学习任务二1 交流发电机的结构与工作原理.docx

1、学习任务二1 交流发电机的结构与工作原理学习任务二 汽车交流发电机检修学习流程图：维修实例：车型：富康ZX型轿车故障症状：该车夜间开前照灯时，充电指示灯忽明忽暗；转速低时电喇叭响，转速高时不响，同时充电指示灯常亮。检修方法：充电指示灯亮，初步诊断故障区在发电机。从发电机在发动机低转速时电喇叭响，仍有前照灯的现象判断，发电机仍在发电，但发电量尚小。导致发电机发电量小的主要原因是，电刷弹力弱和电刷过度磨损。为证实此判断，运用下列检测方法检查：1）用万用表测量发电机输出电压，低速时为15V，正常；高速时反而下降至10V，显然低于规定值，电流值也很小，按动电喇叭，几乎造成发动机熄火。尝试更换电刷（电刷

2、磨损，呈异样）检测，故障依旧。2）分解发电机进行检查，发现磁场集电环磨损过甚，表面粗糙不平。经打磨磁场集电环，装复在试验机上磨合，再行清洁和更换电刷，故障即排除。该故障是由于集电环粗糙不平使其与电刷接触不良，造成发电机输出功率下降。转速越高，电刷在集电画上跳动越加剧，励磁电流减少，因而使发电机输出功率更为降低，导致点火电压减弱，发动机几近熄火。理论知识：一、硅整流发电机的作用、结构和分类1.作用发动机正常运转时（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。2.结构汽车用交流发电机是由一个三相同步交流发电机及用硅二极管组成的整流器所组成，如图2-1所示为图。三相同步交流发电机

3、由转子总成、定子总成、硅整流器、皮带轮。国产JF系列交流发电机结构：风扇、前端盖、后端盖及电刷总成等组成。1）转子总成功用：产生磁场结构：由转子轴、激磁绕组、爪形磁极和滑环等组成，如图2-2所示。由低碳钢制成的两块六爪磁极压装在转子轴上，其空腔内装有导磁用的铁心，称为磁轭。铁心上绕有励磁绕组，励磁绕组的二根引出线分别焊接在与轴 图2-1 国产JF系列交流发电机结构绝缘的两个套装在轴上的集电环上。集电环与装在后端盖内的两个电刷相接触，两个电刷通过引线分别接在两个接线柱上。这两个接线柱即为发电机的F（磁场）接线柱和“-”（搭铁）接线柱。这两个接线柱与直流电源相接时，便有电流流过励磁绕组，从而产生磁

4、场。 图2-2 发电机转子结构2）定子总成作用：产生交流电结构：由定子铁心、三相绕组组成。三相绕组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连接法两种，如图2-3所示。定子铁心由相互绝缘的内圆带嵌线槽的圆环状硅钢片叠成。嵌线槽内嵌入三相对称的定子绕组。绕组的接法有星形（即Y形）、三角形两种方式，一般采用星形连接，即每相绕组的首端分别与整流器的硅二极管相接，每相绕组的尾端接在一起，形成中性点N，如图2-4所示为定子绕组结构和星形（即Y形）连接图。 图2-3 发电机定子绕组连接 a)星形连接；b)三角形连接 图2-4 发电机定子绕组与整流器连接3）整流器作用：将交流发电机产生的三

5、相交流电变成直流电输出；阻止蓄电池电流向发电机倒流。结构：最简单的整流器由六只大功率二极管组成三相桥式整流电路，如图2-4所示。也有八只、九只和十一只二极管的整流器。即当给二极管加上正向电压，二极管正向偏置，二极管导通，呈现低阻状态；当给二极管加上反向电压，二极管反向偏置，二极管截止，呈现高阻状态。利用二极管的单向导电特性，便可把交流电变为直流电。在图2-4所示的三相桥式整流电路中。正极接绕组始端的二极管称为正极管；负极接绕组始端的二极管称为负极管。4）皮带轮利用半圆键装在前端盖外侧的转子轴上，用弹簧垫片和螺母紧固。5）风扇一般用1.5mm厚的钢板冲压而成或用铝合金铸造制成，利用半圆键装在前端

6、盖外侧的转子轴上。6）前、后端盖用非导磁性的材料铝合金制成，具有轻便、散热性好等优点。7）电刷总成型式：外装式、内装式结构：装在电刷架的方孔内，并在其弹簧的压力推动下与转子滑环保持良好的接触。两个电刷接线柱分为“B、F”接线柱或“F1、F2”接线柱。3.分类交流发电机按照不同的分类方法分为以下几类：1）按总体结构分类 （1）普通交流发电机。无特殊装置和特殊功能，使用时需要配装电压调节器。（2）整体式交流发电机，发电机和调节器制成一个整体。（3）带泵的交流发电机 发电机和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起（4）无刷交流发电机，转子上励磁绕组的通电不需要电刷（5）永磁交流发电机，转子磁极为永磁铁制

7、成的发电机。2）按整流器结构分类（1）6管交流发电机 整流器有6只硅二极管。（2）8管交流发电机 整流器有8只硅整流二极管。其中6只组成三相全波桥式整流电路，另2只是中性点二极管，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。（3）9管交流发电机 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。（4）11管交流发电机。相当于9管交流发电机的整流器加2只中性点整流管3）按励磁绕组搭铁型式分类 （1）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）（2）外搭铁型交流发电机

8、 磁场绕组的一端（负极）接入调节器，通过调节器后再搭铁。如图2-5所示 图2-5 发电机励磁绕组的搭铁 a)内搭铁发电机（EQ1092） b)外搭铁发电机（CA1092）二、交流发电机的工作原理1.交流发电机的工作原理1）交流电动势的产生当外电路通过电刷使励磁绕组通电时，励磁绕组产生磁场，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.定子绕组中便产生交变的感应电动势。由于三相绕组是对称绕制的，所以产生的三相电动势也是对称的。2）电动势有效值的表示三相绕组中每相电动势有效值的表示为：K -绕组系数(和发电机定子绕组的绕线方式有关 )N-每相绕组的匝数（单位：匝）-频率（单位

9、：Hz）-每极磁通（单位：Wb）Ce-电机结构常数E-相电动势小结：当交流发电机结构一定时（结构常数Ce 不变），相电动势E和发电机转速、磁通成正比。2.整流器的工作原理二极管具有单向导电性,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。将定子的三相绕组和6只整流二极管按电路连接，发电机的输出端B、E上就输出一个脉动直流电压。1）二极管的导通原则如下：对于三个正极管子（D1、D3、D5正极和定子绕组始端相联），在某一瞬时，正极电位最高者导通。对于三个负极管子（D2、D4、D6负极和定子绕组始端相联），在某一瞬时，负极电位最低者导通。但同时导通的管子总是两个，正、

10、负管子各一个。2）整流过程分析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，同时导通的二极管总是两个，正、负二极管各一个。例如，在t1t2时间内，只有VD1和VD4导通，其余二极管都截止，因为UuUwUv,使得三个正极管VD1、VD3、VD5中VD1的正极电压最高，所以VD1导通，三个负极二极管VD2、VD4、VD6中VD4的负极电压最低，所以VD4导通，其余二极管都截止。图2-6 整流原理a)整流电路；b)整流曲线同理，在t2t3时间内，正极管VD1和负极管VD6导通，其余二极管都截止。 （4） 中性点电压定子绕组为星形连接时，三相绕组的公共结点称为

11、中性点。从三相绕组的中性点引一根导线到发电机外，标记为“N”。“N”点电压称为中性点电压。中性点电压的瞬时值是一个三次谐波电压。平均值为发电机输出电压（平均值）的一半。三、发电机的励磁方式定义：将电流引入到励磁绕组使之产生磁场称为励磁。方式：自励、他励1.他励定义：由蓄电池供给磁场电流而发电的方式称为他励发电。发电机转速较低时，自身不能发电，需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。2.自励定义：发电机能将自身发的电供给励磁绕组而发电的方式称为自励发电。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

12、压时，发电机就能对外供电了。此状态下，发电机自励发电。小结：交流发电机励磁过程是先他励后自励。3.发电机的励磁电路 （1）内搭铁型交流发电机：励磁绕组的一端经负电刷（E）引出后和后端盖直接相连（直接搭铁）的发电机称为内搭铁型交流发电机。（2）外搭铁型交流发电机：励磁绕组的两端 (F和E)均和端盖绝缘的发电机称为外搭铁型交流发电机。四、交流发电机的工作特性定义：发电机输出的直流电压、电流与转速之间的关系，如图2-7所示。包括输出特性、空载特性和外特性。1空载特性定义：发电机空载运行时,发电机端电压与转速之间的关系。意义：由空载特性可判断发电机低速发电性能的好坏。 2输出特性定义：发电机输出电压一

13、定时，输出电流随着转速的变化规律。意义：（1）发电机空载时，输出电压达到额定值的转速n1，称为空载转速。n1常用作选择发电机与发动机传动比的主要依据。（2）发电机输出电流达到额定值时的转速n2，称为满载转速，发电机的额定电流一般规定为70%75%。（3）当转速达到一定值后，发电机的输出电流几乎不再继续增加。即发电机具有自动限制输出电流的能力。3外特性定义：当发电机转速一定时，发电机端电压与输出电流之间的关系。意义：（1）发电机转速变化时，发电机端电压有较大变化；（2）发电机转速恒定时，由于输出电流的变化，端电压也有较大的变化。因此，要使输出电流稳定，必须配用电压调节器；高速时，当发电机突然失去

14、负载时，端电压会急剧升高，这时电器设备中的电子元件将有被击穿的危险。 图2-7 发电机的特性曲线 a空载特性；b输出特性；c外特性五、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。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。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：电流等级代号也用一位阿拉伯

15、数字表示，如下表所示。代号123456789电流等级（A）19202930394049505960697079808990设计序号用12位阿拉伯数字表示，表示产品设计的先后顺序。变形代号：以调整臂位置作为变形代号，从驱动端看，调整臂在左边用表示，调整臂在右端用表示，调整臂在中间不加标记。六、电压调节器的作用、分类1.作用电压调节器的作用是，在发电机转速变化时，自动控制发电机电压并限制在某一定值内，使其不因发电机转速高而引起电压过高，烧坏用电器和导致蓄电池过充电。2.分类1）调节器按其工作原理可分为： （1）触点式电压调节器 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

16、生火花，对无线电干扰大，可靠性差，寿命短，现已被淘汰。（2）晶体管电压调节器三极管的开关频率高，且不产生火花，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。（3）集成电路电压调节器除具有晶体管调节器的优点外，还具有超小型，安装于发电机的内部减少了外接线，并且冷却效果得到了改善。（4）电脑控制电压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。2）调节器按所匹配的交流发电机搭铁类型可分为：（1）内搭铁型电压调节器适

17、用于内搭铁型交流发电机的电子调节器；（2）外搭铁型电压调节器适合用于外搭铁型交流发电机的电子调节器。七、电压调节器的工作原理交流发电机所产生的感应电动势与转子转速和磁极磁通成正比。当转速升高时，定子线圈的感应电动势增大，发电机输出端电压升高，当转速升高到一定值时，输出端电压达到限定值，要想使发电机的输出电压不再随转速的升高而上升，只能通过减小磁通来实现。磁极磁通与励磁电流成正比，因此减小磁通也就是减小励磁电流 。交流发电机电压调节器的调压原理是：当发电机转速升高时，调节器通过减小发电机励磁电流来减小磁通，使发电机的输出电压保持不变。1.晶体管式电压调节器的结构和工作原理晶体管式电压调节器又称电

18、子调节器，按所匹配的交流发电机搭铁类型分为两种，一种是内外搭铁型，另一种是内搭铁型。以外搭铁型调节器为例介绍晶体管电压调节器的结构和工作原理。（1） 电路组成：如图2-8所示。图2-8 外搭铁型电子调节器基本电路由三只电阻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。各元件的作用：电阻R3既是VT1的分压电阻，又是VT2的负载电阻电阻R1和R2组成一个分压器，两端的电压为发电机电压UB。VT2是大功率三极管（NPN型），和发电机的磁场绕组串联，起开关作用，用来接通与切断发电机的励磁电路；VT1是小功率三极管，用以放大控制信号；VD是续流二极管； 稳压管V

19、S是感受元件，串联在VT1的基极电路中，并通过VT1的发射结并联于分压电阻R1的两端，以感受发电机的输出电压；UR1电压加在稳压管VS上，R1的阻值是这样确定的,当发电机输出电压UB达到规定的调整值时,UR1电压正好等于稳压管VS的反向击穿电压。（2）工作原理:1）点火开关SW刚接通时，发动机不转。发电机不发电，蓄电池电压加在分压器R1、R2上，此时因UR1 较低不能使稳压管VS的反向击穿，VT1截止，VT1截止使得VT2导通，发电机磁场电路接通，此时由蓄电池供给磁场电流。磁场绕组电路为：蓄电池正极磁场绕组调节器F接柱三极管VT2调节器E接柱搭铁蓄电池负极。随着发动机的启动，发电机转速升高，发

20、电机他励发电，电压上升。2）当发电机电压升高到大于蓄电池电压时，发电机自励发电并开始向蓄电池充电，如果此时发电机输出电压UB调节器调节电压的上限UB2，VT1继续截止，VT2继续导通，但此时的磁场电流由发电机供给。磁场绕组电路为：发电机正极磁场绕组调节器F接柱三极管VT2调节器E搭铁发电机负极。发电机电压随转速升高迅速升高。3）当发电机电压升高到等于调节电压上限UB2时，调节器对电压的调节开始。此时VS导通，VT1导通，VT2截止，发电机磁场电路被切断，由于磁场被断路，磁通下降，发电机输出电压下降。4）当发电机电压下降到等于调节下限UB1时，VS截止，VT1截止，VT2重新导通，磁场电路重新被

21、接通，发电机电压上升。周而复始，发电机输出电压UB被控制在一定范围内。内搭铁型电压调节器与外搭铁型电压调节器基本电路有所不同，两者之间的区别是：外搭型调节器大功率三极管控制发电机励磁绕组的搭铁，而内搭铁型调节器大功率三极管控制发电机励磁绕组电源。虽然两者电路有所区别，但两种电路工作原理类似。2.集成电路电压调节器集成电路是将二极管、三极管、电阻电容等电子元件集成在一块硅基片上，制成一个独立的电子芯片。集成电路调节器的工作原理与晶体管调节器原理相同，也是根据发电机的电压信号，利用三极管的开关特性控制磁场电流来调节发电机的输出电压。因此又称IC电压调节器。IC调节器同样也有内、外搭铁之分，而且以外

22、搭铁形式居多。IC电压调节器工作过程中，内部检测电路需检测到发电机或蓄电池的电压，根据其电压的高低控制磁场电流。检测电路检测电压归属不同，调节器可分为发电机端电压检测法和蓄电池端电压检测法。（1） 发电机电压检测法 如图2-9所示图2-9 发电机电压检测法分压器R1、R2从发电机输出端（D+ 端）得到电压，稳压管VS上的电压与发电机的输出电压成正比。优点：检测电路不用导线连接，直接接在发电机输出端，连接可靠。缺点：发电机到蓄电池之间连接电阻增大时，蓄电池充电电压会降低，将出现蓄电池充电不足的现象。（2）蓄电池电压检测法 如图2-10所示分压器R1、R2从蓄电池输出端得到电压，稳压管VD1上的电

23、压和蓄电池端电压成正比。优点：直接检测蓄电池端电压来控制发电机的输出，蓄电池的充电电压有保证。缺点：当蓄电池和发电机之间的连接不可靠时，会使发电机失控。 图2-10 蓄电池电压检测法（3）集成电路调节器应用举例以天津夏利轿车发电机使用的集成电路调节器为例介绍，其电路如图2-11所示。该发电机为整体式交流发电机，调节器为内装式外搭铁型。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两个端子用金属线引到调节器的外部接线插座上。在集成片IC中有控制VT1导通和截止的电路，控制信号由p点提供，p点提供的是发电机单相电压的交流信号，其信

24、号幅值大小可反映发电机输出电压高低。当发电机输出电压低于蓄电池电压时，IC中控制电路使VT1导通，充电指示灯亮，当发电机输出电压高于蓄电池电压时，IC中控制电路使VT1截止，充电指示熄灭。 图2-11 天津夏利轿车调节器集成电路组织实践：一、技术标准和要求常用发电机各接线柱间电阻值见表2-1所示。表2-1 常用发电机各接线柱间电阻值发 电 机 型 号“F”与“E”间电阻（）“B”与“E”间电阻（）“N”与“E”或“B”间电阻（）正向反向正向反向JF11、13、15、21、132N47405010k101510kJWF14（无刷）3.53.8405010k101510k夏利JFZ15422.83

25、.0405010k101510k桑塔纳JFZ19132.83.0658010k101510k二、实训器材1.不同类型的发电机4-6只。2.拆装操作台46架及相关工具、万用表4-6套。3.万用表、弹簧秤、游标卡尺或钢板尺、拉力器、百分表各一； V形铁一对；油盆、毛刷各一，适量清洗剂、润滑脂、“00”号纱布及棉纱。4.汽车电器万能试验台2架。三、操作步骤及工作要点汽车每行驶15000KM，应检查调整驱动带的挠度；每行驶30000KM，应将交流发电机从车上拆下检修一次，主要检查电刷和轴承的磨损情况。（一）交流发电机的车上检查交流发电机在使用过程中，应按汽车的维护制度定期进行以下检查：1.检查驱动带（

26、1）检查驱动带的外观驱动带的外观检查如图2-12所示，用肉眼观察驱动带有无裂纹或磨损现象，若有则应更换驱动带。驱动带的安装应符合图2-12b）所示，如果安装如图2-12c）所示，则应更换驱动带。 图2-12驱动带的外观检查 a)检查外观；b）安装正确；c）安装错误(2)检查驱动带的挠度驱动带挠度的检查方法如图2-13所示。用100N的力压在两个传动带轮之间的驱动带的中央部位，此时驱动带的挠度应当符合规定值，新带一般为510mm，旧带（即装到车上随发动机转动过5min或5min以上时间的带）一般为714mm。具体指标应以车型手册规定为基准，挠度不符合规定应予以调整。调整方法：先用扳手松开紧固螺母

27、，然后用撬棒撬动发电机外壳进行张紧度的调整，符合要求后再拧紧紧固螺母。2.检查导线的连接(1)检查各导线端头的连接部位是否正确。(2)发电机输出（“B”）端子必须加弹簧垫圈固紧。(3)采用插接器的连接发电机，其插座与线束插头的连接必须锁紧，不得有松动现象。3.检查有无噪声由于交流发电机的电刷及轴承等有机械磨损，因此使用一段时间后容易出现轴承有明显松旷、轴承破损、轴弯曲等故障，在发电机工作时，都会发出异常的噪声。检查时，逐渐加大发动机油门，使发电机转速逐渐升高，同时监听发电机有无异常噪声，若有则应拆下发电机并解体检修。 图2-13 检查驱动带的挠度4.检查能否发电发电机能否发电，直接影响蓄电池的

28、启动性能和使用寿命。检查发电机能否发电的方法如下：(1)发动机未起动时，将万用表置于直流电压档(DCV)，用表的“”极接发电机“搭铁”端子或外壳，表的“”极接发电机的“输出”端子，记下所测的电压（即蓄电池的电压）。(2)起动发动机并将其转速升高到怠速以上的转速，此时万用表指示的电压若高于蓄电池的电压，说明发电机能发电；若万用表指示的电压低于发动机未起动时蓄电池电压，说明发电机不发电，应对发电机、调节器和充电系统线路进行全面检查。(二)交流发电机的拆卸将交流发电机从汽车上拆下时，应按下述程序进行：1.拆下蓄电池负极接线柱上的搭铁电缆接头（在配装有电源总开关的汽车上，则可不拆搭铁电缆接头，但电源总

29、开关必须处在断开位置）；2.拆下发电机上的导线接头或插接器插头；3.拆下发电机固定螺栓和皮带张力调节螺栓，并松开驱动皮带；4.取下交流发电机，并用干净棉纱擦净发电机表面的尘土和油污，以便分解与检修。(三)交流发电机解体前的检查为了判断交流发电机有无故障和故障发生在哪个部位，以便有的放矢的进行修理，提高工作效率。在发电机解体前，应先对其进行不解体检测。1.单机静态测试目前常采用的方法是：用万用表检测发电机各接线端子之间的阻值。通过所测得的电阻值正常与否来判断两接线柱之间部件和线路是否有故障。常用发电机各接线柱间电阻值见表2-2所示。表2-2 常用发电机各接线柱间的电阻发 电 机 型 号“F”与“

30、E”间电阻（）“B”与“E”间电阻（）“N”与“E”或“B”间电阻（）正向反向正向反向JF11、13、15、21、132N47405010k101510kJWF14（无刷）3.53.8405010k101510k夏利JFZ15422.83.0405010k101510k桑塔纳JFZ19132.83.0658010k101510k故障现象及原因电阻值为为，则绕组或引线连接断路电阻过小，则为励磁绕组有短路电阻过大，则为电刷与滑环接触不良电阻为0，则F接线柱搭铁或滑环之间短路正向电阻过小，则有二极管短路正向电阻过大，则有二极管断路正反向电阻均为0，则B端子搭铁或正负极管至少有一只短路正向电阻值为，“N”端子引线所连该相绕组短路或三只负二极管均断路正、反向电阻值均为0，负二极管中至少有一只短路2.试验台动态测试可在汽车电器万能试验台上进行发电机空载试验，测出发电机在空载和满载情况下发出额定电压时对应的最小转速，从而判断发电机的工作是否正