发电机供电系统检修

任务2　发电机供电系统检修

【任务导入】

发电机是汽车的主要电源之一，其功用是在发动机正常运转（怠速以上）时，向所有用电设备（启动机除外）供电，同时向蓄电池充电。交流发电机的运行状况直接影响汽车电气部件的性能。

【任务分析】

发电机有直流发电机和交流发电机之分，目前汽车上使用的绝大多数是交流发电机。应该掌握交流发电机的结构特点和工作原理，在检测故障时才能有的放矢，迅速确定和排除故障点。

【相关知识】

交流发电机由定子、转子及整流器等组成，其拆解如图2－11所示。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°，转子是产生旋转磁场的部件。

图2－11　交流发电机拆解图

交流发电机产生交流电的基本原理是电磁感应原理，即产生磁场的转子旋转，使穿过定子绕组的磁通量发生变化，在定子绕组内产生感应电动势，其原理如图2－12所示。

图2－12　交流发电机结构图

一、交流发电机工作原理

发电机转子的磁场绕组中有电流通过，产生磁场；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°，发电机转子由发动机通过传动带带动旋转时，定子绕组切割转子磁力线进而产生频率相同、幅值相等、相位相差120°的交流电动势。交流发电机电压波形如图2－13所示。

图2－13　交流发电机电压波形图

二、三相桥式全波整流电路原理

在三相桥式全波整流电路（见图2－14（a））中，三个正二极管（引线为正）连在一起，它们的正极分别与三相绕组的首端相连。这三个正二极管的导通条件是：在某一瞬间，哪一相绕组的电压最高，则与该相绕组相连的正二极管导通。三个负二极管（引线为负）的负极与三相绕组的首端相连，其负极连在一起。这三个负二极管的导通条件是：在某一瞬间，哪一相绕组的电压最低，则与该相绕组相连的负二极管导通。

在发电机运转过程的每一个时间区间，总是某一相绕组电压最高，某一相绕组电压最低（见图2－14（b）），整流器的六个整流二极管中，始终保持有两个二极管（一正一负）导通，负载两端得到的是两相绕组间的线电压（见图2－14（c））。

图2－14　三相全波整流电路示意图

三、交流发电机的构造

交流发电机都是由转子、定子、整流器和端盖四部分组成的，其结构如图2－15所示。

图2－15　整体式交流发电机的结构

1—连接螺栓；2—后端盖；3—散热板；4—防干扰电容器；5—滑环；6—全封闭轴承；7—转子轴；8—电刷；9—磁场接线柱；10—输出接线柱；11—电压调节器；12—电刷架；13—逆极；14—电枢绕组；15—定子铁芯；16—风扇叶轮；17—带轮；18—紧固螺母；19—全封闭轴承；20—励磁绕组；21—前端盖；22—定子槽楔子；23—电容器插接片；24—输出整流二极管；25—磁场整流二极管；26—电刷架压紧片

1．转子

（1）功用 产生磁场。

（2）组成 磁扼，磁场绕组。爪极共两块，每块上都有6个鸟嘴形磁极，一块爪极磁化为N极，另一块爪极磁化为S极。两爪极压装在转子轴上，两爪极间的空腔内装有磁扼和磁场绕组。集电环由两个彼此绝缘的铜环组成，磁场绕组的两端分别与集电环相连。发电机的电刷与两集电环相接触，引入励磁电流给转子绕组。与集电环接触的两电刷分别接在发电机外部的两接线柱上，成为发电机的“磁场或F”接线柱和“搭铁或－”接线柱。转子结构如图2－16所示。

图2－16　转子

（3）励磁方式 主要有他励和自励两种励磁方式。

①他励 硅整流发电机磁极尺寸小，残留的剩磁很弱，在发电机低速时仅靠剩磁产生的电动势（小于0．6V）不能使二极管导通，也不能及时向蓄电池充电。因此在发电机低速、发电机电压低于蓄电池电压时，要采用他励供电方式（即励磁电流由蓄电池供给），使发电机很快建立磁场，电压迅速升高。

②自励 当发电机电压略高于蓄电池电压时，发电机向蓄电池充电，同时向自身励磁绕组提供励磁电流。

2．定子（电枢）

（1）功用 产生交流电，即相当于电源。

（2）组成 由定子铁芯和定子绕组组成（见图2－17）。定子铁芯由内圆带槽的环状硅钢片叠成，定子绕组为三相对称绕组，安放在定子铁芯的槽内。三相绕组的接法有星形连接（即每相绕组的首端分别与整流器相连，每相绕组的尾端接在一起形成“Y”形）和三角形连接（即每相绕组首尾相连成“△”形）。

3．整流器

（1）功用 把定子绕组产生的三相交流电转换为直流电输出。

（2）组成 整流器一般由六个二极管组成；有正二极管和负二极管两种。

整流器组件如图2－18所示。

正二极管的中心引线为二极管正极，外壳为负极，管底多标红色标记。正二极管的外壳压装或焊装在元件板上，共同组成发电机的正极，由一个与后端盖绝缘的元件板固定螺栓通至机壳外，成为发电机的“电枢”柱（也称“B”或“＋”）。

图2－17　定子及连接方法

（a）星形连接；（b）三角形连接

图2－18　整流器组件的形状

（a）焊装式；（b）压装式

负二极管的中心引线为负极，外壳为正极，管底有黑色标记。三个负二极管的外壳压装或焊接在另一元件板或后端盖上，和发电机外壳一起构成发电机的负极。

整流板形状如图2－19所示。

图2－19　整流板形状

（a）焊接式；（b）电路图；（c）压装式

1—正整流板；2—负整流板

4．端盖

前、后端盖均用铝合金铸造而成（防漏磁）。在后端盖上装有电刷组件，该组件由电刷、电刷架、电刷弹簧组成。

交流发电机的搭铁形式有内搭铁和外搭铁之分：磁场绕组的一端经电刷在发电机端盖上搭铁称为内搭铁；磁场绕组的两端均与端盖绝缘，其中一端经调节器后搭铁称为外搭铁。其搭铁电路结构如图2－20所示。

图2－20　交流发电机的搭铁电路结构

（a）内搭铁；（b）外搭铁

发电机前端盖之间装有传动带轮，发动机通过传动带驱动带轮和转子转动。

发电机的通风散热是靠风扇（由铝合金或钢板冲压而成）来完成的，发电机有1～2个风扇，对于只有一个风扇的发电机，风扇均装于前端盖与带轮之间；对于有两个风扇的发电机，有的是在转子爪极两侧各焊装一个，有的是一个风扇装于前端盖与皮带轮之间，另一个风扇装在后端盖与转子爪极之间，如图2－21所示。

图2－21　发电机风扇

（a）单风扇式；（b）双风扇式

5．调节器

（1）功用 保持发电机在转速和负荷变化时输出电压的稳定性。

（2）分类 调节器的分类如图2－22所示。

①触点振动式调节器 结构复杂，电压调节精度低，受无线电的干扰大，可靠性差，寿命短，正被逐渐淘汰。

②晶体管调节器 电压调节精度高，受无线电的干扰小，体积小，无运动件，耐振，故障少。

③集成电路调节器 超小型，可直接装于发电机内部，耐振、防潮、防尘，耐高温性能好，价格低。

图2－22　调节器的分类

（a）触点振动式；（b）晶体管式；（c）集成电路式

桑塔纳采用的发电机为JFZ1913Z，其配套的调节器为JFT152型混合集成电路调节器。这种发电机采用内装集成电路式调节器，其电路如图2－23所示。

图2－23　外搭铁式内装集成电路调节器电路

【任务实施】

一、实施环境

（1）汽车电器实训室。

（2）发电机，万用表，轴承拉器、有关拆装工具，凡士林、砂纸、弹簧秤、游标卡尺或钢板尺、油盆、毛刷，适量清洗剂、润滑脂及连接导线。

（3）相应的维修手册或资料。

二、实施步骤

1．发电机的不解体检测

检查发电机端盖有无破裂，各接线柱有无松动。用手转动发电机转子，检查转动是否灵活自如。测量各接线柱之间的电阻，方法如图2－24所示。

图2－24　用万用表测量发电机

“＋”、“－”之间的正向电阻

2．交流发电机的分解

不同类型交流发电机的结构有所不同，分解操作过程中应根据其结构不同作相应调整。发电机分解的步骤如下。

（1）拆下电刷及电刷架（外装式）紧固螺栓，取下电刷架总成，如图2－25所示。

图2－25　取下电刷架总成

（2）在前后端盖上做好记号，拆下连接前后端盖的紧固螺栓，如图2－26所示。

图2－26　拆除前后端盖的紧固螺栓

（3）将转子夹紧在台虎钳上，拆下皮带轮紧固螺母后，可依次取下带轮、风扇、半圆键、定位套，如图2－27所示。

图2－27　依次拆下相关组件

（4）将前端盖与转子分离，若该部装配过紧，可用拉力器拉开或用木槌轻轻敲击，使之分离，如图2－28所示。

图2－28　前端盖与转子分离

（5）拆下后端盖上的三个螺栓，将防护罩取下，如图2－29所示。

图2－29　取下防护罩

（6）拆下后端盖上紧固整流器总成的螺栓，取下整流器总成，如图2－30所示。

图2－30　取下整流器总成

3．发电机主要部件的检测

1）转子的检测

目视检查滑环脏污或烧蚀的程度（见图2－31），若滑环脏污和烧蚀明显，则应更换转子总成。

图2－31　目视检查滑环

用游标卡尺测量滑环的外径。旋转时滑环和电刷接触，若滑环的外径小于规定值，则说明滑环和电刷之间的接触不良，会影响励磁电流的平稳，降低发电机的发电能力。若滑环厚度小于2mm，则应更换转子总成。

2）定子的检测

用万用表检测定子绕组时，须将三相绕组与整流器元件分开，并将中性点脱焊分离，如图2－32和图2－33所示。若万用表指示10kΩ以上，说明绕组匝间绝缘良好；若万用表指示电阻值较小，则说明其绝缘性不好，有匝间短路故障，应检修或更换定子总成。

图2－32　定子绕组断路的检测

图2－33　定子绕组短路的检测

3）电刷总成的检测

电刷和电刷架应无破损或裂纹，弹簧不得有折断或锈蚀现象，电刷在电刷架中应活动自如。电刷露出电刷架部分的长度应超出原长的1/2，否则应更换。电刷长度的测量如图2－34所示。

图2－34　测电刷的长度

4）整流器的检测

数字式万用表的二极管测试功能挡可测量二极管的工作状况。若所测二极管正、反向电压值大于标准值或截止，则说明二极管有接触不良或断路故障。若所测二极管正、反向均有导通电压或蜂鸣器鸣响，则说明二极管有短路击穿故障。只有测得结果为正向导通电压0．5V左右，反向截止，二极管方可视为正常。整流器的测量如图2－35所示。

图2－35　组合式整流器的检测

检测组合式整流器时，对于正二极管，万用表的负表笔接正极板或“＋”接线柱，正表笔分别依次接3个正二极管抽头，其正向导通电压的标准值为0．5V左右；万用表的正表笔接正极板或“＋”接线柱，负表笔依次接3个正二极管抽头，其反向标准值应为截止不通。

对于负二极管，万用表的正表笔接负极板；负表笔分别依次接触3个负二极管抽头，其正向导通电压的标准值为0．5V左右；万用表的负表笔接负极板，正表笔依次接触3个负二极管抽头，其反向标准值应为截止不通。

【相关拓展】

一、交流发电机的正确使用

（1）蓄电池搭铁极性不能接错。国产交流发电机均为负极搭铁的，故蓄电池必须为负极搭铁，否则会出现蓄电池经发电机整流二极管大电流放电现象，将整流二极管迅速烧坏，有时还会烧坏调节器中的电子元件。在蓄电池更换或补充充电后，要格外注意。

（2）充电系统的导线连接要牢固可靠，以免在电路突然断开时产生瞬时过电压，击穿晶体管元件。

（3）发电机和调节器两者的规格型号要相互匹配。

（4）发动机熄火后，应将点火开关（或电源开关）断开，以免蓄电池长时间向励磁绕组和调节器磁化线圈放电，浪费电能。

（5）发动机运行中，不得用“试火”的方法检查发电机是否正常，不得用兆欧表或220V交流电压检查发电机及其调节器的绝缘情况，而应采用万用表或低压试灯检查。

（6）在更换半导体元件时，电烙铁的功率应小于45W，焊接时操作要迅速。同时，应采取相应的散热措施，以免烧坏半导体元件。

（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，以防连线搭铁短路或因突然断开而引起瞬时过电压。

二、交流发电机调节器的正确使用

（1）调节器与发电机的电压等级必须一致，否则充电系统不能正常工作。

（2）调节器与发电机的搭铁形式必须一致，当调节器与发电机的搭铁形式不匹配而又急需使用时，可通过改变发电机进场绕组的搭铁形式来解决。

（3）调节器与发电机之间的线路连接必须完全正确，否则充电系统不能正常工作，甚至还会损坏调节器。

（4）配用双级电磁振动式电压调节器，当检查充电系统故障时。在没有断开调节器与发电机的接线之前，不允许将发电机的“＋”与“F”（或调节器的“＋”与“F”）短接，否则将会烧坏调节器的高速触点。

（5）调节器必须受点火开关控制。