汽车电器构造电子教学导案充电系统的结构原理和故障诊断1.docx
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汽车电器构造电子教学导案充电系统的结构原理和故障诊断1
汽车电器构造电子教案充电系统的结构原理和故障诊断1
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教案用纸
任务三充电系统的结构原理和故障诊断需14学时
审阅人
授课课题
项目3.1交流放电机的结构、工作原理及工作特性
学时
4
授课时间
年月日星期第节
教学目的与要求
掌握交流发电机的基本结构及主要部件的功能；
理解交流发电机的工作原理；
了解交流发电机的工作特性和型。
教学重点
交流发电机的基本结构及主要部件的功能。
教学难点
交流发电机的基本结构及主要部件的功能。
授课方法
直观教学法，讲授法，多媒体演示,案例法
教具仪器
投影仪
教学过程、内容分析、授课提纲
附记
组织教学：
组织考勤——复习旧课——新课讲解。
复习旧课：
蓄电池的正确选用，极板硫化、活性物质脱落、自行放电、极板腐蚀等故障的原因、现象及处理方法。
讲授新课：
结构重点掌握，转子交变磁场的产生。
定子三相绕组的联接方法。
6管和9管整流原理，中性点电压和磁场电压原理和作用。
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教学内容
教学方法
手段
时间分配
教学内容及实施过程（注明：
*重点#难点？
疑点）：
一、复习、回顾
上次课学习练蓄电池的维护，蓄电池技术状况的检查和充电设备。
本次课程将讲交流发电机的基本结构及主要部件的功能以及交流发电机的工作原理。
二、导入新课
发电机是汽车电系的主要电源，由汽车发动机驱动。
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。
目前，国内外汽车上广泛使用的是硅二极管交流发电机（简称硅整流发电机）。
三、明确本次授课的目的与要求
掌握交流发电机的基本结构及主要部件的功能；理解交流发电机的工作原理。
四、讲解本次授课的具体内容
项目3.1交流发电机的结构、工作原理及工作特性
发电机是汽车电系的主要电源，由汽车发动机驱动。
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。
*3.1.1交流发电机的结构
国内外生产的硅整流发电机结构基本相同，多是由一台三相同步交流发电机和一套六只硅二极管组成的整流器所组成。
图2-22所示为国产JF132型硅整流发电机的分解图，交流发电机由转子总成、定子总成、皮带轮、风扇、前后端盖、电刷及整流器等部件组成。
图3-1JF132型硅整流发电机组件
1、三相同步交流发电机
（1）转子
图3-2转子总成
讲授法，
20分
直观教学法，
多媒体
20分钟
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教学内容
教学方法
手段
时间分配
转子总成的作用是产生旋转磁场。
它由转子轴、激磁绕组、两块爪形磁极、滑环等组成。
如图2-23所示。
在转子轴上压装有两爪极，每块爪极上各具有数目相同的鸟嘴形磁极，其空腔内装有导磁用的铁芯，称为磁轭。
其上装有激磁绕组，激磁绕组的二根引出线分别焊在与轴绝缘的两个滑环上，滑环与装在后端盖内的两个电刷相接触。
当电刷与直流电源相接时，便有电流流过激磁绕组，从而产生磁场，使一块爪极被磁化为N极，另一块为S极，形成了相互交错的6对磁极。
（2）定子
定子总成的作用是产生三相交流电动势，它由定子铁芯和定子绕组组成。
定子铁芯由相互绝缘的内圆带嵌线槽的圆环状硅钢片叠成，定子铁芯槽内嵌入三相对称绕组。
三相绕组的接法有星形、三角形两种方式，现在一般采用星形连接。
（3）传动带轮
带轮是利用皮带将发动机的转矩传给发电机的转子，通常用铝合金制成，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，再用弹簧垫和螺母紧固。
（4）风扇
风扇在发电机工作时，强制通风冷却发电机的内部，一般是用1.5mm的钢板冲制或用铝合金压铸而成，并用半圆键装在前端盖外侧的转轴上。
（5）前后端盖
端盖的作用是支承转子总成并封闭内部构造。
它由铝合金制成，铝合金为非导磁性材料，可以减小漏磁，并且轻便、散热性好。
在后端盖内装有整流器。
（6）电刷与电刷架
两只电刷装在电刷的孔内，借弹簧的压力与滑环保持接触。
目前，国产硅整流发电机的电刷有两种结构，如图2-25所示：
一种电刷的更换在发电机外部进行，称为外装式；另一种电刷的更换在电机内部进行，称内装式。
两个电刷中的一个与外壳绝缘称为绝缘电刷，其引线接到发电机后盖外部的接线柱上，成为发电机的磁场（F）接线柱。
另一个电刷是搭铁的，称为搭铁电刷。
根据激磁绕组搭铁位置的不同，发电机有内搭铁和外搭铁两种类型。
内搭铁式交流发电机，其磁场绕组一端引线用镙钉固定在发电机后端盖上（标记“-”或“搭铁”）直接搭铁；外搭铁式交流发电机搭铁引线与机壳绝缘，通过所配的调节器而搭铁。
图3-3电刷与电刷架
2、整流器
整流器的作用是把三相同步发电机产生的三相交流电变成直流电输出，以满足汽车电系的要求。
它一般由散热板和六只汽车用硅二极管接成的三相桥式整流电路所组成。
直观教学法，
多媒体
20分钟
多媒体演示,
20分钟
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时间分配
1）正极管
正极管子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字标记。
在负极搭铁的硅整流发电机中，三个正极管的外壳压装在散热板的三个孔中，这三只正极管子的外壳和散热板一起成为发电机的正极，由固定散热板的螺栓（此螺栓与后端盖绝缘）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
负极管子中心引线为二极管的负极，外壳为正极，管壳底上一般有黑字标记。
三个负极管子的外壳压装在后端盖的三个孔中，它们的三个外壳和发电机的外壳一起成为负极，如图2-26为硅二极管的安装示意图。
CA1091型汽车用硅整流发电机（属外搭铁发电机）把整流器单独装在后端盖外。
上海桑塔纳轿车用JFZ1813Z型硅整流发电机整流器也安装在后端盖外侧，只要打开塑料防尖
罩，即可取出，不需将硅整流发电机解体，维修较方便。
图3-4为硅二极管的安装示意图
八管交流发电机：
加装2只中性点二极管（用以提高交流发电机的输出功率），利用中性点电压来增加交流发电机的输出电流（增加10%）。
九管交流发电机：
增装三支激磁二极管，作用：
在交流发电机建立电压后，向磁场绕组提供磁场电流；控制充电指示灯。
如：
捷达、高尔夫、神龙、富康、依维克、小解放。
十一管交流发电机：
增加3只激磁二极管、2只中性点二极管。
如：
Santana、AUDI、丰田皇冠。
3.1.2交流发电机的工作原理
1发电原理
发电机三相定子绕组按一定规律分布在发电机的定子槽中，彼此相差120°电角度。
当激磁绕组接通直流电时即被激磁，一块爪极形成N极，另一块爪极形成S极，两块爪极相互交错形成6对磁极。
转子旋转时，激磁绕组所产生的磁场也随之旋转，形成旋转磁场，它与固定不动的定子绕组之间产生三个频率相同、幅值相等、相位互差120°电角度的正弦电动势。
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2整流原理
图3-5三相桥式整流电路和电压波形
硅整流器是利用二极管的单向导电性，将交流电转换为直流电。
在硅整流发电机中，六只硅二极管连接成三相桥式全波整流电器，如图2-30所示。
图中三个正管子D1、D3和D5的负极连接在一起，正极分别接在发电机的三相绕组的首端。
另外，三个负极管子D2、D4和D6的正极连接在一起，负极分别接在三相绕组的首端。
根据导通原则，连接在一起的几个二极管子中，正极电位最高的二极管总是优先导通，即在某一时间内，只有正极电位最高或负极电位最低的管子才能导通。
依据这一原则，可以从图2-30中的电压波形来分析整流过程。
在t＝0时UA＝0，UC为正值，UB为负值，D1、D3和D5负极电位相同，而A、B、C三点中C电位最高，D5优先导通，使三个正极管子负极的电位等于C点电位，这时D1、D3因承受反向电压而截止。
而D2、D4和D6的正极电位相同，A、B、C三点中B点电位最低，D4优先导通，使三个负极管子的正极电位等于B点电位，这时D2和D6承受反向电压而截止。
这样，C、B两点之间的线电压的瞬时值加在负载RL上。
在t1～t2时间内，A相电位最高，B相电位最低，D1和D4导通，其余4只二极管截止，A、B两点之间线电压加在负载RL上。
在t2～t3时间内，D1和D6导通，其余4管截止……
依此类推，循环反复，六只二极管轮流导通，在负载RL两端得到一个较平稳的脉动直流电压。
在硅整流发电机中，转子的爪极有一定的剩磁，当转子以一定的转速旋转时，在三相绕组中产生感应电动势，经整流器整流后通过电刷和滑环加到激磁绕组上，激磁绕组有电流通过，使磁场加强，三相绕组中的感应电动势进下提高，促使磁场进一步增强，如此反复，使硅整流发电机电动势逐渐升高。
上述过程存在的问题是，当加在硅二极管上的正向电压小于其死区电压时（约0.6V左右），二极管处于截止状态不导通，由于发电机剩磁较弱，所以发电机在低速运转时，不能建立电压，而只有在较高转速时（n＞1200／min），发电机的电压才能很快上升，完成自励过程。
为了克服硅整流发电机在低速时，不能建立电压的缺点，在发电机转速较低、发电机的端电压低于蓄电池端电压时，由蓄电池向发电机供给激磁电流（即他励），使发电机在较强的磁场下很快地建立起电压。
因此，发电机是与蓄电池并联供电的，开始时，由蓄电池供给激磁电流，当发电机电压达到蓄电池电压时转为自励，即由发电机自身供给激磁电流。
3.1.3交流发电机的工作特性
交流发动机的工作特性的含义：
指发电机经整流后输出的直流电压、电流和转
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速之间的关系。
交流发动机的工作特性的内容：
输出特性、空载特性、外特性。
1、空载特性
发电机空载运行时，发电机端电压和转速之间的关系。
如图2-31a）图所示。
从空载特性可以看出：
发电机低速充电性能的好坏；发电机的输出电压随着发电机转速的变化情况（转速升，电压升）。
图3-6a）空载特性曲线图3-6c）外特性曲线
2、输出特性
当发电机输出电压一定时，发电机输出电流随转速变化的规律称为发电机的输出特性。
对于12V系列的发电机，规定输出电压为14V；对于24V系列的发电机，规定输出电压为28V。
如图2-31b）图所示。
n1为发电机空载时，输出电压达到额定电压的转速，称为空载转速，n2为发电机达到额定功率时的转速，称为满载转速。
n1常用来作为选择发电机与发电机传动比的主要依据。
从曲线可以看出，当转速达到一定值后，发电机的输出电流几乎不再增加，具有限制输出电流的能力。
这是由于硅整流发电机的定子绕阻具有一定的阻抗，当转速升高时，尽管定子绕组中的感应电动势增加，但此定子绕组的阻抗也随转速的升高而增加，同时，定子绕组电流增加时，由于电枢反应的增强会使感应电动势下降，所以当发电机转速达到一定值时，发电机的输出电流几乎不变。
故交流发电机上无限流器。
图3-6b）输出特性曲线
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3、外特性
（1）外特性：
发电机转速一定时，发电机端电压与输出电流之间的关系。
（2）交流发电机的性能（从外特性曲线上可看出）：
①转速变化时，发电机端电压有较大的变化。
②转速恒定时，由于输出电流的变化对端电压有很大影响（必须配电压调节器使输出电流稳定）。
在汽车上，发电机是由发动机通过风扇皮带驱动旋转的，由于发动机工作时转速有很宽的范围内变化，而使发电机的转速也随之在较大范围内变化，而汽车用设备工作电压是恒定的（一般为6V或12V），因此，要求发电机工作时，输出电压应保持恒定。
以使用电设备正常工作。
所以，汽车上使用的硅整流发电机必须配用电压调节器，在发电机转速变化时，能保持发电机输出电压恒定。
③发电机高速运转，发电机突然失去负载，端电压会急剧升高—可能导致电子元器件被击穿。
3.1.4国产发电机的型号
根据中华人民共和国汽车行业标准QC/T73-1993《汽车电器设备产品型号编制方法》的规定，国产汽车交流发电机型号组成如下：
JF
□
□
□□
□
产品代号
电压等级
电流等级
设计序号
变型代号
1.产品代号
产品代号用字母表示，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.电压等级代号和电流等级代号
电压等级代号用一位阿拉伯数字表示，例：
1表示12V系统，2表示24V系统，6表示6V系统；电流等级代号也用一位阿拉伯数字表示，其含义如表2-9所示。
表3-1电流等级代号
3.设计序号
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。
4.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，调整臂在左边用Ｚ表示，调整臂在右端用Ｙ表示，调整臂在中间不加标记。
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小结：
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作业：
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