模块三 交流发电机及电压调节器.docx

模块三 交流发电机及电压调节器.docx

《模块三 交流发电机及电压调节器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模块三 交流发电机及电压调节器.docx（41页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

模块三交流发电机及电压调节器

课题序号

授课班级

授课课时

2

授课形式

授课章节

名称

模块三交流发电机及电压调节器

项目一发电机的认知与检修

任务一发电机的认识

使用教具

多媒体

教学目的

知识与技能：

1.了解交流发电机的作用

2.掌握交流发电机的结构及工作原理

3.识记交流发电机主要部件组成

4.掌握发电机的正确拆装工艺

过程与方法：

1.通过合作探究的学习方法，提高对发电机的结构、原理的认知

2.通过学习，学会发电机的拆装方法

情感态度与价值观：

1.激发学生对发电机结构、原理的认知的求知欲

2.培养学生严谨、细致的工作作风，以及勇于探求、踏实肯干的学习态度

教学重点

交流发电机的结构及工作原理

教学难点

交流发电机正确拆装

更新、补

充、删节

内容

课外作业

教学后记

授课主要内容或板书设计

任务一发电机的结构认知

一、交流发电机的结构

1.转子

2.定子

3.整流器

4.端盖

5.电刷组件

6.风扇

二、交流发电机的工作原理

1.发电原理

2.交流发电机的整流原理

3.发电机的励磁方式

课堂教学安排

教学过程

主要教学内容及步骤

一、交流发电机的结构

发电机的作用是将来自发动机的机械能转变成电能。

机械能通过皮带轮传给发电机。

皮带轮带动转子转动发出交流电来。

然后经二极管整流器整流变成直流电。

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，以满足汽车用电设备的需求。

交流发电机的主要部件是：

产生磁场的转子；产生交流电的定子以及整流用的二极管。

此外，还有为了产生磁场而将电流提供给转子的电刷和滑环，使转子平滑转动的轴承、冷却转子、定子及二极管的风扇。

所有这些部件均装在前后机架上。

如图3-1。

图3-1汽车交流发电机的结构

1.转子

转子是交流发电机的磁场部分，其功用是产生旋转磁场主要由转子轴、励磁绕组、两块爪形磁极、滑环等组成。

如图3-2。

图3-2交流发电机转子的结构

2．定子

定子的功用是产生交流电，也称作电枢，由定子铁心和定子绕组组成。

定子铁心一般由一组相互绝缘的且内圆带有嵌线槽的圆环状硅钢片叠制而成。

嵌线槽内嵌入三相对称的定子绕组。

如图3-3。

3-3发电机的定子结构

3.整流器

整流器的作用是：

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。

它一般有六个硅二极管接成三相桥式全波整流电路。

其整流二极管的特点是工作电流大、反向电压高。

如图3-4为整流器。

图3-4整流器

4.端盖

前后端盖用非导磁性材料铝合金制成，漏磁少，并具有轻便、散热性好等优点。

在后端盖内装有电刷架和电刷。

汽车上使用的发电机的前后端盖上通常设有通风口。

当传动带轮和风扇一起旋转时，使空气高速流经发电机内部进行冷却。

5.电刷组件

两只电刷装在电刷架的方孔内，利用弹簧的压力使其与集电环保持良好的接触。

电刷与电刷架的结构有外装式和内装式两种，其构造如图3-5所示。

搭铁电刷的引出线用螺钉直接固定在后端盖上（标记“－”），此方式称为内搭铁；如果此碳刷的引出线与机壳绝缘接到后端盖外部的接线柱上（标记F2），这种方式称为外搭铁。

图3-5电刷与电刷架

6．风扇

一般用1.5mm厚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，发电机工作时，对发电机进行冷却。

二、交流发电机的工作原理

1．发电原理

如图3-6所示，发电机定子的三相绕组按一定规律分布在发电机的定子槽中，内部有一个转子，转子上安装着爪极和励磁绕组。

当外电路通过电刷使励磁绕组通电时，便产生磁场，使爪极被磁化为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应电动势。

这就是交流发电机的发电原理。

图3-6交流发电机发电原理示意图

1－定子铁心2－定子绕组3－转子4－励磁绕组5－整流二极管6－电刷

2．交流发电机的整流原理

将交流电变成直流电的过程称作整流。

整流的方法有许多种，但是汽车交流发电机所使用的是一种即简单又有效的二极管整流法。

a）整流电路图b）三相绕组电压波形图c）整流后发电机输出波形图

图3-7交流发电机整流原理

交流发电机定子的三相绕组中，感应产生的交流电，通过6只二极管组成的三相桥式整流电路整流为直流电。

整流电路如图3-7a所示。

二极管具有单向导通性,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。

将定子的三相绕组和6只整流二极管按图3-1-7a的电路连接，发电机的输出端B、E上就输出一个脉动直流电压，如图3-1-7c所示，这就是发电机的整流原理。

3．发电机的励磁方式

将电流引入到励磁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

在发电机转速较低时（发动机未达到怠速转速），自身不能发电，需要蓄电池供给发电机励磁绕组电流，使励磁绕组产生磁场来发电。

这种由蓄电池供给磁场电流发电的方式称为他励发电。

（2）自励

随着转速的提高（一般在发动机达到怠速时），发电机定子绕组的电动势逐渐升高并能使整流器二极管导通，当发电机的输出电压大于蓄电池电压时，发电机就能对外供电了。

当发电机能对外供电时，就可以把自身发的电供给励磁绕组，这种自身供给磁场电流发电的方式称为自励发电。

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。

课题序号

授课班级

授课课时

2

授课形式

授课章节

名称

任务二发电机的检修

使用教具

多媒体

教学目的

知识与技能：

1.掌握发电机的拆装过程和方法

2.掌握发电机解体与不解体的正确检测方法

3.能进行发电机的就车检修

4.能进行发电机的拆装与检修

过程与方法：

1.通过合作探究的学习方法，掌握发电机的拆装、检测方法

2.通过学习，掌握发电机的检修方法

情感态度与价值观：

1.激发学生对发电机结构、原理的认知的求知欲

2.通过学习增强学生团结协作意识，学会尊重他人，培养5S观念

教学重点

交流发电机的结构及工作原理

教学难点

交流发电机正确拆装

更新、补

充、删节

内容

课外作业

教学后记

授课主要内容或板书设计

一、发电机的就车检测

1.发电机无负载测试

2.发电机的满载测试

二、发电机的拆装与检修

1.拆卸

2.分解

3.检查

4.组装

5.安装

三、交流发电机的正确使用

课堂教学安排

教学过程

主要教学内容及步骤

一、发电机的就车检测

发电机就车检查主要通过发电机无负荷测试发电机电压是否保持在一恒定的水平、发电机带负荷测试发电机输入电流和功率。

1.发电机无负载测试

（1）如图3-9连接电流表和电压表。

（2）关闭所有的用电设备，

（3）起动发动机保持转速2000rpm。

（4）查看电流表电流应小于10A。

（5）检测电压表电压应在13.5V与15.1V之间。

（6）如果电压大于额定值可能IC调节器有故障。

如果电压小于额定值可能除IC调节器外发电机元件有故障。

图3-9

2.发电机满载测试

无负荷测试后继续进行发电机满载测试

（1）打开用电设备，增大发电机负荷

（2）观察电流表电流。

随着用电设备增多，发电机输出电流将逐步达到最大输出电流。

达到最大输出电流后，电流基本不变。

（一般小轿车发电机最大输出电流为30A）

（3）电流不能达到发电机最大输出电流，可能发电机的发电和整流部分有故障。

二、发电机的拆装与检修

交流发电机的维护可从五方面完成，即拆卸、分解、检查、组装、安装，见图3-10。

图3-10交流发电机的五步维护法

1.拆卸

（1）脱开蓄电池负极（-）端子电缆。

如图3-11。

图3-11脱开蓄电池负极

（2）脱开发电机电缆和连接器（图3-12）

①拆卸发电机电缆定位螺母。

②断开发电机电缆。

图3-12脱开发电机电缆和连接器

（3）拆卸发电机。

如图3-13。

①传动皮带

②发电机

③支架

图3-13拆卸发电机

2.分解

（1）拆卸发电机皮带轮。

如图3-14。

（2）拆卸发电机电刷座总成。

如图3-15。

图3-14拆卸发电机皮带轮

图3-15拆卸发电机电刷座总成

（1）发电机端子绝缘体

（2）电刷座（3）后端盖

（3）拆卸发电机调节器总成。

如图3-16。

图3-16拆卸发电机调节器总成

（4）拆卸整流器。

如图3-17。

图3-17拆卸整流器

（5）拆卸发电机转子总成。

如图3-18。

图3-18拆卸发电机转子总成

（1）驱动端盖

（2）转子（3）整流器端盖

3.检查

（1）检查发电机转子总成，目视检查。

如图3-19。

①检查滑环变脏或烧蚀的程度。

图3-19检查发电机转子总成

②冲洗用布料和毛刷，清洁滑环和转子。

如果脏污和烧蚀明显，更换转子总成。

③检查滑环之间是否导通使用万用表，检查滑环之间是否导通，如图3-20。

图3-20检查滑环之间是否导通

④检查滑环和转子之间的绝缘用万用表，检查滑环和转子之间的绝缘。

见图3-21。

图3-21检查滑环和转子之间的绝缘

⑤测量滑环用游标卡尺测量滑环的外径。

如图3-22。

图3-22检查滑环外径

（2）检查带整流器的发电机座，如图3-23。

图3-23检查带整流器的发电机座

①检查整流器的二极管

·使用万用表的二极管测试模式。

·在整流器的端子B和端子P1到P4之间测量，交换测试导线时，检查是否只能单向导通。

·改变端子B至端子E的连接方式，测量过程同上。

（3）检查发电机电刷座用游标卡尺，测量电刷的长度。

如图3-24。

图3-24测量电刷的长度

4.组装

（1）安装发电机转子总成。

如图3-25。

图3-25安装发电机转子总成

（2）安装整流器端盖，用压机将整流器端盖压到驱动端盖内。

如图3-1-26。

图3-26安装整流器端盖

（3）安装发电机电刷座总成。

如图3-27。

图3-27安装发电机电刷座总成

①安装发电机电刷座尽可能使用最小的平头螺丝刀，将电刷压入电刷座，将电刷座安装到后端盖上。

②目视检查拉出螺丝刀，目视检查电刷是否碰撞到滑环。

（4）安装发电机皮带轮。

如图3-28。

当皮带轮锁止螺母拧紧后，它会随轴一起旋转。

拧紧螺母时，使用SST（专用工具）和螺母保持不动，转动轴。

安装发电机皮带轮，先安装皮带轮锁止螺母。

然后在皮带轮轴的末端安装SST1-A（发电机转子轴扳手）和SST1-B（发电机皮带轮定位螺母扳手）。

使用SST1-A在皮带轮轴一端，将SST1-A和SST1-B拧紧到指定的力矩。

力矩:

39.2N-m（400kgf-cm）

图3-28安装发电机皮带轮

将SST2卡到台钳上，然后在SST1-A和SST1-B安装到发电机上的情况下，将皮带轮锁止螺母装入SST的六角部分。

如图3-29。

图3-29将皮带轮锁止螺母装入SST的六角部分

逆时针旋转SST1-A来紧固皮带轮锁止螺母（如图3-30），然后从SST2上拆卸发电机。

图3-30紧固皮带轮锁止螺母

使SSTI-B保持不动的同时，顺时针旋转SST1-A来旋松它，然后从发电机上拆卸SST1-A和SST1-B。

如图3-31。

确认皮带轮旋转平稳。

图3-31从发电机上拆卸SST1-A和SST1-B

5.安装

（1）安装发电机。

图3-32。

·滑动轴套直到表面和托架平齐（管接头一端）

图3-32安装发电机

（2）连接发电机电缆和连接器。

（3）连接蓄电池负极端子电缆。

（4）起动发动机进行运转试验。

三、交流发电机的正确使用

交流发电机的结构简单，维护方便。

若正确使用，则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特别注意以下几点：

（1）汽车交流发电机均为负极搭铁，蓄电池搭铁极性必须与此相同，否则，蓄电池将使整流二极管立即烧坏。

（2）发电机运转时，不能用试火花的方法检查发电机是否发电，否则容易损坏二极管。

（3）一旦发现发电机不发电或充电电流很小时，就应及时找出故障并予以排除，不应再长期继续运转。

因为如果一只二极管短路，发电机就不能正常输出电压，并会导致其他二极管或定子绕组被烧坏。

（4）整流器的6只二极管与定子绕组连接时，绝对禁止用兆欧表（摇表）或22OV交流发电机检查发电机的绝缘情况，否则将使二极管击穿而损坏。

（5）发电机熄火时，应将点火开关断开，否则蓄电池将长期经磁场绕组和调节器放电。

（6）发电机与蓄电池之间的导线要连接可靠，如突然断开，将会产生过电压，易损坏电子元器件。

课题序号

授课班级

授课课时

2

授课形式

授课章节

名称

项目二电压调节器的认知与检修

任务一电压调节器的认知

使用教具

教学目的

知识与技能：

1.了解发电机电压调节器的类型、功用

2.掌握发电机电压调节器的工作原理

过程与方法：

1.通过学习了解发电机电压调节器的类型、功用

2.通过小组合作探究的学习方法，掌握发电机电压调节器的工作原理

情感态度与价值观：

1.通过学习使学生懂得尊重他人，学会倾听

2.激发学生对发电机电压调节器结构的认知，增强学习兴趣

教学重点

发电机电压调节器的工作原理

教学难点

发电机电压调节器的工作原理

更新、补

充、删节

内容

课外作业

教学后记

授课主要内容或板书设计

任务一电压调节器的认知

一、电压调节器的功用

二、电压调节器的分类

1按工作原理分

2.按所匹配的交流发电机搭铁形式分

三、发电机的电压调节器的工作原理

1.晶体管电压调节器的工作原理

2.集成电路式电压调节器的工作原理

课堂教学安排

教学过程

主要教学内容及步骤

一、电压调节器的功用

当发电机转速变化时，自动对发电机的电压进行调节，使发电机的电压稳定，以满足汽车用电设备的要求。

二、电压调节器的分类

1.按工作原理可分为：

触点式电压调节器

晶体管式调节器

集成电路调节器

电脑控制调节器

2.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

三、发电机电压调节器的工作原理

根据电磁感应原理，发电机的感应电动势为EΦ=CenΦ,即感应电动势EΦ与发电机转速n和磁通Φ成正比；发电机的空载电压U=EΦ=CenΦ,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。

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Φ。

因为磁极磁通Φ取决于励磁If电流的大小，所以在发电机转速变化时，只要自动调节励磁电流If，就能使发电机电压保持恒定。

电压调节器就是利用自动调节励磁电流使磁极磁通改变这一原理来调节发电机电压的。

1、晶体管式电压调节器的工作原理

晶体管式调节器，也称电子调节器，以稳压管作为电压感受元件，控制晶体三极管的通断来调节励磁电流If，使发电机电压保持稳定。

这种调节器没有触点，使用过程中无须保养和维护，结构简单、体积小、重量轻。

晶体管式电压调节器有多种形式，其电路各不相同，基本结构一般由2～4个晶体管、1～2个稳压管和一些电阻、电容、二极管组成。

调节器对外引出有“＋”（或“S”、“点火”）、“F”（或“励磁”）、“E”（或“搭铁”、“－”）等的接线柱或引线，分别与交流发电机等连接构成汽车电气装置的充电系统。

如图3-34所示为晶体管式调节器原理图。

图3-34晶体管式调节器基本原理图

调节器的“+”接线柱接点火开关，“F”接线柱接发电机励磁绕组，“+”和“F”之间为三极管的集电极与发射极之间形成的开关电路，“+”与“-”之间有二个电阻R1、R2组成的分压器，其O点电压正比于发电机电压，O点与放大器之间接有稳压管Dw，用来感受电压，其工作过程如下：

在发电机电压较低的情况下，分压器中间O点电压也较低，此时稳压管处于截止状态，此状态经放大器放大，给三极管的基极一个高电位信号，使三极管导通，励磁电流可以通过三极管流入发电机励磁绕组，使发电机电压上升，当电压上升到调节器电压调整值时时，O点电压升高至稳压管的击穿电压，稳压管被击穿，此信号经放大器放大后给三极管一个低电位信号，使三极管截止，切断了励磁电流，发电机无励磁电流，电压便下降，这样又使三极管导通，如此反复，使发电机的电压稳定在一调定值。

晶体管式电压调节器与内、外搭铁形式的交流发电机配套使用，也有内、外搭铁的区别，使用前一定要判断其搭铁形式，并与发电机的相应接线柱正确连接。

如图3-35为发电机和调节器的两种接线方式。

图3-35发电机和调节器的两种接线方式

a）为内搭铁式调节器装在发电机与点火开关之间，发电机励磁绕组有一端搭铁。

b）为外搭铁式调节器装在发电机励磁绕组与搭铁之间，发电机励磁绕组无搭铁端，调节器控制励磁绕组搭铁。

这两种型式的发电机与调节器不能互换，否则将会造成发电机电压失调或不发电。

2、集成电路式电压调节器的工作原理

集成电路式调节器是利用集成电路（IC）组成的调节器，可分为全集成电路调节器和混合集成电路调节器两类。

前者是将二极管、三极管、电阻、电容等电子元件同时制在一块硅基片上；后者是用厚膜或薄膜电阻与集成的单片芯片或分立元件组装而成，使用最广泛的是厚膜混合集成电路调节器。

集成电路式调节器除具有晶体管调节器的优点外，还有以下特点：

（1）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。

（2）耐高温性能好，可在130℃高温下正常工作。

（3）更加耐振，使用寿命长。

集成电路式调节器的基本工作原理与晶体管调节器完全一样，都是利用晶体三极管的开关特性控制发电机磁场电流来达到稳定发电机输出电压的目的。

也有内搭铁和外搭铁之分，而且以外搭铁使用的较多。

目前轿车上已大量采用集成电路调节器。

课题序号

授课班级

授课课时

2

授课形式

授课章节

名称

任务二电压调节器的检修

使用教具

教学目的

知识与技能：

1.了解电压调节器的正确使用方法

2.掌握电压调节器的检修方法

过程与方法：

1.通过小组探究合作的学习方法，掌握电压调节器的检修方法

2.通过学习，掌握电压调节器的搭铁形式的判定，并能正确连接

情感态度与价值观：

1.激发学生对电压调节器检修方法的兴趣

2.在学习中增强学生合作意识，培养5S观念

教学重点

电压调节器的检修方法

教学难点

电压调节器的检修方法

更新、补

充、删节

内容

课外作业

教学后记

授课主要内容或板书设计

一、电压调节器的检测

1.晶体管电压调节器的检测

（1）内搭铁式晶体管电压调节器的检测

（2）外搭铁式晶体管电压调节器的检测

2.集成电路式电压调节器的检测

（1）发电机电压检测法

（2）蓄电池电压检测法

二、电压调节器的正确使用

课堂教学安排

教学过程

主要教学内容及步骤

一、电压调节器的检测

1.晶体管电压调节器的检测

对晶体管电压调节器进行检测前，应先了解调节器的电路特点及搭铁极性，再确定相应的检测方法。

（1）内搭铁式晶体管电压调节器的检测

将可调直流电源与调节器按图3-36a所示的线路接好，再逐渐提高电源电压。

当电压达到6V左右时，指示灯亮。

继续提高电源电压，当电压达到13.5V~14.5V时，指示灯应熄灭。

此时电压即为调节器的调节电压，若指示灯不亮或发电机电压超过规定值后，灯仍不熄灭，则调节器有故障。

ab

图3-36晶体管电压调节器的测试

（2）外搭铁式晶体管电压调节器的检测

外搭铁式交流发电机工作时，磁场绕组通过调节器搭铁，具体检测线路连接如图3-2-4b所示。

由于其检测方法与内搭铁式晶体管电压调节器的检测方法完全相同，检测方法可参见内搭铁式晶体管电压调节器的检测方法。

2.集成电路式电压调节器的检测

（1）发电机电压检测法

集成电路调节器直接在发电机上检测发电机的输出电压，称为发电机电压检测法，如图3-37所示。

加在分压器R1和R2上的电压是励磁二极管输出端L的电压UL，UL=UB，因此，检测点P的电压加在稳压管VS1上，其电压与发电机的端电压UB成正比，所以该检测法称为发电机电压检测法。

图3-37发电机电压检测电路

（2）蓄电池电压检测法

如果用连接导线检测蓄电池的端电压来检测发电机的输出电压，称为蓄电池电压检测法，如图3-38所示。

加在分压器R1和R2上的电压为蓄电池端电压，由于通过检测点P加到稳压管VS1上的反向电压与蓄电池成正比，所以该检测法称为蓄电池电压检测法。

图3-38蓄电池电压检测电路

在这两种基本检测法中，前者发电机的引线可以少一根，但是发电机B到蓄电池的接线柱之间的电压降较大时，蓄电池的充电电压将会降低，使蓄电池充电不足，因此一般大功率发电机宜采用蓄电池电压检测法。

二、电压调节器的正确使用

调节器在使用中应注意以下几点：

1．调节器与发电机的电压等级必须一致，否则电源系统不能正常工作。

2．调节器与发电机的搭铁型式必须一致，交流发电机的磁场电流在调节器中的流动方向如图3-39。

图3-39磁场电流的流向

a）外搭铁发电机与调节器；b）内搭铁发电机与调节器

由图可见，对于外搭铁型发电机与外搭铁型的调节器，磁场电流是由调节器的“磁场”端子（“F”）流入，经内部的大功率三极管（NPN型三极管）后从调节器的“搭铁”（“一”）端子流出，再回到电源负极。

对于内搭铁型发电机和内搭铁型调节器，磁场电流则是由调节器“＋”端子流入，经内部的大功率三极管（PNP型）后，从调节器“F”端子流出，再经发电机磁场绕组搭铁回到电源负极。

由此可见，内搭铁型调节器只能与内搭铁型发电机配用；外搭铁型调节器只能与外搭铁型发电机配用，否则发电机无磁场电流而不能输出电压，蓄电池使用寿命会大大缩短。

当调节器与发电的搭铁型式不匹配而又急需使用时，只能通过改变发电机磁场绕组的搭铁型式，使发电机与调节器搭铁型式一致后方可配合使用。

3.交流发电机的功率不得超过调节器设计时所能配用的交流发电机的功率，因为交流发电机的功率愈大，磁场电流亦愈大（如14V750W交流发电机，其磁场电流为3～4A，14V1000W交流发电机，其磁场电流为4～5A）。

磁场电流越大，对调节器中控制磁场电流的大功率管（三极管、复合管或达林顿管）的技术要求就越高，成本也越高，大功率发电机的调节器，配小功率发电机，虽然可用，但成本较高，不经济。

而小功率发电机的调节器则不能与大功率发电机配用，一方面是调节器会因超负荷工作而使用寿命大为缩短；另一方面是控制