2 1V 端电压迅速上升 第二阶段是稳定上升阶段 2 1V 2 3V 第三阶段是迅速上升阶段 2 3V 2 7V 长时间过充电易加速极板活性物质的脱落 使极板过早损坏 因此必须避免过充电 图3 8蓄电池充电特性 4 蓄电池的型号及类型 按照行业标准JB T2599 1993的规定 蓄电池产品型号分为三部分 其排列形式是 它所表示的含义见下表 蓄电池的型号 5 蓄电池的容量 蓄电池在规定条件下 规定放电温度 放电电流和终止电压 放出的电量称为蓄电池的容量 单位 安培小时 A h 额定容量 蓄电池的额定容量是用20h放电率来标定的 将充足电的新蓄电池在电解液温度为25 条件下 以20h放电率的放电电流连续放电至单格平均电压到1 75V时 输出的电量称为蓄电池的额定容量 表示方法为放电电流乘以放电时间 单位 安培小时 A h 二 蓄电池使用维护注意事项 1 蓄电池使用2 蓄电池保养3 蓄电池储存 1 蓄电池使用 不要连续使用起动机 两次起动之间时间间隔为15s以上 连续3次起动不了 应该查明原因 排除故障后再起动 安装时 应固定可靠 搬运时 应轻搬轻放 经常检查电解液的液面高度 冬季使用应防止结冰 2 蓄电池保养 及时清除蓄电池表面 极柱等 保持清洁 保持加液孔盖上的通气孔导通 保持电解液的液面高度和密度 放完电的蓄电池应在24小时内及时充电 不使用的车辆每两个月应进行一次补充充电 拆卸蓄电池电缆时 先拆负极 后拆正极 安装时 先装正极 后装负极 3 蓄电池储存 新蓄电池存放暂不使用的新蓄电池存放采用干储法 即腊封通气孔 极柱涂油 内部无电解液 以单层方式摆放在架子上 场所为通风干燥且室温在5oC 40oC 使用过的蓄电池存放储存时间不足半年的 采用湿储法 即将蓄电池充足电 调好电解液相对密度和高度 腊封通气孔 置于室内暗处存放 储存时间超过半年的 采用干储法 即将蓄电池充足电 再以20h放电率放电至单格终止电压1 75V 将电解液倒出 加入蒸馏水浸3h 重复进行 直至倒不出酸液 最后倒出蓄电池内蒸馏水 宁紧加液口盖 腊封通气孔 放于室内 免维护蓄电池指在规定的使用条件下 使用期间不需要进行维护的蓄电池 免维护蓄电池的工作原理与普通铅蓄电池相同 三 免维护蓄电池 免维护蓄电池优点免维护蓄电池结构特点免维护蓄电池的使用维护 电量指示器的构造原理 1 免维护蓄电池优点 在使用过程中不需要添加蒸馏水 自放电少 寿命长 接线柱腐蚀小 耐过充电性能好 起动性能好 2 免维护蓄电池结构特点 正极板栅架一般采用铅钙合金或低锑合金制造 而负极板栅架均用铅钙合金制造 隔板大多采用超细玻璃纤维棉制作 极板组多采用紧装结构 各单格极板组之间采用穿壁式接法 露在密封式壳体外面的只有正 负极桩 在壳体上部设有收集水蒸气和硫酸蒸气的集气室 待蒸气冷却后变成液体通过通气孔重新流回电解液内 在内部设有温度补偿式密度计 以便检查电解液密度 了解存电情况 电解液密度正常时 密度计指示器显示绿色 表示蓄电池电充足 密度计指示器显示深绿色 表示电解液密度低于标准值 应进行补充充电 密度计指示器显示黄色 表示电解液液面过低 需添加蒸馏水 3 免维护蓄电池的使用维护使用时 要保持其外部的清洁 使用中 通过查看内装电解液密度计指示器的颜色进行处理 当电解液密度计指示器显示深绿色时 应进行补充充电 当电解液密度计指示器显示黄色时 应检查蓄电池外壳有无破损和裂纹 电解液是否泄漏 外壳完好的 需添加蒸馏水 已经损坏的蓄电池应予以更换 蓄电池拆卸与安装蓄电池使用中技术状况的检查蓄电池充电种类 一 蓄电池拆卸与安装蓄电池拆卸与安装如图3 9所示 拆装原则 装 先正后负 拆 先负后正 1 蓄电池拆卸拉起驻车制动器 变速器置于空挡位置 点火开关 灯光 空调等处于关闭状态 打开发动机罩 拆卸蓄电池电缆顺序为先负后正 拆下固定螺栓 取出蓄电池 拆卸蓄电池时还应该注意 未读取发动机电控单元记录的故障码之前不能拆除蓄电池连接线 不能用拆除蓄电池连接线的方法来清除故障代码 2 蓄电池安装安装蓄电池时 放置蓄电池 先固定螺栓 后安装蓄电池电缆 电缆安装顺序为先正后负 安装蓄电池还应注意 安装前应保证蓄电池端柱表面清洁 接线牢固 可靠 严禁敲击端柱 以防端柱松动造成电池渗酸 蓄电池使用中技术状况的检查主要有 电解液液面高度的检查 蓄电池放电程度检查 蓄电池端电压检查 蓄电池极柱连接状态检查 启动性能测试等 二 蓄电池使用中技术状况的检查 1 电解液液面高度的检查对于透明蓄电池 可直接目测 对于不透明蓄电池 可用玻璃管测量 将玻璃管垂直插入蓄电池的加液孔中 直到与保护网或隔板上缘接触为止 然后用手指堵紧管口并将管取出 电解液液面高出隔板上端10 15mm为正常 2 蓄电池放电程度检查蓄电池放电程度检查有两种方法 一是通过测量电解液密度判断蓄电池放电程度 二是使用高率放电计检测蓄电池放电程度 方法一 通过测量电解液密度判断蓄电池放电程度 用拇指捏住密度计橡皮球 将密度计吸管插入电解液中 缓慢松开拇指 电解液就被吸入玻璃管中 其中浮子浮起 根据浮子高度和浮子刻线之间的关系判断蓄电池放电程度 电解液处于黄色区域 说明电量充足 电解液处于绿色区域 说明电量比较充足 电解液处于红色区域则蓄电池必须充电 如图3 10所示 图3 10密度计测量放电程度 汽车电器与辅助电子系统技术及检修 图3 11高率放电计检测蓄电池空载开路电压读数 方法二 使用高率放电计检测蓄电池空载开路电压来检查放电程度 早期使用的高率放电计只能检测单格放电电池电压 这里介绍新式高率放电计 将点火开关置于关闭状态 按压高功率放电计测试开关并保持5秒后放开 待测试仪上的指针静止不动后读出读数 如图3 11所示 此读数即为蓄电池的端电压 如果电压小于12V 则需要对蓄电池进行维护 如电压小于11V 则需更换蓄电池 3 蓄电池开路端电压检查蓄电池开路端电压检查如图3 12所示 拆卸蓄电池正负连接线 使用万用表直流电压20V挡 万用表红表笔接触蓄电池正极 黑表笔接触蓄电池负极 测量读取数值 当蓄电池电压不低于12V时 蓄电池正常 当蓄电池电压低于12V时 蓄电池需要保养充电 4 蓄电池极柱连接状态检查将电压表正表笔接到蓄电池的正极桩上 电压表负表笔接到正极桩电缆线的线夹上 接通起动机 使起动机带动发动机工作 这时电压表的读数不得大于0 5V 否则说明极桩与线夹接触不良 将产生起动困难 当极桩与线夹接触不良时 若是极桩表面氧化 应清除氧化物 若是接触松动 应重新紧固线夹 5 启动性能测试用力将高率放电计触针压紧蓄电池正 负极 保持5s 当蓄电池端电压保持在9 6V以上 说明蓄电池性能良好 初充电 补充充电 预防硫化过充电 去硫化充电 三 蓄电池充电种类 1 初充电 蓄电池首次充电 指新蓄电池或修复后的蓄电池 它影响着蓄电池的使用性能 特点 充电电流小 时间长 电化学反应充分 过程 加注电解液 新电池在出厂前没有装电解液 充电前需加一定密度电解液 使液面高出极板上沿15mm 静置3 6小时 温度低于35 初充电将蓄电池接入充电机 可进行充电 为避免新蓄电池可能的硫化 造成充电过热 初充电一般应选用较小的电流 第一阶段 充电电流约为额定电流1 15 充电至电解液中有气泡逸出 且单格电压为2 4V 第二阶段充电电流减半 充电至电解液沸腾 相对密度和端电压连续3h不变时为止 全部初充电时间60 70h 较小的电流 充电电流要按规范进行 见表3 1 充电分两个阶段 表3 1初充电规范 在充电过程中 如果电解液温度上升至40oC 应将充电电流减半或停止充电 待电解液温度下降后再进行充电 蓄电池容量不足时 应进行补充充电 在下列情形下需要进行补充充电 注意事项 电解液相对密度 初充电完毕 应测量电解液相对密度 如不符合规定 应使用蒸馏水或相对密度为1 4的电解液进行调整 再充电2h 如仍不符合要求 再调整 再充电 直至符合要求 电解液温度 2 补充充电 当电解液密度下降到1 150g m3以下时或电解液不足补充蒸馏水后 冬季放电超过25 夏季放电超过50 时 第一阶段 充电电流约为额定电流1 10 充电至单格电压为2 4V 第二阶段充电电流约为额定电流1 20 充至单格电压为2 5 2 7V 电解液密度恢复到额定值 且3h保持不变 全部初充电时间13 16h 灯光比平时暗淡 起动机运转无力 按喇叭声音较小 蓄电池放置时间超过一个月 过程 补充充电按照表3 2规范进行 也分为两个阶段 补充充电完 与初充电一样检查电解液相对密度 表3 2补充充电规范 为防止硫化 每隔3个月应进行一次预防硫化过充电 方法是采用补充充电方法将蓄电池充足 中断1h 再用一半补充充电电流充至沸腾 重复进行 直至一充电蓄电池就沸腾为止 对于轻微硫化的蓄电池 可采用去硫化充电方法加以消除 方法如下 3 预防硫化过充电 直至一充电蓄电池就沸腾为止 4 去硫化充电 按20h率将蓄电池放完电 倒出电解液 加入蒸馏水冲洗数次 再加入蒸馏水 用初充电电流进行充电 当密度上升到1 15g cm3时 倒出电解液 再一次加蒸馏水继续充电 如此反复 直至密度不再上升为止 加入正常密度电解液 按照初充电方法将蓄电池充足电 以20h放电率放电检查蓄电池容量 如容量达到额定容量的80 以上 说明硫化已基本消除 即可使用 小密 终止电压1 75V中大密度 终止电压1 8V 蓄电池充电方法通常有三种 定流充电 定压充电 脉冲快速充电 所使用的设备为充电机 五 蓄电池充电方法 1 定流充电在充电过程中 使充电电流保持恒定的充电方法 恒定不是指充电电流一直不变 而是阶段性恒定 此方法应用广泛 如初充电 补充充电 和去硫化充电等 整个充电时间约需13 16h 2 定压充电在充电过程中 使充电电压保持恒定的充电方法 汽车上发电机对蓄电池的充电为定电压充电 此方法适应补充充电 不适应初充电和去硫化充电 其优点是充电速度快 充电时间短 随着蓄电池电动势的不断增高 充电电流逐渐减小 充电结束 充电电流自动减小至零 不足之处 充电电流大小不能调整 不能保证蓄电池彻底充足电 相同额定电压的蓄电池并联一起充电时 充电电压大小为支路单格数n 2 5V 整个充电时间约需4 5h 3 脉冲快速充电脉冲快速充电为循环充放电 即正脉冲充电 停充 负脉冲放电或反充 再停充 再正脉冲充电 直至充足电为止 其中 正脉冲充电为定流充电 电流为 0 8 1 C20 使蓄电池容量为额定容量60 蓄电池单格端电压为2 4V 停充时间为25ms 负脉冲放电或反充时间为瞬间 负脉冲电流峰值为1 5 3倍的正向充电电流 再停充时间为25ms 整个充电时间约需5 6h 这种方法充电 除了具有时间短优点外 还具有 去硫化 作用 不足之处 易使活性物质脱落 对蓄电池使用寿命会有一定影响 4 充电机使用常用的充电设备有硅整流充电机 晶闸管整流充电机等 充电前 将充电机的正极 红色 负极 黑色 分别接蓄电池正 负极 根据需要 选择充电方法 按照要求进行充电 蓄电池常见故障包括内部故障和外部故障 外部故障有外壳裂纹 极柱腐蚀 极柱松动 封胶干裂 内部故障有极板硫化 活性物质脱落 极板栅架腐蚀 极板短路 自行放电 极板拱曲 五 蓄电池常见故障及排除 1 极板硫化及排除极板上生成白色的硫酸铅粗晶粒的现象称极板硫化 1 危害它阻碍了电解液的扩散与渗透 使蓄电池内阻增大 以致不能给启动机提供足够大的启动电流 导致启动困难甚至启动不了发动机 轻度硫化 蓄电池内阻增大 容量变小 2 现象 严重硫化 充放电异常 充电时 单格电池电压高 可达2 8V以上 电解液密度上升慢 温度上升快 过早出现沸腾现象 放电时 内阻显著增大 电压迅速下降 不能持续供给电流 原因二 电池内液面太低 使极板上部与空气接触而发生氧化 主要是负极板 3 原因 原因一 蓄电池长期充电不足或放电后未及时充电 当温度变化时 硫酸铅发生再结晶 原因三 电解液相对密度过高 电解液不纯 外部气温剧烈变化等也会促进硫化 原因四 新电池初充电不彻底 4 故障排除 轻度硫化 用小电流长时间充电 即过充电 用全放 全充的充放电循环进行使活性物质还原 用去硫充电的方法消除硫化 严重硫化 报废 5 预防措施 保持蓄电池经常处于充满电状态 蓄电池放完电应及时补充充电 经常检查电解液液面和密度 使之符合要求 2 自放电及排除 在无负载的静态下 蓄电池电量自动消失的现象称为自放电 自放电有两种情况 正常自放电 一昼夜电量损失不超过0 7 故障性自放电 一昼夜自行放电量为2 3 或更高 1 原因 正常自放电原因 正负极板上活性物质自发溶解和还原成为硫酸铅 且硫酸浓度大 反应速度也会增大 由于极板上活性物质和栅架材料不同 电解液中会产生不同电位 形成局部电池放电 电解液杂质含量过多 不纯 蓄电池内部短路 蓄电池盖上洒有电解液 由于蓄电池长期不用 硫酸会下沉 从而造成电解液上部和下部浓度不同 在同一块极板的上下部分会形成电位差而形成自行放电 故障性放电的原因 2 故障排除为排除自放电 应将电解液倒出 取出极板组和隔板 用蒸馏水冲洗极板和隔板 重新装上极板和隔板 再加入新电解液重新充电 3 极板短路 1 现象充电过程中 电解液温度迅速上升 电压与电解液相对密度上升缓慢 放电时 蓄电池容量明显下降 2 原因隔板质量不好 极板弯曲或有杂质使正负极板相接触 活性物质在蓄电池底部沉积过多 3 故障排除拆开蓄电池 查明原因 进行清洗或更换极板 4 活性物质脱落 1 现象充电时 有棕色物质自底部上升 电解液混浊 电压上升快 过早出现沸腾现象 放电时 蓄电池容量明显下降 2 原因充电电流过大 过充时间过长 低温大电流放电 蓄电池固定不牢 受到剧烈振动 电液密度过大 腐蚀栅架 3 故障排除拆开蓄电池 进行清洗 如果活性物质脱落少 则封装后再用 如果活性物质脱落较多 则需更换极板 汽车用发电机是什么样的结构 如何工作的 常见故障有哪些 如何检测 维修与更换 任务二发电机结构与工作原理及检测维修 汽车用发电机的结构和工作的原理都差不多 图3 13所示分别为奇瑞A3和实训室的车用发电机 交流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 图3 13汽车用发电机 一 发电机的结构与工作原理 1 交流发电机结构 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2 32所示 1 转子总成 功用 转子的功用是产生旋转磁场 组成 转子由爪极 磁轭 磁场绕组 集电环 转子轴组成 思考 为什么发动机里使用滑环 当两滑环通入直流电时 通过电刷 磁场绕组中就有电流通过 并产生轴向磁通 使得爪极一块被磁化为N极 另一块被磁化为S极 从而形成六对相互交错的磁极 当转子转动时 就形成了旋转的磁场 交流发电机的磁路为 磁轭 N极 转子与定子之间的气隙 定子 定子与转子间的气隙 S极 磁轭 如图2 34所示 图2 34转子磁路 2 定子总成 功用 定子是用来产生交流电的 组成 定子由定子铁芯和定子绕组组成 从线圈产生的电动势中引出电流 要使用三个导线 将线圈连接起来 一般有二种连接法 3 整流器 作用 将定子绕组产生的三相交流电变成直流电输出 其次 可阻止蓄电池的电流向发电机倒流 1 正极管 其中心引线为二极管的正极 外壳为负极 在管壳底上一般标有红色标记 在负极搭铁的交流发电机中 三个正二极管的外壳压装在元件板的三个座孔内 共同组成发电机的正极 由一个与后端盖绝缘的元件板固定螺栓通至机壳外 作为发电机的火线接线柱 B A 或 电枢 接线柱 2 负极管 其中心引线为二极管的负极 外壳为正极 管壳底部一般有黑色标记 三个负极管的外壳压装在后端盖的三个孔内 和发电机外壳一起成为发电机的负极 4 电压调节器当发电机转速变化时 调节器用来自动控制发电机输出电压 使其保持恒定 调节器实物如图3 19所示 5 皮带轮及风扇 通常用铸铁或铝合金制成 分单槽和双槽两种 利用风扇的半圆键装在风扇外侧的转轴上 再用弹簧垫片和螺母紧固 发动机工作时发动机通过风扇皮带带动传动皮带轮转动 并传给发电机 6 前后端盖和电刷总成 端盖一般分为前端盖和后端盖两部分 起固定转子 定子 整流器和电刷组件的作用 端盖一般用铝合金铸造 一是可有效的防止漏磁 二是铝合金散热性能好 而且能够减轻发电机的质量 电刷总成由电刷 电刷架和电刷弹簧组成 电刷的作用是将电源通过滑环引人磁场绕组 由石墨制成 发电机的电刷总成有内装式和外装式之分 如图2 39所示 图2 39电刷总成 a 外装式 b 内装式 发电机工作 包括发电 整流 调压 电路还要设置保护和工作状态指示等 2 发电机工作原理 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 1 发电机发电原理 交流发电机工作原理 相应的波形如图3 23所示 图3 23发电机产生的三相交流电 三相绕组感应电动势 在汽车发电机中 利用6只二极管组成的三相桥式全波整流电路将三相交流电整流变为直流电 如图3 24所示 2 整流原理 a 知识点回顾 二极管的特性 二极管的导通原则 b 整流过程分析 1 有些高性能交流发电机 还使用六个以上二极管 2 若蓄电池的电极接反 二极管将由于大电流而烧坏 注意 整流波形图 c 发电机输出的直流电压平均值为 U 2 34E d 中性点电压 有的发电机具有中性点接线柱 如图2 46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 图2 46带中心抽头的交流发电机 UN 0 5U 3 励磁方式 交流发电机开始发电时 需由蓄电池供给励磁电流 当发电机电压达到蓄电池电压时 即由发电机自己供给励磁电流 也就是由他励转变为自励 励磁电路 励磁概念 将电源引入到磁场绕组使之产生磁场的过程称为励磁 励磁方式 交流发电机励磁方式有自励和他励两种 3 电压调节器 一 调节器的作用 发电机在汽车上是按固定的传动比驱动旋转的 其转速n随发动机转速变化而在很大范围内变化 因此 为了使发电机能提供固定不变的电压 必须采用调节器来控制电压 电压调节器 voltageregulator 可以保证交流发电机输出电压不受转速和用电设备变化的影响 使其保持稳定 以满足用电设备的需要 二 调节器的基本工作原理 工作原理分析 交流发电机输出的整流后直流电压UB正比于发电机的感应电动势E E C1n 即感应电动势E 与发电机转速n和磁通 成正比 如果要在转速n变化时 维持发电机电压恒定 就必须相应的改变磁极磁通 而磁极磁通 取决于磁场绕组电流I的大小 所以在发电机转速变化时 只要自动调节磁场绕组电流I 就能使发电机电压保持恒定 结论 电压调节器就是利用自动调节磁场电流使磁极磁通改变这一原理来调节发电机电压的 三 调节器的种类 1 触点式调节器2 电子式调节器 1 电子调节器按结构分为晶体管式 集成电路式和数字电路式 2 按安装方式分为外装式和内装式 3 按搭铁型式分为内搭铁式和外搭铁式 4 按功能的多少分为单功能型和多功能型 电磁振动式电压调节器又称触点式电压调节器 电磁振动式电压调节器因带有触点 结构复杂 电压调节精度低 触点火花对无线电干扰大 正被逐渐淘汰 晶体管式电压调节器的优点是可通过较大的励磁电流 适合于功率较大的发电机 电压调节精度高 对无线电干扰小 体积小 无运动件 耐振动 故障少 可靠性高 集成电路式电压调节器除具有晶体管式电压调节器的优点外 因为它体积特别小 可直接装于发电机内部 省去了与发电机的外部连线 因而增加了工作的可靠性 并具有防潮 防尘 耐高温性能好 价格低等优点 现在有的轿车采用车载计算机直接控制交流发电机励磁电路 控制发电机的输出电压 因而省去了电压调节器 图3 25JFT106型晶体管调节器原理图 晶体管调节器 a 接通点火开关 蓄电池 S R5 VD2 R6 蓄电池 b VT2 VT3导通 蓄电池 S F2 磁场绕组 F1 F VT3 蓄电池 他励 c 发电机发电 UB BE 自励 d UB B调 R1分压升高 VZ1导通 使得VT1导通 VT2 VT3截至 磁场绕组电流迅速减小 发电机输出电压下降 图3 26集成电路调节器 集成电路调节器 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 交流发电机的特性有输出特性 空载特性 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保持输出电压一定时 发电机的输出电流与转速之间的关系 也称负载特性或输出电流特性 通过试验可以测得输出特性曲线如图3 27所示 4 交流发电机的工作特性 图3 27交流发电机的输出特性 输出电流 转速 2 空载特性交流发电机的空载特性是指在无负荷情况下 即I 0时 发电机端电压与转速之间的变化规律 由试验可绘出空载特性曲线如图3 28所示 图3 28交流发电机的空载特性 3 外特性发电机外特性是指发电机转速一定时 其端电压与输出电流的关系 转速不一样 其端电压与输出电流的关系也不一样 这样 可以得到一组相似的外特性曲线 交流发电机的外特性如图3 29所示 图3 29交流发电机的外特性 汽车用新型交流发电机 八管交流发电机 九管交流发电机 十一管交流发电机 无刷交流发电机 5 新型交流发电机 1 八管交流发电机八管交流发电机如图3 30所示 在普通发电机基础上增加两个中性点二极管 提高发电机的输出功率 图3 30八管交流发电机电路 对中性点电压进行全波整流 发电机的功率10 15 交流发电机中性点电压为三次谐波 随着发电机转速的提高 中性点三次谐波电压也升高 2 九管交流发电机九管交流发电机如图3 31所示 在普通交流发电机整流的6只二极管外 又多装了3个功率较小的二极管 就组成了九管交流发电机 3个功率较小的二极管专门用来供给磁场电流 又叫磁场二极管 图3 31九管交流发电机充电系统电路 3 十一管交流发电机十一管交流发电机如图3 32所示 十一管交流发电机的整流器由6只大功率整流二极管 2只中性点二极管和3只励磁二极管组成 其他结构和六管交流发电机的相同 它结合了八管和九管交流发电机的优点 图3 32十一管交流发电机电路 4 无刷交流发电机无刷交流发电机的特点是将励磁绕组和电枢绕组都安装在发电机定子上 发电机内部没有电刷和集电环 从而避免了传统交流发电机由电刷和滑环造成的发电机电压不稳或不发电 车用无刷交流发电机主要有爪极式无刷交流发电机 感应子式无刷交流发电机等 图3 33国产JFW14X型爪极式无刷交流发电机外形及其分解图1 外形 2 后轴承 3 防护罩 4 元件板和硅二极管组 5 励磁绕组支架及后轴承支架 6 定子总成 7 磁轭 8 励磁绕组接头 9 励磁绕组 10 爪极及转子轴总成 11 前端盖 12 风扇叶 13 传动带轮 国产JFW14X型爪极式无刷交流发电机外形及其分解图如图3 33所示 5 带真空泵的交流发电机带真空泵交流发电机的结构与普通交流发电机的基本一样 只是结构上增加了一个真空泵 发电机发电的同时把真空罐内的空气吸出来 在真空助力制动装置的真空罐内形成真空 以满足汽车制动的需要 过电压的产生及危害产生 蓄电池不供电 只有发电机供电 开关或触点断开 危害 使电器设备损坏 蓄电池无法工作 汽车电源系统的过电压保护 6 汽车电源系统的过电压保护 图3 36稳压管保护电路 图3 37稳压管继电器保护电路 充电指示灯常有四种控制方法 一是利用交流发电机中性点进行控制 二是利用磁场二极管进行控制 三是利用二极管进行控制 四是利用集成电压调节器进行控制 7 充电指示灯控制电路 图3 38国产FT126型双联调节器充电指示灯控制电路 图3 39利用磁场二极管充电指示灯控制电路 图3 40利用二极管充电指示灯控制电路 短路 图3 41利用集成电压调节器充电指示灯控制电路 单片机进行控制 VT1控制充电指示灯 VT2控制磁场电流进行调压 发电机用途发电机型号发电机分类调节器用途调节器型号调节器分类发电机 调节器使用维护注意事项 1 发电机用途发电机是汽车电器系统的主要电源 由汽车发动机驱动 在正常工作时 它对除启动机以外的所有用电设备供电 并向蓄电池充电 根据国家汽车行业标准 汽车电器设备产品型号编制方法 QC T73 1993 规定 发电机型号由5个部分组成 第一部分为产品代号 用2或3个汉语拼音大写字母表示 交流发电机的产品代号有JF JFZ JFB JFW四种 分别表示交流发电机 整体式交流发电机 带泵交流发电机和无刷交流发电机 J F Z B W分别表示交流 发电机 整体 泵 无刷意思 2 发电机型号 第二部分为电压等级代号 用1位阿拉伯数字表示 1表示12V 2表示24V 6表示6V 第三部分为电流等级代号 用1位阿拉伯数字表示 表3 7 第四部分为设计序号 用1 2位阿拉伯数字表示 表示产品设计的先后顺序 第五部分为变型代号 交流发电机以调整臂位置作为变型代号 从驱动端看 Y表示调整臂位于右边 Z表示调整臂位于左边 调整臂在中间时不加标记 表3 7电流等级代号 3 发电机分类 普通交流发电机整体式交流发电机带泵交流发电机无刷交流发电机永磁交流发电机 按总体机构分 按励磁绕组搭铁方式分 内搭铁式外搭铁式 按其装用的二极管数量不同可分 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 按冷却方式可分 风冷式发电机水冷式发电机 图3 42交流发电机的搭铁形式 外搭铁 F1 F2均与发电机后端盖绝缘 经电压调节器搭铁 内搭铁 励磁绕组一端与发电机后端盖直接搭铁 5 调节器型号根据国家汽车行业标准 汽车电器设备产品型号编制方法 QC T73 1993 规定 发电机调节器型号由5个部分组成 第一部分为产品代号 用2或3个汉语拼音字母大写表示 代号有 FT 和 FTD 两种 分别表示发电机调节器和电子调节器 字母F T D分别为发电机 调节器 电子的汉语拼音第一个字母 第二部分为电压等级代号与交流发电机相同 用1位阿拉伯数字表示 1表示12V 2表示24V 6表示6V 第三部分为结构代号 结构代号用1位阿拉伯数字表示 第四部分为设计序号 用1 2位阿拉伯数字表示 表示产品设计的先后顺序 第五部分为变型代号 用大写字母A B 等顺序表示 但不能用O和I 7 发电机 调节器使用维护注意事项1 发电机使用注意事项 交流发电机和蓄电池搭铁极性应一致 国产交流发电机均为负极搭铁 蓄电池也必须为负极搭铁 否则会出现蓄电池经二极管大电流放电 将二极管迅速烧坏 甚至烧坏电压调节器中的电子元件 在蓄电池更换或补充充电后 要格外注意 发电机运转时 不要用试火花的方法检查发电机是否发电 否则容易烧坏二极管 发电机与蓄电池之间的导线要连接可靠 以免在电路突然断开时产生瞬时过电压 烧坏晶体管元件 发电机不发电或充电电流很小时 应及时找出故障加以排除 不应再长期继续运转 否则会引起故障范围的扩大 在6只二极管与三相绕组相连接时 绝对禁止用兆欧表检查发电机的绝缘情况 否则将使二极管击穿而损坏 发动机熄火后 应将点火开关 或电源开关 断开 以免蓄电池长时间向励磁绕组和电压调节器磁化线圈放电 浪费电能 发电机和电压调节器二者的规格型号要相互匹配 在更换半导体元件时 电烙铁的功率应小于45W 焊接时操作要迅速 并应采取相应的散热措施 以免烧坏半导体元件 在充电系统故障诊断时 不允许在发电机高速时短接调节器 这是因为如果发电机无故障 会产生高电压而损坏电器设备 2 交流发电机的维护要点 日常维护使用中的交流发电机要经常保持其外部清洁 并注意检查各接线柱有无松动的情况 汽车行驶30000km左右应对发电机拆检 维修使用高压空气吹净发电机内部的尘土 并用汽油清洗各部位存留的油垢 检查发电机各接线柱的导线是否接触良好 连接可靠 有刷发电机应注意检查和清洁其滑环 必要时用纱布磨平 打光 若磨损过度 电刷高度低于7 8mm 则应换用新电刷 对轴承进行维护时 发电机轴承应加注1 3号复合钙纳基润滑脂 且填充量不宜过多 一般为轴承空腔的2 3 否则容易因润滑脂溢出而溅落到滑环上造成与电刷接触不良 以致不能使发电机正常工作 3 电压调节器的正确使用 电压调节器与发电机的电压等级必须一致 否则充电系统不能正常工作 电压调节器与发电机的搭铁形式必须一致 电压调节器与发电机之间的电路连接必须完全正确 电压调节器必须受点火开关控制 发电机拆卸与安装交流发电机拆解与装配交流发电机检查与检测电压调节器检测充电系统故障诊断 一 发电机拆卸与安装1 发电机拆卸按照下列顺序从汽车上拆卸发电机 拆开电瓶线的负极 拆发电机上的护罩 拆下发电机上的火线和信号线 拆下固定发电机的三个螺丝 摘下发电机皮带 2 发电机安装发电机安装时按照拆卸时的相反顺序进行 二 交流发电机拆解与装配1 发电机拆解发电机拆解时应该做好记号 以便正确安装 拆解主要步骤如下 拆下电刷和调节器 拆下输出端子B 等紧固螺母 拆下后端盖上转子轴承防尘罩 拆下转子轴承的紧固螺母 拆下发电机V带轮 用拉力器 和风扇 拆下前后端盖 拆下定子总成 拆下整流器总成 2 发电机装配发电机装配时可按照拆解相反顺序进行 三 交流发电机检查与检测1 发电机零部件检查与检测转子检查转子检查包含转子表面损伤 滑环表面平整及碳粉油污等 转子断路 转子搭铁等检查 转子轴检查 转子断路 转子搭铁等检查 使用百分表检查 通过万用表测量电阻值 定子子检查包含定子表面损伤 绝缘 定子断路 定子搭铁等检查 整流器检测可使用万用表测量二极管正反电阻来判断 定子断路 定子短路 定子搭铁等检查 通过万用表测量电阻值来判断 每相绕组断路 绕组之间短路 每相绕组与定子铁芯之间的电阻 搭铁 整流器检查 定子检查 2 发电机不拆解检测 1 发电机就车输出电压检测 红笔接触蓄电池正极 黑表接触蓄电池负极 使用直流电压挡 准备工作 检查V带松紧程度并调整至正常 测试条件 打开点火开关 起动发动机 让发动机转速保持在2500r min 测试工具 万用表 测试方法 正常判断 蓄电池端电压应为14V左右 12V蓄电池 和27V左右 24V蓄电池 说明发电机工作正常 2 发电机整机检查 发电机整机检测包含各接线端子之间电阻测量 输出电压波形检测 空载电压检测 满载电流检测等 发电机各接线端子之间电阻检测 使用万用表检测 F 与 之间 与 之间 与 F 之间正反向电阻值 查阅有关手册 看是否符合要求 从而判断有没有接触不良 断路 短路现象 输出电压波形检测 输出电压波形可使用示波器进行检测 将示波器连接到发电机B端子和地之间 起动发电机 观察发电机波形并记录 发电机正常波形如图3 43所示 凡与正常波形不一样 说明发电机有问题 图3 43发电机正常波形 空载电压检测 空载电压检测可在发电机解体前在万能试验台上进行 如图3 44所示 先将开关S1闭合 励磁方式为他励 起动发电机并逐步提高转速 当电动机转速上升到500 800r min时 发电机开始自励 继续提高电动机转速 观察电压表读数变化 转速上升到额定值时 如果电压低于额定值 说明发电机有故障 开关S1闭合 发电机转速升到额定值 电压表读数达到额定值 正常 四 电压调节器检测内搭铁式电压调节器检测外搭铁式电压调节器检查 汽车电器与辅助电子系统技术及检修 图3 45用直流稳压电源检查电压调节器接线图 电源电压增加到6V左右 指示灯亮 电源电压增加到13 5 14 5V左右 指示灯熄灭 调节器调节电压 好的 五 充电系统故障诊断1 打开点火开关时 充电指示灯亮 发动机启动后 充电指示灯仍然亮原因 汽车充电系统不充电 2 汽车点火开关时 充电指示灯亮 发动机启动后 充电指示灯仍然亮 在发动机高速运行时 充电指示灯灭 原因 汽车充电系统充电电流偏小 汽车电器与辅助电子系统技术及检修 表3 9汽车充电系统充电电流偏小分析及故障排除 3 汽车运行时 经常烧坏灯泡 熔断丝等电器设备 原因 汽车充电系统充电电流过大 表3 10汽车充电系统充电电流过大分析及故障排除 4 打开点火开关时 充电指示灯不亮 对于打开点火开关时充电指示灯不亮故障 应该检查指示灯电路 主要有蓄电池 指示灯 线路 继电器等 如果完好的蓄电池在短时间内使用后就出现亏电严重 说明发电系统有问题 应检查发电机 皮带 整流器 发电机检查包括电刷 转子和定子的短路 断路 整流器中检查二极管损坏情况 5 发动机在怠速以上转速运转时 充电指示灯时亮时灭 此故障原因主要有 传动带打滑 充电线路或磁场接线柱松动 发电机内部导线连接松动 电刷与集电环接触不良 调节器不稳定 6 汽车运行时 发电机或传动带有异响此故障由发电机轴承或传动带引起 主要有 传动带打滑 轴承损坏 转子与定子之间发生碰触等 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2 53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 图2 53内搭铁调节器 3 集成电路调节器 集成电路调节器除具有晶体管调节器的优点外 还有以下特点 体积小 重量轻 因此可以直接装在发电机内部或壳体上成为整体式交流发电机的一个零件 这样可以省去调节器和发电机之间的导线 减小了线路损失 减少了线路故障 使调节器的精度可达 0 3V 工作更为可靠 耐高温性能好 可在130 高温下正常工作 更加耐振 使用寿命长 1 三接线柱式 该调节器有6个接线端子F P E三个端子用螺钉直接和发电机连接 B端用螺母固定在发电机的输出端子 B 上 IG L两个端子用金属丝引到调节器的外部接线插座上 磁场电流控制 VT1是大功率三极管 和磁场串联 由集成片IC控制VT1的导通与截止 从而控制磁场电路通断 使发电机电压得到控制 充电指示灯电路 充电指示灯串接在VT2集电极上 VT2导通充电指示灯亮 VT1截止充电指示灯熄灭 2 四接线柱式 采用四接线柱调节器的电源系统统电路原理如图2 55所示 该调节器是北京切诺基用发电机多功能调节器 它除了可以调整发电机的输出电压外 还有控制充电指示灯 为电子转速表提供转速信号等功能 图2 61四接线柱式集成电路调节器线路连