汽車電器-發(fā)電機.ppt

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汽車電器系統(tǒng),1,2,3,4,我們的任務：,問一：汽車有那幾部分構成？,問二：你對汽車電器了解 多少？,汽車電器有四個特點： 1、單線制 2、負極搭鐵 3、兩個電源 4、低壓直流供電,汽車電器的組成： 1、汽車電源 2、配電裝置 3、用電設備,,,汽車電源： 蓄電池（汽車的輔助電源） 發(fā)電機（汽車的主要電源）,汽車的主要電源：發(fā)電機,本項目主要內容：,任務一 認識發(fā)電機的構造及作用 任務二 掌握發(fā)電機和電壓調節(jié)器的工作原理 任務三 掌握發(fā)電機的拆裝與檢修 任務四 掌握充電系常見故障與排除,,,一、發(fā)電機的安裝位置,,發(fā)電機安裝在汽車發(fā)動機側面，通過皮帶與發(fā)動機曲軸相連。,發(fā)電機是汽車的主要電源，其功用是在 發(fā)動機正常運轉時，向所有用電設備（啟動機除外）供電，同時給蓄電池充電。,汽車用發(fā)電機可分為直流發(fā)電機和交流發(fā)電機，由于交流發(fā)電機的性能在許多方面優(yōu)于直流發(fā)電機，直流發(fā)電機已被淘汰。目前汽車采用三相交流發(fā)電機，內部帶有二極管整流電路，將交流電整流為直流電，所以，汽車交流發(fā)電機輸出的是直流電。,交流發(fā)電機必須配裝電壓調節(jié)器，電壓調節(jié)器對發(fā)電機的輸出電壓進行控制，使其保持基本恒定，以滿足汽車用電器的需求。,二、發(fā)電機的作用,機械能,發(fā)電機,電能,磁場,,,,1. 發(fā)動機起動后向用電設備提供電能； 2. 對蓄電池充電。,三、交流發(fā)電機的結構,發(fā)電機主要由轉子、定子、電刷、整流器、前后端蓋、風扇、皮帶輪等組成。,定子線圈,三、交流發(fā)電機的結構,,,,1．轉子,轉子的功用是產生磁場。 轉子由爪極、磁軛、勵磁繞組、滑環(huán)、轉子軸等組成。 轉子軸上壓裝著兩塊爪極，爪極被加工成鳥嘴形狀，爪極空腔內裝有勵磁繞組和磁軛。,,,滑環(huán)由兩個彼此絕緣的銅環(huán)組成，壓裝在轉子軸上并與軸絕緣，兩個滑環(huán)分別與勵磁繞組的兩端相連。,,,當給兩滑環(huán)通入直流電時，勵磁繞組中就有電流通過，并產生軸向磁通，使爪極一塊被磁化為N極，另一塊被磁化為S極，從而形成六對（或八對）相互交錯的磁極。 當轉子轉動時，就形成了旋轉的磁場。,,,定子的功用是產生交流電。又稱電樞 定子由定子鐵心和定子繞組（線圈）組成，如圖2.5所示。 定子鐵心由內圈帶槽、互相絕緣的硅鋼片疊成。,圖2.5 交流發(fā)電機定子總成及連接方式 a）定子繞組星形連接 b) 定子繞組三角形連接,2．定子,,,定子安裝在轉子的外面，和發(fā)電機的前后端蓋固定在一起，當轉子在其內部轉動時，引起定子繞組中磁通的變化，定子繞組中就產生交變的感應電動勢。,圖2.5 交流發(fā)電機定子總成及連接方式 a）定子繞組星形連接 b) 定子繞組三角形連接,,,定子繞組有三組線圈，對稱的嵌放在定子鐵心的槽中。三相繞組的連接有星形接法和三角形接法兩種，都能產生三相交流電。,,,3．整流器,整流器的功用是將定子繞組的三相交流電變?yōu)橹绷麟姟?圖2.6 交流發(fā)電機整流二極管安裝示意圖 a）焊接式 b）電路圖 c) 壓裝式 1－正整流板 2－負整流板,,,整流器由整流板和整流二極管組成，6管交流發(fā)電機的整流器是由6只硅整流二極管分別壓裝（或焊裝）在相互絕緣的兩塊板上組成的，其中一塊為正極板（帶有輸出端螺栓），另一塊為負極板，負極板和發(fā)電機外殼直接相連（搭鐵），也可以將發(fā)電機的后蓋直接作為負極板。,,,6只整流二極管分為正極管和負極管兩種。引出電極為正極的稱為正極管，3只正極管裝在同一塊板上，稱為正極板；引出電極為負極的稱為負極管，3只負極管安裝在負極板上，也可直接安裝在后蓋上。如圖2.6所示。,穩(wěn)壓二極管它的正向特性與普通二極管相同，反向特性比較特殊 穩(wěn)壓原理：當加反向電壓到一定程度是，二極管呈現出擊穿狀態(tài)，通過較大的電流卻不損壞，并且這種現象有很好的重復性，也就是說二極管只要處于擊穿狀態(tài)，此時盡管流過二極管的電流變化很大，而二極管兩端的電壓變化很小，從而起到穩(wěn)壓作用,,,穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路,,,？,,,,,,,4、電刷及組件,電刷組件由電刷、電刷架和電刷彈簧組成，如圖2.9所示。 電刷的作用： 給發(fā)電機轉子繞組提供磁場電流，兩個電刷分別裝在電刷架的孔內，借助彈簧壓力與滑環(huán)保持接觸。,圖2.9 電刷組件,,,電刷和滑環(huán)的接觸應良好，否則會因為磁場電流過小，導致發(fā)電機發(fā)電不足。,前端蓋、后端蓋是由非導磁材料鋁合金制成的，漏磁少，并具有輕便、散熱性能好等優(yōu)點。在后端蓋上裝有電刷架和電刷。,5．前、后端蓋,按結構形式分:晶體管式、集成電路調節(jié)器；按安裝方式分：外裝式、內裝式；按搭鐵形式分：內搭鐵式、外搭鐵式；按功能的多少：單功能型、多功能型。 電子式電壓調節(jié)器利用三極管的開關特性，在發(fā)電機轉速變化時，通過改變勵磁繞組電路的接通和斷開的時間比來調節(jié)勵磁電路的平均電流。,6．電子調節(jié)器,風扇及皮帶輪實物如圖所示。交流發(fā)電機的前端裝有皮帶輪，由發(fā)動機通過風扇傳動帶驅動發(fā)電機旋轉。在皮帶輪的后面裝有葉片式風扇，前后端蓋上分別有出風口和進風口。當發(fā)動機帶動發(fā)電機高速旋轉時，可使空氣流經發(fā)電機內部，對發(fā)電機進行冷卻。,7．風扇與皮帶輪,四、發(fā)電機的工作原理,● 發(fā)電機工作原理 ● 整流原理 ● 電壓調節(jié)原理,,,圖2.11 交流發(fā)電機發(fā)電原理示意圖 1－定子鐵心 2－定子繞組 3－轉子 4－勵磁繞組 5－整流二極管 6－電刷,如圖2.11所示，發(fā)電機定子的三相繞組按一定規(guī)律分布在發(fā)電機的定子槽中，內部有一個轉子，轉子上安裝著爪極和勵磁繞組。,,,當外電路通過電刷使勵磁繞組通電時，便產生磁場，使爪極被磁化為N極和S極。當轉子旋轉時，磁通交替地在定子繞組中變化，根據電磁感應原理可知，定子的三相繞組中便產生交變的感應電動勢。這就是交流發(fā)電機的發(fā)電原理。,圖2.11 交流發(fā)電機發(fā)電原理示意圖 1－定子鐵心 2－定子繞組 3－轉子 4－勵磁繞組 5－整流二極管 6－電刷,三相交流電產生,交流發(fā)電機發(fā)電原理,1. 交流電動勢的變化頻率f和轉速、磁極對數成正比 式中 －磁極對數 －發(fā)電機轉速(r/min) 在交流發(fā)電機中，由于轉子磁極呈鳥嘴形，其磁場的分布近似正弦規(guī)律，所以交流電動勢的波形也近似正弦規(guī)律，如果發(fā)電機定子的三相繞組是對稱繞制的則產生的三相電動勢也是對稱的。,,,,,,2. 三相交流發(fā)電機的感應電動勢瞬時值表達式 ： 式中 －每相電動勢的最大值 －每相電動勢的有效值 －電角速度,,,3. 定子每相電動勢的有效值的表示 式中 -繞組系數(和發(fā)電機定子繞組的繞線方式有關 ) -每相繞組的匝數（單位：匝） －頻率（單位：Hz） -每極磁通（單位：Wb） -電機結構常數（ ） -稱為相電動勢。 由此可見，當交流發(fā)電機結構一定時（結構常數 不變），相電動勢 和發(fā)電機轉速、磁通成正比。,,,,,,,,交流發(fā)電機整流原理,交流發(fā)電機定子的三相繞組中，感應產生的是交流電，是通過6只二極管組成的三相橋式整流電路整流為直流電的，整流電路如圖2.12a所示。 二極管具有單向導通性,當給二極管加上正向電壓時二極管導通, 當給二極管加上反向電壓時二極管截止。將定子的三相繞組和6只整流二極管按圖2.12a的電路連接，發(fā)電機的輸出端B、E上就輸出一個脈動直流電壓，如圖2.12c所示，這就是發(fā)電機的整流原理。,圖2.12 交流發(fā)電機整流原理 a) 整流電路圖 b) 三相繞組電壓波形圖 c) 整流后發(fā)電機輸出波形圖,1．整流原理: （1）二極管的導通原則 當3只正二極管負極端連接在一起時，正極端電位最高者導通； 當3只負二極管正極端連接在一起時，負極端電位最低者導通。 （2）整流過程的分析 同時導通的二極管管子總是兩個，正、負管子各一個。 三相橋式整流電路中二極管的依次循環(huán)導通,使得負載RL兩端得到一個比較平穩(wěn)的脈動直流電壓,如圖2.12(c)所示。,圖2.13整流二極管導通分析,2．中性點電壓 在定子繞組為星形連接時，三相繞組的公共結點稱為中性點。從三相繞組的中性點引一根導線到發(fā)電機外，標記為“N”。“N”點電壓稱為中性點電壓。 中性點電壓的瞬時值是一個三次諧波電壓,如圖2.15所示，平均值為發(fā)電機輸出電壓（平均值）的一半，即： 帶有中性點接線柱的發(fā)電機，可用中性點電壓來控制各種用途的繼電器工作。,,圖2.15 交流發(fā)電機中性點電壓波形圖,利用中性點電壓提高發(fā)電機功率 有的發(fā)電機（如夏利發(fā)電機）的整流器有8只整流管，其中兩只整流管接在中性點處（1只正極管和1只負極管），如圖2.16所示。把中性點電壓和三相繞組并聯(lián)輸出，實踐證明這樣可提高發(fā)電機功率10％～15％。 由于中性點電壓的瞬時值是一個三次諧波，其波峰在有些時候可能大于三相繞組的最高值，此時，中性點正極管VD7導通，其他三個正極管截止，由VD7供給外電路高電壓；同理，波谷也能小于三相繞組的最低值，此時，中性點負極管VD8導通，參與對外輸出，這樣就提高了發(fā)電機的對外輸出能力，提高了發(fā)電機的輸出功率。,圖2.16 具有中性點二極管的整流電路,交流發(fā)電機的激（勵）磁,除了永磁式交流發(fā)電機不需要勵磁以外，其他形式的交流發(fā)電機都需要勵磁，因為它們的磁場都是電磁場，必須給勵磁繞組通電才會有磁場產生而發(fā)電，否則發(fā)電機將不能發(fā)電。 將電流引入到勵磁繞組使之產生磁場稱為勵磁。交流發(fā)電機勵磁方式有自勵和他勵兩種。 1．他勵 在發(fā)電機轉速較低時（發(fā)動機未達到怠速轉速），自身不能發(fā)電，需要蓄電池供給發(fā)電機勵磁繞組電流，使勵磁繞組產生磁場來發(fā)電。這種由蓄電池供給磁場電流發(fā)電的方式稱為他勵發(fā)電。,2．自勵 隨著轉速的提高（一般在發(fā)動機達到怠速時），發(fā)電機定子繞組的電動勢逐漸升高并能使整流器二極管導通，當發(fā)電機的輸出電壓UB大于蓄電池電壓時，發(fā)電機就能對外供電了。當發(fā)電機能對外供電時，就可以把自身發(fā)的電供給勵磁繞組，這種自身供給磁場電流發(fā)電的方式稱為自勵發(fā)電。 交流發(fā)電機勵磁過程是先他勵后自勵。當發(fā)動機達到正常怠速轉速時，發(fā)電機的輸出電壓一般高出蓄電池電壓1～2V以便對蓄電池充電，此時，由發(fā)電機自勵發(fā)電。 不同汽車的勵磁電路各不相同，但有一個共同特點是，勵磁電路都必須由點火開關控制。交流發(fā)電機的勵磁電路如圖2.17、2.18所示。,交流發(fā)電機的勵磁,圖2.17 6管內搭鐵型交流發(fā)電機的勵磁,交流發(fā)電機的勵磁,圖2.18 11管外搭鐵型交流發(fā)電機的勵磁,發(fā)電機的分類,汽車用發(fā)電機可分為直流發(fā)電機和交流發(fā)電機，由于交流發(fā)電機在許多方面優(yōu)于直流發(fā)電機，直流發(fā)電機已被淘汰，目前所有汽車均采用交流發(fā)電機。,分類,,直流發(fā)電機,硅整流發(fā)電機,按總體結構分類,,普通硅整流交流發(fā)電機,整體式硅整流發(fā)電機,帶泵硅整流發(fā)電機,無刷硅整流發(fā)電機,永磁硅整流發(fā)電機,按總體結構分 1、普通交流發(fā)電機。這種發(fā)電機即無特殊裝置，也無特殊功能特點，使用時需要配裝電壓調節(jié)器。 2、整體式交流發(fā)電機，發(fā)電機和調節(jié)器制成一個整體的發(fā)電機。 3、帶泵的交流發(fā)電機。發(fā)電機和汽車制動系統(tǒng)用真空助力泵安裝在一起的發(fā)電機。 4、無刷交流發(fā)電機，不需要電刷的發(fā)電機。 5、永磁交流發(fā)電機，轉子磁極為永磁鐵制成的發(fā)電機。,圖2.19 交流發(fā)電機結構外型 a) JF1522A型交流發(fā)電機 b) 捷達JFZ1813型交流發(fā)電機 c）JFB1712型交流發(fā)電機,注意：交流發(fā)電機搭鐵型式不同，所配用的調節(jié)器及接線方法不同，充電系故障檢查方法也不同，使用時應予注意，否則發(fā)電機不發(fā)電，調節(jié)器不工作。,1、交流發(fā)電機的型號,第一部分為產品代號，由字母表示，如JF、JFZ、JFB、JFW,第二部分為電壓等級代號，用一位阿拉伯數字表示， 其中有： 1—12V、 2—24V、 6—6V,第三部分為電流等級代號，用一位阿拉伯數字表示， 各代號表示的電流等級見表1-5,第四部分為設計序號， 第五部分為變型代號,五、發(fā)電機的型號、拆裝及檢測與維修,2. 產品代號,產品代號用中文字母表示，例： JF——普通交流發(fā)電機 JFZ——整體式（調節(jié)器內置）交流發(fā)電機 JFB——帶泵的交流發(fā)電機 JFW——無刷交流發(fā)電機,3. 電壓等級代號,電壓等級代號用一位阿拉伯數字表示， 1表示12V系統(tǒng) 2表示24V系統(tǒng) 6表示6V系統(tǒng),發(fā)電機的性能指標,一、額定電壓 二、空載轉速 三、額定電流 四、額定轉速,2、交流發(fā)電機的工作特性,交流發(fā)電機的工作特點是轉速變化范圍大，對于一般汽油發(fā)動機來說，其轉速變化約為1：8，柴油機約為1：5，因此分析汽車用交流發(fā)電機的特性必須以轉速的變化為基礎。 交流發(fā)電機的特性有輸出特性、空載特性和外特性，其中以輸出特性最為重要。,2.1、空載特性,空載特性足指發(fā)電機空載時，發(fā)電機端電壓u與發(fā)電機轉速n之間的關系。 即：負載電流 ＝0時， 曲線。,圖1-28交流發(fā)電機空載特性,,,從曲線的上升速率和達到蓄電池電壓的轉速高低可判斷發(fā)電機的性能是否良好。,2. 2 輸出特性,當發(fā)電機輸出電壓一定時，輸出電流I與發(fā)電機轉速n之間的關系，即U為常數時，的函數關系，稱為發(fā)電機的輸出特性 。 發(fā)電機達到額定功率時的轉速稱為額定轉速n2，是判斷發(fā)電機的性能的重要指標。,由特性曲線I=f（n）可以看出,（1）空載轉速n1 發(fā)電機轉速小于一定值n1時，對外輸出電流為零。當發(fā)電機達到額定電壓并能對外輸出電流時的最小轉速為n1，稱n1為空載轉速。空載轉速常用來作為測試發(fā)電機性能的參數之一。,由特性曲線I=f（n）可以看出,（2）最大電流Imax 發(fā)電機輸出電流能力隨轉速的升高而增大，但曲越來越平坦，當轉速達到一定值時，無論轉速增加多少電流都不再增加，即一定結構的發(fā)電機具有限制最大輸出電流Imax的作用。由此可見，交流發(fā)電機自身具有限制輸出電流防止過載的能力，又稱為自我保護能力。,交流發(fā)電機自我限流的原理,交流發(fā)電機定子繞組具有一定的阻抗Z，它由繞組的電阻r及感抗XL兩部分組成， XL＝2лfL 感抗的單位是歐。 交流電的頻率f(Hz)和線圈的電感L(H),由于XL 與n成正比，故發(fā)電機定子繞組的阻抗Z隨發(fā)電機的車速升高而增加。高速時，由于R與XL相比可忽略不計， 故阻抗Z約等于XL，定子阻抗Z與轉速n成正比，其值較大，產生較大的內壓降。 定子電流增加時，由于電樞反應的增強，也會使感應電動勢下降。 兩者共同作用的結果，當發(fā)電機的轉速升高且負載電流達到最大值時，輸出電流幾乎不隨負載電阻的減小或轉速的增加而增大。,交流發(fā)電機自我限流的原理,4．發(fā)電機的檢測 ⑴ 轉子的檢測,1、轉子的檢測包括： 2、檢測勵磁繞組； 3、轉子軸和軸承的檢修； 4、滑環(huán)的檢修。,用示波器觀察出電壓波形：,1．轉子的檢修 (1) 勵磁繞組的檢修 用萬用表測量勵磁繞組的電阻，應符合標準。 每個滑環(huán)與轉子軸之間的阻值都應該是無窮大。,① 檢測勵磁繞組,檢查勵磁繞組短路和斷路故障時，萬用表置于“Ω”擋的R×1位置，表筆分別觸在兩滑環(huán)上，如圖所示。如果電阻比規(guī)定值小，說明勵磁繞組有短路故障；如果電阻無窮大，說明勵磁繞組有斷路故障。,,(2)轉子軸和滑環(huán)的檢修 轉子軸的彎曲會造成轉子與定子之間間隙過小而摩擦或碰撞，如發(fā)現發(fā)電機運轉時阻力過大或有異響，應檢查轉子軸是否有彎曲。,圖2.32 轉子軸徑向擺差的檢測,② 轉子軸和軸承的檢修,由于發(fā)電機轉子轉速很高，因此轉子與定子之間不允許有任何接觸，而轉子磁極與定子鐵心間的氣隙又很?。ㄒ话銥?.25～0.50mm，最大不超過1.0mm），所以要求轉子磁極外圓周表面對兩端軸頸公共軸線的徑向圓跳動≤0.05mm，否則應予校正或更換。,軸承的檢修 若發(fā)現發(fā)電機運轉時有異響，應仔細檢查是否因軸承的損壞而造成。,③ 滑環(huán)的檢修,滑環(huán)表面應光潔，不得有油污，兩滑環(huán)之間不得有污物，否則應進行清潔?？捎酶刹颊浩筒羶?，當滑環(huán)臟污嚴重并有輕微燒損時，可用細砂布磨光，如圖所示；若嚴重燒損或失圓，可在車床上車削修復，修復后，滑環(huán)表面粗糙度≤Ra1.60μm，滑環(huán)厚度≥1.50mm。,,2．定子的檢修 （1）定子繞組的斷路和搭鐵故障檢測 （2）定子繞組的短路故障檢測,⑵ 定子的檢測,定子繞組斷路故障可用萬用表按圖所示的方法檢查。萬用表置于“Ω”擋的R×1位置，兩表筆每觸及定子繞組的任何兩相首端，電阻值都相等并且電阻很小，說明沒有斷路故障；如果電阻無窮大，說明定子繞組有斷路故障。,,,3．整流器的檢修,3．整流器的檢修,（1）普通整流器的檢測 將二極管的引線與其他連接分離，用指針萬用表的兩個表筆分別接到二極管的引線與殼體上，測二極管的正向與反向電阻。二極管的正向電阻應符合標準值，反向電阻應10kΩ在以上,⑶ 整流器的檢測,拆開定子繞組與硅二極管的連接線后，用萬用表（R×1擋）逐個檢查硅二極管的性能。其檢查方法和要求如圖所示。測量壓在后端蓋上的二極管（負極管子）時，將萬用表的黑表筆接端蓋，紅表筆接二極管的引線，電阻值應在8～10Ω的范圍內。,,（2）整體結構的整流器檢測：,整體結構整流器的整流板、正、負硅二極管全部焊裝在一起，不可分解。右圖為本田汽車交流發(fā)電機的整流器。 檢測正極管時，將指針萬用表的紅表筆接B，黑表筆依次接P1、P2、P3、P4，均應導通；交換兩表筆后再測，均應為無窮大，否則有正二極管損壞，需更換整流器總成。 檢測負極管時將指針萬用表的黑表筆接E，紅表筆依次接P1、P2、P3、P4，均應導通；交換兩表筆后再測，均應為無窮大，否則有負二極管損壞，需更換整流器總成。,⑷ 電刷組件的檢測,電刷及電刷架應無破損或裂紋，電刷在電刷架中應能活動自如，無卡滯現象。,,充電指示燈電路故障檢測,亮,不亮,滅,不熄滅,亮,不亮,熔斷,完好,否,是,不亮,亮,課后作業(yè),1. 簡述交流發(fā)電機整流原理。 2. 簡述交流發(fā)電機各部分功用。 3. 8管、9管、11管交流發(fā)電機中分別有幾只硅整流管二極管？幾只勵磁二極管？ 4. 如何判斷交流發(fā)電機的搭鐵類型？ 5. 組成發(fā)電機整流器的二極管有何特點？,課后作業(yè),6. 通常在發(fā)電機的輸出端（B+）和搭鐵端之間并聯(lián)一個電容器，其作用是什么？ 7. 簡述電子調節(jié)器的工作原理。 8. 簡述電動汽車對蓄電池的要求。 9. 充電電流不穩(wěn)可能的原因是什么？ 10. 充電系的故障有哪些？舉例說明診斷方法。,