交流发电机及其电压调节器

时间：2023-11-04 百科知识版权反馈

【摘要】：充电系统由发电机、调节器和充电状态指示装置组成。发电机作为汽车运行中的主要电源，担负着向启动系以外所有用电设备供电的任务，并向蓄电池充电。交流发电机具有输出功率大、低速充电性能好、所配用的调节器结构简单且无整流火花、对无线电干扰小等特点，适应了现代汽车对电源的要求。交流发电机在各类汽车上广泛使用，虽然局部结构有所不同，但其基本结构都是由转子、定子、整流器和端盖四部分组成的。

任务二　交流发电机及其电压调节器

任务目标

1．通过拆卸、组装发电机，了解发电机的结构和工作原理;

2．了解电压调节器的工作原理及其与发电机的连接方式;

3．掌握发电机整体检测和解体后的检测;

4．掌握电压调节器的检测;

5．熟悉发电机常见故障的诊断方法和排除。

必备知识

1．普通发电机的结构和工作原理

汽车上虽然装有蓄电池，但蓄电池储存的电能有限，并且它在放电以后必须进行补充充电，因此，汽车上除装有蓄电池外，还必须装有充电系统。充电系统由发电机、调节器和充电状态指示装置组成。

1)交流发电机概述

发电机作为汽车运行中的主要电源，担负着向启动系以外所有用电设备供电的任务，并向蓄电池充电。目前汽车上大多采用交流发电机，交流发电机主要由三相同步交流发电机和二极管整流器组成，一般称为硅整流发电机(简称交流发电机)。由于现代汽车的各种功能越来越完善，自动化程度越来越高，导致用电设备的数量越来越多。因此，要求发电机有较大的输出功率。交流发电机具有输出功率大、低速充电性能好、所配用的调节器结构简单且无整流火花、对无线电干扰小等特点，适应了现代汽车对电源的要求。

2)交流发电机工作原理

(1)发电原理

如图1－10所示是交流发电机的工作原理图。发电机的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，且匝数相等。三相绕组的首端分别接在整流器上，其末端连在一起，呈星形连接。

图1－10　交流发电机的工作原理

当转子磁场绕组接通直流电时，产生了磁场，使转子轴上的两块爪形磁极被磁化。当转子旋转时，形成旋转磁场，磁力线被定子绕组切割。根据电磁感应原理，势必在定子三相绕组中产生频率相同、振幅相等、相位互差120°的正弦交流电动势。每相绕组的电动势的有效值E与转子转速n以及磁极磁通Φ成正比，即:

E=C_enΦ

式中：E——每相绕组中电动势的有效值(V);

　　　C——电机结构常数;

　　　n——转子转速(r/min);

　　　Φ——每极磁通(Wb)

(2)整流过程

整流器是利用硅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，将六只硅二极管连接成三相桥式全波整流电路，如图1－11(a)所示。

在图1－11(a)中三个正极管子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。整流过程如1－11(b)图所示。

图1－11　三相桥式整流及电压波形

在t=0时，U_A=0，U_C为正值，U_B为负值，D₅、D₄导通，其余4管截止。其电路为:电枢绕组e_c→c→D₅→“+”→R→“－”→D₄→B→电枢绕组e_B→电枢绕组e_c。

在t₁～t₂时间内，U_A最高，U_B为最低，D₁、D₄导通，其余4管截止。其电路为:电枢绕组e_A→A→D₁→“+”→R→“－”→D₄→B→电枢绕组e_B→电枢绕组e_A。

在t₂～t₃时间内，U_A最高，U_C最低，D₁、D₆导通，其余4管截止。其电路为:

电枢绕组e_A→A→D₁→“+”→R→“－”→D₆→C→电枢绕组e_c→电枢绕组e_A。

在t₃～t₄时间内，U_B最高，U_C最低，D₃、D₆导通，其余4管截止。

……

以此类推，循环反复，六只管子轮流导通，在负载R两端得到较平稳的脉动直流电压，如图1－11(c)所示。

(3)励磁方式

交流发电机磁场绕组的励磁方式有两种，一种是由蓄电池供电，称为他励;另一种是由发电机自身所发电能供电，称为自励。当发电机转速很低时，须采用他励方式。这是因为转子上的剩磁场很弱，在低转速下产生的电动势低于二极管导通电压，发电机不能自励发电，此时必须由蓄电池供给发电机磁场绕组电流，使发电机具有较强的磁场，迅速提高发电机的电动势。当发电机的转速达到一定值后，发电机端电压大于蓄电池电压时，发电机能够向蓄电池充电的同时向自己的磁场绕组提供励磁电流。发电机由他励发电转为自励发电的过程，是交流发电机低速充电性能好的根本原因。

3)发电机分类

(1)按总体结构分

①普通交流发电机。

②整体式交流发电机。内装电子调节器的交流发电机。

③无刷交流发电机。没有电刷和集电环(滑环)结构的交流发电机。

④带泵交流发电机。带真空制动助力泵的交流发电机。

⑤永磁交流发电机。即转子磁极采用永磁材料制成的交流发电机。

(2)按整流器结构分(如图1－12所示)

①六管交流发电机。整流器由六只整流二极管组成三相桥式全波整流电路的交流发电机。

②八管交流发电机。整流器总成由八只二极管组成的交流发电机，能够提高发电机的输出容量。

③九管交流发电机。在六管交流发电机的基础上，增加了三只专用励磁整流二极管。

④十一管交流发电机。综合了八管发电机和九管发电机的特点。

1－12　交流发电机分类图

(3)按磁场绕组搭铁形式分(如图1－13所示)

①内搭铁型交流发电机。发电机磁场绕组的一端与发电机壳体连接的交流发电机。

②外搭铁型交流发电机。磁场绕组的一端经点火开关接电源，另一端经调节器后搭铁的交流发电机。

图1－13　交流发电机的搭铁形式

4)交流发电机的结构

(1)普通交流发电机的构造

交流发电机在各类汽车上广泛使用，虽然局部结构有所不同，但其基本结构都是由转子、定子、整流器和端盖四部分组成的。如图1－14所示为EQl090(EQl40)型载货汽车所用的JFl32型交流发电机的分解图，如图1－15所示为其结构剖视图。

图1－14　交流发动机结构

1—后端盖　2—滑环　3—电刷　4—电刷弹簧　5—电刷架　6—磁场绕组　7—定子绕组　8—定子铁心　9—前端盖　10—风扇　11—驱动带轮

图1－15　JFl32型交流发电机的结构剖视图

①转子总成。转子总成的作用是产生磁场，它由两块爪极、磁场绕组和滑环等组成。两块爪极(各具有六个鸟嘴形磁极)压装在转子轴上，在两块爪极的空腔内装有磁轭，磁轭上绕有磁场绕组，如图1－16所示。磁场绕组的两引出线分别焊接在与轴绝缘的两个滑环上，两滑环之间彼此绝缘，滑环与压装在后端盖上的两个电刷相接触。当两个电刷与直流电源接通时，磁场绕组中便有电流流过，并产生轴向磁通，使一块爪极磁化为N极，另一块爪极磁化为S极，从而形成六对磁极。

交流发电机的磁路如图1－17所示。当点火开关SW接通时，磁场绕组中就有电流流过，流经磁场绕组的电流称为磁场电流。磁场电流在转子铁心中产生轴向磁通，磁力线穿过的路径(称为导磁回路或磁路)如图中箭头方向所示，其磁路为铁心→N极→转子与定子间的气隙→定子→定子与转子间的气隙→S极→铁心。转子磁极制作成鸟嘴形，可使定子绕组感应产生的交流电动势近似于正弦曲线波形。

图1－16　交流发电机转子

由导磁回路可见，在设计交流发电机时，必须保证转子相邻异性磁极间的气隙大于转子与定子间的气隙，以使磁力线穿过定子铁心，定子绕组才能切割磁力线而产生感应电动势。

1—铁心(磁轭)　2—磁场绕组3、　6—N·S极　4—定子铁心　5—三相绕组　7—漏磁　8—转子轴

图1－17　交流发电机的磁路

②定子总成。定子的作用是产生感应电动势，它由定子铁心与定子绕组组成。定子铁心由内圆带槽的环状硅钢片叠压而成，三相定子绕组对称安放在定子铁心槽内。为了在三相绕组中产生大小相等、频率相同、且相位互差120°的对称电动势，每相绕组的线圈个数及每个线圈的匝数都是完全相同的。三相绕绕组的连接方法可以分为星形接法和三角形接法两种，如图1－18所示。星形接法有低速充电性能好的优点，所以目前车用交流发电机多采用星形接法。

图1－18　定子绕组的连接方法

三角形接法的优点是发电机内部损失小，在高转速时能产生较大的输出电流，主要用在高转速时要求有高输出功率的交流发电机上，如神龙富康轿车等。三角形接法的缺点是低转速时输出电压较低。

③整流器。交流发电机整流器的作用是把交流发电机定子绕组产生的三相交流电转换成直流电。它一般由六只整流二极管和散热板组成(如图1－20所示)。交流发电机用的整流二极管分为正极二极管和负极二极管两种。正极二极管的中心引线为正极，外壳为负极，管壳底部一般有红字标记。三只正极管的外壳压装或者焊接在铝合金散热板的三个孔中，共同组成发电机的正极。由固定散热板的螺栓通至外壳外(注意:元件板与外壳绝缘)，作为交流发电机的输出接线柱“B”(或标“+”或“电枢”字样的)。负极二极管的中心引线为负极，外壳为正极，管壳底部一般有黑字标记。三只负极二极管的外壳压装或焊接在另一散热板上(此板与后端盖相接)，或者直接压装在后端盖的三个孔中，和发电机的外壳共同组成发电机的负极，如图1－19所示。

1—正整流板　2—负整流板

图1－19　二极管安装示意图

目前整流器总成大多数都装于交流发电机后端盖的外侧，在整流器总成外面再加装一个用薄铝板或薄铁板冲压而成的防护盖。这与整流器总成装于交流发电机后端盖内侧相比具有两大优点:一是便于散热冷却;二是便于维修。

图1－20　散热板总成

图1－21　电刷及电刷架

④前、后端盖。交流发电机端盖的作用是支承转子总成并封闭内部构造。前、后端盖均用铝合金铸造而成，其上制有通风口，用以通风散热。铝合金为非导磁材料，可以减少漏磁，提高发电的效率。此外还有质量轻、散热性能好的优点。前、后端盖中心装有滚珠轴承，用以支承转子总成。后端盖内还装有电刷与电刷架，两只电刷装在电刷架中的导孔内，凭借弹簧的弹力使其与滑环保持接触。目前国产电刷架多采用外装式，电刷的拆装在发电机外部进行，维护操作简便，如图1－21所示。

两个电刷中一个与外壳绝缘的称为绝缘电刷，其引线接到发电机后端盖外部的接线柱“F”上，成为发电机的磁场接柱。另一个电刷是搭铁的，称为搭铁电刷。搭铁电刷的搭铁方式有两种:引线用螺钉固定在后端盖上(标记为“一”)直接搭铁，即内搭铁;搭铁引线与机壳绝缘接到后端盖外部的绝缘柱上(标记为“F”)通过调节器后接铁，即外接铁。

⑤皮带轮及风扇。带轮的作用是利用传动带将发动机的转矩传递给发电机的转子轴。风扇的作用是在发电机工作时强制通风冷却发电机定子和转子，如图1－22所示。

图1－22　发电机的通风

(2)无刷交流发电机的构造特点

普通交流发电机因为有电刷和滑环的长期接触，磨损、烧蚀现象难以避免，会造成励磁电流不稳定或不发电等故障，增加了维修工作量。而采用无刷交流发电机，将励磁线圈固定在定子上，避免了励磁电流的动态接触，故省去了滑环和电刷，使结构简单，减少了故障，提高了工作可靠性。其构造如图1－23所示。

1—外形　2—后轴承　3—防护罩　4—元件板及硅二极管组

5—磁场绕组支架及后轴承支架　6—定子总成　7—磁轭　8—磁场绕组接头

9—磁场绕组　10—爪极及转子轴总成　11—前端盖　12—风扇叶　13—传动皮带

图1－23　国产JFWl4X型爪极式无刷交流发电机外形及其分解图

车用无刷交流发电机分为爪极式和永磁式两类。目前使用最多的是爪极式无刷交流发电机。如图1－24所示为爪极式无刷交流发电机的磁路示意图。其特点是励磁绕组4通过磁轭托架3固定在后端盖6上。两个爪极中只有一个爪极9直接固定在发电机转子轴上，另一个爪极5常用的固定方法有两种，一种方法是用非导磁材料焊接(如铜焊焊接)固定在爪极9上;另一种方法是用非导磁连接环固定在爪极9上。当驱动带轮带动转子轴转动时，一个爪极就带动另一爪极在定子内一起转动。在爪极9的轴向制有一个大圆孔，磁轭托架由此圆孔伸入爪极的空腔内。在磁轭托架与爪极以及与转子磁轭之间均需留出附加间隙G₁、G₂，以便转子自由转动。

1—转子轴　2—磁轭　3—磁轭托架　4—励磁绕组　5—爪极

　6—后端盖　7—定子铁心　8—电枢绕组　9—爪极　10—前端盖

图1－24　爪极式无刷交流发电机的磁路

当磁场绕组中有直流电流通过时，其主磁通路径由转子磁轭出发，经附加间隙G₂→磁轭托架→附加间隙G₁→左边爪极的磁极N→主气隙G→定子铁心→主气隙G→右边的磁极S→转子磁轭形成闭合回路。

由主磁通路径可见:爪形磁极的磁通是单向通道，即左边爪极的磁极全是N极，右边的爪极的磁极全是S极，或者相反。这样在转子旋转时，磁力线便交替穿过定子铁心，定子槽中的三相绕组就会感应产生交变电动势，形成三相交流电，经整流器整流后变为直流电供用电设备使用。

爪极式无刷交流发电机的优点是:结构简单、维护工作量少，工作可靠性高，可在潮湿和多尘环境中工作，工作时无火花，减小了无线电干扰。其缺点是:两块爪极之间联接的制造工艺要求高。此外，由于主磁通路径中增加了两个附加间隙，因此在输出功率相同的情况下，必须增大通过磁场绕组的电流，这对控制磁场电流的调节器就提出了更高的要求。

2．电压调节器的功用及工作原理

交流发电机电压调节器的功用是:当发电机转速变化时，自动调节发电机输出电压在一定范围内保持相对恒定，防止输出电压过高而损坏用电设备和避免蓄电池过量充电。

1)发电机调节器的调压原理

汽车上的交流发电机是由发动机按固定传动比驱动旋转的，其转速高低取决于发动机的转速。由交流发电机每相绕组产生的感应电动势U=E=C_enΦ。可知:(式中:C——电机结构常数;n——转速〔r/min〕;Φ——每极磁通〔Wb〕。)

每相绕组的感应电动势E的大小与发电机转速n和每极磁通Φ的乘积成正比。

在汽车行驶过程中，发动机转速随机发生变化(桑塔纳轿车交流发电机可在0～16000r/min范围内变化)，因此发电机输出电压必然随着发动机转速的变化而变化。若发电机端电压变化无常，将使车上用电设备无法正常使用，甚至烧坏用电设备，造成故障。

发电机调节器如何调节发电机输出电压?根据U=E=C_enΦ，可以通过调节磁场电流，使磁极磁通强度改变;或发电机转速改变时，反向调节磁场电流，从而使发电机输出电压保持相对恒定。即:恒定E=C_en↓Φ↑;恒定E=C_en↑Φ↓。

图1－25　发电机调压过程

当发动机转速一定时的电压调节过程如图1－25所示。当发电机转速n达到一定值(即:n=C_e=常数)，其输出电压U达到调节电压上限U₂时，调节器开始进行调节并使磁场电流I_c减小，因此磁通Φ减弱，电动势E下降，输出电压随之下降。当输出电压降到调节电压下限值U₁时，调节器又进行调节并使磁场电流I_c增大，因此磁通Φ增强电动势E升高，输出电压随之升高;当输出电压升高到调节电压上限值U₂时，调节器重复上述过程，使发电机输出电压U在调节电压上下限U₁、U₂之间脉动，从而保持平均电压U相对恒定。上述电压调节过程可简要表达为:

各种调节器都是通过调节磁场电流使磁极磁通改变来控制发电机的输出电压。晶体管调节器调节磁场电流的方法是:利用三极管的开关特性，使磁场电流接通与切断来调节发电机励磁电流，从而使发电机的输出电压保持恒定。

2)晶体管调节器的工作原理

(1)晶体管调节器的优点

电磁振动式电压调节器现已基本淘汰，取而代之的是晶体管电压调节器和集成电路电压调节器(两者本质基本一致，只是体积大小差异)。晶体管电压调节器较之电磁振动式电压调节器有如下优点:

①结构简单，工作可靠，故障少。

②用晶体三极管开、关电路，速度快，时间短，调节的电压稳定，脉动小。

③晶体管开关无触点火花，对无线电设备干扰大为减少。

④晶体管电压调节器的工作寿命是触点式调节器的2～3倍。

(2)晶体管调节器的工作过程

虽然晶体管调节器种类繁多，但其基本工作原理相同。晶体管调节器大多采用NPN型三极管制成，与外搭铁式交流发电机匹配。晶体管调节器电压调节值在制造时已调试精确，其整体结构封闭装配，使用时已无法调整。14V调节器的调压值一般为13．5～14．5V之间，28V调节器调压值一般为27～29V之间。晶体管调节器基本电路如图1－26所示，工作过程如下:

图1－26　外接铁式晶体管调节器基本电路

①接通点火开关SW，当发电机未转动或转速n较低，电压U低于蓄电池电动势时，蓄电池电压经SW加在分压电阻R₁、R₂两端。由于发电机的端电压低于调节电压上限，因此R₁上的分压值U_R1小于稳压管VS的电压U_w与U_be之和，VS处于截止状态，三极管因无基极电流处于截止状态。此时蓄电池经点火开SW和电阻R₃向VT₂提供基极电流，使VT₂导通，接通励磁电路，其路径为:蓄电池正极→发电机励磁绕组→发电机“F”接柱→调节器“F”接线柱→三极管VT₂c→(e)→调节器“E”接线柱→搭铁→蓄电池负极。若此时发电机转动发电，其电压随着转速升高而升高。

②当发电机电压上升到高于蓄电池电动势但低于调节电压上限时，VS、VT₁仍截止，VT₂仍导通，励磁电流由发电机自己供给，此励磁电路为:发电机正极→发电机励磁绕组→发电机“F”接线柱→调节器“F”接线柱→三极管VT₂(c→(e)→调节器“E”接线柱→搭铁→发电机负极。

③当发电机电压随转速升高到调节电压上限值时，稳压管VS导通，其工作电流从三极管VT₁的基极流入，发射极流出。VT₁饱和导通时，VT₂的发射结被短路，流过R₃的电流经VT₁集电极和发射极构成回路，因此VT₂无基极电流而截止，励磁电流I₁被切断，磁极磁通迅速减少，发电机电压U迅速下降。

④当发电机电压降到调节电压下限值时，稳压管VS截止，VT₁随之截止，VT₁的集电极电位升高，发电机又经R₃向VT₂提供基极电流，VT₂导通，接通励磁电流I₁，磁极磁通增多，发电机电压U重新升高，调节器重复步骤③和④的工作过程，将发电机电压控制在一定的范围。其平均值就是调节器的调节电压值。

在三极管VT₂由导通转为截止瞬间，磁场绕组产生的自感电动势经续流二极管VD构成回路放电，防止三极管VT₂被击穿损坏。

(3)集成电路调节器

集成电路调节器(IC电路调节器)，具有质量轻、体积小、调压精度高(为±0．3V)、耐振动、寿命长、可以直接装在交流发电机内、接线简单等优点，所以被广泛应用于现代汽车交流发电机上。集成电路调节器的基本工作原理与晶体管调节器完全一样，都是根据发电机的电压信号(输入信号)，利用三极管的开关特性控制发电机的磁场电流，以达到稳定发电机输出电压的目的。集成电路调节器也有内、外搭铁之分，而且以外搭铁式居多。

任务实施

1．考核标准

电源系技能考核评分表

(续表)

交流发电机的拆装

1．任务内容

(1)普通交流发电机的拆装;

(2)整体交流发电机的拆装;

(3)通过拆装来加深对交流发电机构造及工作原理的理解。

2．相关设备

(1)汽车用普通交流发电机、整体交流发电机各若干台;

(2)发电机固定架、开口扳手、梅花扳手、螺丝刀、尖嘴钳、烙铁、拉玛等手工具若干套;

(3)洗件盆、清洗剂、毛刷、清洁的棉纱、“00”号砂布、粉笔等;

(4)1～3号复合钙钠基润滑脂。

3．注意事项

(1)拆装实习前认真复习有关内容，熟悉硅整流发电机拆装操作顺序;

(2)严格按照拆装步骤，顺序操作，正确使用工具;

(3)拆装过程中零部件顺序摆放，不得丢失、损坏和漏装;

(4)遵守安全操作规程和实习纪律，拆装中有问题应及时向指导教师报告;

(5)养成文明生产的习惯，拆装完后，应清洗、整理好所有工具。

4．实施步骤

解体前，首先应将待拆的发电机表面清洁干净，然后做以下外观检查:

第一，手持皮带轮试前轴承轴向及径向间隙;

第二，转动转子，检查轴承阻力、噪声以及转子与定子之间有无摩擦声及异响，当发现阻力较大时，可拆除电刷再试，以确定阻力是来自于电刷还是轴承;

第三，转动转子轴，目视检查皮带轮的摆差大小，以判断转子轴是否弯曲;

第四，检查外壳、挂脚等处有无裂纹及损坏。

各种型号硅整流发电机的拆装方法基本相同，下面以解放CAl090型载货汽车用JF152D型硅整流发电机和桑塔纳JFZl913Z型交流发电机为例，说明解体与安装的步骤。

1)普通型(JF152D)发电机的解体与装复

(1)拆下电刷盖板，用螺丝刀取出电刷。

(2)拆下后轴承盖及油封，旋下转子轴紧固螺母;

(3)拆下前、后端盖的紧固螺钉，使装有转子的前端盖与装有定子的后端盖分离，并在前后端盖及定子铁芯上同作一记号，以便装复时用;

(4)拆下皮带轮紧固螺母，取下皮带轮、风扇、半圆键，使转子与前端盖分离，注意不要使定子线圈引线拉断;

(5)拆下前轴承盖，取出前轴承;

(6)拆下后端盖上的防护罩;

(7)拆除元件板上的定子线圈线端的连接螺母与中性线线端的连接螺母，使定子与元件板(散热板)分离，取出定子总成。

(8)拆下后端盖上紧固元件板总成的螺母与电枢接线柱的紧固螺母，取下元件板总成。

在解体过程中，不能用手槌敲击转轴，使转子和前端盖、定子和后端盖分离。若遇转子轴与轴承配合过紧时，应当使用拉力器拆卸，如无拉力器，可用木槌轻击使之分离。

(9)发电机的装复:

装复发电机时，按上述解体相反顺序进行，但应注意，首先在轴承中加1～3号复合钙钠基润滑脂，但轴承内填充润滑脂的量不宜过多，以免易发生溢出而溅在滑环上，造成电刷接触不良。

2)整体式交流发电机解体与装复

桑塔纳JFZl913Z型交流发电机的解体顺序如下(如图1－27所示):

图1－27　JFZl913Z交流发电机结构

先从车上拆下发电机。用专用扳手固定发电机V形带轮，旋下紧固螺母，发电机即可拆下，如图1－28所示。

1—V形带轮　2—发电机　3，4，5—支架

图1－28　发电机从车上拆下

发电机的分解步骤如下:

(1)拆下接线柱固定螺母，拆下防护罩固定螺钉，取下防护罩。

(2)拆下固定电刷组件和调节器总成的两个固定螺钉，取下电刷和调节器。

(3)分别用直径14mm和8mm的套筒扳手拆下输出端子(B+)和磁场输出端子(D+)上的紧固螺母。

(4)拆下绝缘架固定螺钉，取下绝缘架。

(5)拆下防干扰电容器固定螺钉，拔下电容器引线插头，取下电容器。

(6)拆下前、后端盖连接螺栓(6个)，分离前、后端盖，使装有转子的前端盖与装有定的后端盖分离。

(7)拆下换向器总成固定螺钉(6个)，从前端盖上取下换向器与定子总成。

(8)用(30～50)W/220V电烙铁焊开定子绕组引线与整流二极管引出电极间的四个焊点，使定子总成与换向器总成分离。

安装发电机时可按拆卸相反的顺序进行。

有些车型的交流发电机有故障时，不能分解修理，必须整体更换。如别克轿车的CS—121和CS—130系列交流发电机。

交流发电机及调节器的检测

1．任务内容

(1)掌握交流发电机一般测试的项目和方法;

(2)交流发电机(以桑塔纳JFZl913Z型为例)解体后的检测;

(3)交流发电机的整体检测;

(4)发电机调节器的检测。

2．相关设备

交流发电机(包括解体后的定子、转子、整流器)、万用表、手工具等。

3．注意事项

(1)实训前认真预习必备知识;

(2)正确使用仪表和工具，注意操作安全，防止损坏零件和设备。

(3)每个同学能在实习教师指导下，基本独立完成测试项目;

(4)能对测试的数据进行定性分析。

4．任务实施

1)交流发电机解体后的检测

(1)检查定子

①定子表面不得有刮痕，导线表面不得有碰伤、绝缘漆剥落现象，定子绕组不得有搭铁、短路和断路现象。

②检查定子绕组是否断路。用万用表R×1挡进行检查，如图1－30(a)所示。将万用表的两只表笔分别检测定子绕组两个引出端之间的电阻，如万用表均导通(R＜1Ω)，说明定子绕组良好。如万用表不导通，说明定子绕组有断路故障，应更换定子绕组或定子总成。

③检查定子绕组是否搭铁。用万用表R×10kΩ挡进行检查，如图1－29(b)所示。将万用表的一只表笔接定子铁心，另一只表笔接定子绕组的任意一个引出端，万用表应不导通(R→∞)，万用表导通，说明定子绕组搭铁，应更换定子绕组或定子总成。

图1－29　检查定子

(2)检查转子

①转子表面不得有刮痕，否则表明轴承松旷，应更换前后轴承。集电环表面应光洁平整，两集电环之间的槽内不得有油污和异物，转子绕组不允许搭铁、短路和断路故障。

②检查磁场绕组绝缘。用万用表R×10挡，检查集电环与转子铁心之间的电阻，如图1－30(a)所示。其数值应为无穷大，否则为搭铁故障。对于有故障的转子应更换。

③检查磁场绕组断路及短路。用万用表R×1挡，检查两集电环之间的电阻，如图1－30(b)所示，其阻值应为3～6Ω。若阻值为“∞”，说明磁场绕组断路;其阻值小于2Ω时，说明绕组间有匝间短路故障。如果断路故障发生在端头焊接处时，可以用电烙铁重新焊接予以排除;若断路、短路故障无法排除，则需要更换转子总成。

图1－30　转子绕组的检查

图1－31　转子轴径向圆跳动检查

④转子轴与集电环的维修。转子轴的径向圆跳动可用百分表检测，如图1－31所示，其径向圆跳动不得超过0．03mm，否则应予以校正。

集电环表面如烧蚀严重或失圆，可用车床进行修整，其最大偏摆量应不超过0．05mm，最后用细砂布抛光并吹净粉屑。

(3)检测整流器

对于桑塔纳轿车装用的JFZ1913Z型发电机，其检测如图1－32所示。

图1－32　检查桑塔纳发电机整流器检测

①检查二极管正向电阻。将万用表欧姆挡的负表笔接二极管底板上的粗螺栓，正表笔依次接与定子绕组相接的各结合点，每次测量的电阻值均应为50～80Ω。

②检查二极管反向电阻。将万用表欧姆挡正表笔接散热架(负极)，负表笔依次与各结合点相接，每次测量的电阻值均为∞。

③检查励磁二极管。将万用表负表笔接二极管底板上的细螺栓，正表笔依次接各结合点，每次测量的电阻值均须为50～80Ω，调换表笔检测电阻值增均为∞。

以上各测量值若与标准不符，必须更换二极管底板。

对于普通交流发电机，检测如下:

用万用表的黑表笔接触后端盖，红表笔接触发电机“电枢”(B)接线柱，并以R×1挡测试电阻值。若示值在40～50Ω以上，可以认为无故障。

若示值在10Ω左右，说明有失效的二极管，需拆检;若示值为0，则说明有不同极性的二极管击穿，须拆检。

若交流发电机有中性抽头(N)接线柱，用万用表R×1挡，测“N”与“E”以及“N”与“F”之间的正反向电阻值，可以进一步判断故障在正极管还是在负极管。

2)交流发电机的整体检测

为了确定交流发电机有无故障，在发电机解体之前可以凭经验或用仪器对其进行不解体检测。

(1)凭经验检测

①用万用表测量各接线柱之间的电阻值。

用万用表R×1挡测量发电机各接线柱之间的电阻值，若所测电阻值不符合表1－3中的规定值，则表示发电机有故障。

②手持带轮检查轴的轴向和径向间隙，应符合要求。

③转动转子、检查轴承阻力、噪声以及转子与定子之间有无摩擦。当发现阻力较大时，可拆除电刷再试，以确定阻力是否来自电刷。

④转动转子轴，检查带轮的摆差(摇头)大小，以判断转子轴是否弯曲。

⑤检查外壳、挂脚等处有无裂纹及损坏。

表1－3　交流发电机各接线柱之间的阻值

(2)用示波器观察输出电压波形

用示波器检查交流发电机的输出波形，分析发电机有无故障。当发电机有故障时，电压的波形将出现异常，因此根据输出电压波形可以判断发电机内部二极管及定子绕组故障，各种故障对应的输出电压波形如图1－33所示。

图1－33　交流发电机有故障时输出电压的波形

(3)用试验台进行发电试验

按图1－34所示在电器试验台上对发电机进行发电试验，并测出发电机空载转速和满载转速。试验结果应符合表1－4所示的规定，如果空载转速过高或者达到规定满载转速时发电机的输出电压过低，则表示发电机有故障。

图1－34　交流发电机试验电路

表1－4　国产车用交流发电机规格

(续表)

知识链接

交流发电机型号

根据中华人民共和国行业标准QT/T73－93《汽车电气设备产品型号编制规则方法》的规定，汽车交流发电机的型号解释如下:

(1)产品代号: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。

(2)电压等级代号用1位阿拉伯数字表示:1～12V;2～24V;6～6V。

(3)电流等级代号用1位阿拉伯数字表示，其含义如表1－5所示。

(4)设计序号按产品的先后顺序，用一两位阿拉伯数字表示。

(5)变型代号交流发电机是以调整臂的位置作为变型代号。从驱动端看:Y—调整臂在右边;Z—调整臂在左边;调整臂在中间时不加标记。

表1－5　电流等级代号

例如:桑塔纳、奥迪100型轿车所用代号为JFZl913Z型交流发电机，其含义为:该发电机电压等级为12V，输出电流大于90A，第13次设计，调整臂位于左边的整体式交流发电机。

3)晶体管调节器的检测

晶体管调节器因为有内搭铁式和外搭铁式之分，所以应先判别其搭铁形式，然后检测调节器的好坏。可用试灯或万用表进行检测。

(1)判断晶体管调节器是内搭铁式还是外搭铁式

图1－35　判断晶体管电压调节器搭铁式的方法

对12V的调节器，用一个12V的蓄电池和两个12V、2W的小灯泡按图1－35所示接线。

如果接在“－(E)”与“F”接线柱之间的灯泡发亮，而接在“+(B)”与“F”接线柱之间的灯泡不亮，即L₂亮，L₁不亮则表示该调节器为内搭铁式的;反之，如果L₂不亮，而L₁亮，则表示该调节器为外搭铁式的。如果调节器是四个引出端(D+、B、F、D－)，试验时，可将D+与B短接后再进行测试;如调节器有五个引出端(D+、B、F、D－、L)，则将L端悬空，并将D+与B短接，再按上述方法试验即可。

(2)判断晶体管调节器的好坏

准备一个输出电压为0～30V，电流为3～5A的可调直流稳压电源，按图1－36和图1－37所示连接，线路连接好后，由0V逐渐调高直流电源电压，此时小灯泡的亮度应随着电压升高而增强，当电压调高到调节电压值(12V系统为13．5～14．5V;24V系统为27～29V)或者略高于调节电压值时，若亮的灯泡突然熄灭，则调节器是好的;若小灯泡始终发亮，或两个小灯泡始终同样亮，则调节器已损坏。

晶体管调节器损坏后，一般是更换新件。

图1－36　内搭铁式晶体管电压调节器的测试

图1－37　外搭铁式晶体管电压调节器的测试

4)集成电路调节器的检查

(1)集成电路调节器技术状态好坏的检测。其检测方法与晶体管调节器相同。

(2)集成电路调节器管压降的检测。调节器管压降大小说明其质量高低，如果管压降过大(大于1．5V)磁场电流就会减小，功率管的耗散功率就会增大，不仅会使发电机输出功率降低，而且会使调节器的使用寿命大大缩短。如图1－38所示为桑塔纳轿车用调节器管压降的检测电路。接通开关SW，调节可变电阻R使电流表(A)的读数为4A时，电压表(V)的读数应不大于1．5V。有些车的集成电路调节器与电刷组件为一总成，不可分离，因此更换调节器时需与电刷组件一同更换。

图1－38　检查集成电路调节器管压降

知识链接

图1－39　计算机控制的交流发电机

现代轿车发电机的端电压大多是通过电脑进行调整从而取消了调节器，其工作原理如图1－39所示，它与内装式集成电路调节器工作原理基本相同。

电压是通过汽车中安装计算机来控制的，计算机根据发电机的输出电压，通过改变磁场开、关的时间来控制电压。

工作情况:

当发电机输出电压低于蓄电池端电压时，发电机他励发电。励磁回路是:

蓄电池正极—点火开关—磁场端子—励磁绕组—磁场端子—计算机—搭铁—蓄电池负极当发电机输出电压高于蓄电池端电压时，发电机由他励发电改为自励发电。励磁回路是:发电机输出端—计算机控制器—磁场端子—励磁绕组—磁场端子—计算机—搭铁—发电机负极当发电机输出电压高于规定电压值时，计算机控制器切断励磁电路，从而控制交流发电机输出电压。

5)交流发电机与调节器的正确使用

交流发电机与晶体管调节器的结构简单，使用、维护方便。若正确使用，则故障少，寿命长;若使用不当，极容易损坏。因此在使用和维护中应特别注意以下几点:

(1)我国标准规定，汽车交流发电机均为负极搭铁，蓄电池搭铁极性必须与发电机一致。若蓄电池搭铁极性接反将烧坏整流器。因此，在安装蓄电池时尤其要注意搭铁极性。

(2)交流发电机运转时，不能短接的“B”、“E”端子(即用试火花的方法)来检查发电机是否发电，否则容易烧坏整流器。

(3)调节器与交流发电机的搭铁形式、电压等级必须一致。内搭铁型调节器只能配用内搭铁型发电机;外搭铁型调节器只能配用外搭铁型发电机，否则发电机因无磁场电流而不发电。

(4)发电机不发电或充电电流很小时，应及时查找原因并排除故障。如果勉强运转，故障就会扩大。比如:当一只二极管短路后，就会导致其他二极管和定子绕组被烧坏。

(5)交流发电机的功率不得超过调节器所能匹配的功率。调节器所能匹配的功率取决于大功率三极管的功率。

(6)调节器必须受点火开关控制，以免停车时蓄电池长时间向磁场绕组放电。

(7)在发电机正常运行时，不可随意拆动电气设备的连接导线，以防止连线搭铁短路或因突然断开而引起瞬时过电压。

充电系常见故障的诊断与排除

1．诊断前的检查

(1)检查发电机传动带松紧度，清除油污。

(2)检查充电系导线是否松脱，熔断器是否烧断。

(3)接通点火开关，用一字旋具靠近发电机后轴承盖，探测转子电磁吸力，若有明显吸力，说明励磁回路正常，故障在电枢回路;若无吸力或吸力微弱，说明励磁回路有断路、接触不良或局部短路。

(4)若电枢回路有故障，可用试灯的一端搭铁，另一端接触发电机“B”接线柱。若灯亮，表明蓄电池到发电机电枢接线柱之间连接正常，发电机有故障;若灯不亮，表明蓄电池到发电机“B”之间断路。

(5)若励磁回路有故障，可用跳线方法检测。用一段导线短接发电机“B”、“F”接线柱(内搭铁式)或短接“B”、“F”接线柱的同时短接“F2”、“E”(外搭铁式)接线柱。然后重新探测磁力，磁力变强，说明发电机内部励磁电路正常，故障是励磁线路断路或调节器有故障，先检查励磁电路熔断器有无熔断、接触不良，然后用试灯依次检查外励磁电路连线和调节器、磁场继电器等有无断路或接触不良。若仍不增强，说明故障在发电机内部。

2．常见故障诊断与排除

充电系统常见故障主要有不充电、充电电流过小、过大或充电电流不稳等。

1)不充电

发动机中速以上运转时，充电指示灯亮或电流表指示放电，为不充电故障。

故障原因:

①蓄电池和发电机之间的连接导线有断路或脱落，致使发电机励磁线路或充电线路断路。

②发电机不发电。可能是整流器烧坏;定子绕组或磁场绕组有短路、断路和搭铁故障;电刷组件有发卡或接触不良等。

③晶体管调节器有故障。如调节电压过低;调节器的稳压管及小功率三极管短路，大功率三极管断路;调节器的搭铁方式与发电机不配套。

故障判断可以按图1－40所示步骤进行。