与调节器的故障检测

时间：2024-11-04 百科知识版权反馈

【摘要】：在汽车上，它是将汽车发动机的机械能转换成电能的。以这种方式形成的正弦波形电流，称为“单相交流电”。输出电压为UN，称为中性点电压。发电机一旦出现故障，将使汽车不能正常工作，单靠蓄电池，会使汽车工作时间大为缩短，减少蓄电池的寿命。因此，必须及时地排除故障或更换发电机。当汽车仪表板上没有电流表时，可用外接直流电流表来检测。当没有万用表和直流电表时，可用汽车灯泡做一试灯来检测。

1.3　三相交流发电机（硅整流发电机）与调节器的故障检测

1.3.1　发电机的结构与功用

图1.21　交流发电机的外形

发电机是将机械能转换成电能的装置。在汽车上，它是将汽车发动机的机械能转换成电能的。发动机与发电机之间是通过皮带来传递动力的。

发电机在汽车上的作用是：汽车发动机启动后，带动发电机旋转，发电机的输出电压高于蓄电池电压时，向汽车上除起动机以外的所有用电设备供电，同时还向蓄电池充电。

交流发电机的外形及内部结构分别如图1.21和图1.22所示。

图1.22　交流发电机的结构

1—后端盖；2—电刷架；3—电刷；4—电刷弹簧压盖；5—硅二极管；6—元件板；7—转子；8—定子；9—前端盖；10—风扇；11—带轮

汽车用交流发电机总体上是由一个三相同步交流发电机和一套硅二极管整流器两大部分组成的。

交流发电机的主要部件有产生磁场的转子、产生交流电的定子、端盖、皮带轮以及整流器。此外，还有为了产生磁场而将电流提供给转子的电刷、支承转子转动的轴承、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。

（1）转子

转子是交流发电机的磁场部分，主要由转子轴、励磁绕组、两块爪形磁极、滑环等组成（如图1.23、图1.24所示）。

图1.23　转子

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芯，称为磁轭。铁芯上绕有励磁绕组，励磁绕组的两根引出线分别焊在与轴绝缘的两个压装在轴上的滑环上。滑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螺钉接线柱上。这两个接线柱即为发电机的“F”（磁场）接线柱和“－”（搭铁）接线柱。当这两个接线柱与直流电源相接时，便有电流流过励磁绕组，产生磁通，使两块爪极被分别磁化为N极和S极，形成犬牙交错的磁极，产生磁场。当发动机工作时，可在定子铁芯内部形成交变磁场。

图1.24　转子的组成

（2）定子

定子又称电枢，它由定子铁芯和定子绕组组成（如图1.25所示）。定子铁芯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。

图1.25　定子

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，作为交流发电机的交流输出端，每相绕组的尾端接在一起，形成中性点N，定子绕组结构和星形即Y形连接图，如图1.26所示。

图1.26　定子的连接

（3）传动带轮

传动带轮如图1.27所示，它通常用铸铁或铝合金制成（分单槽和双槽两种），利用风扇的半圆键装在风扇外侧的转轴上，再用弹簧垫片和螺母紧固。发动机工作时，发动机通过风扇皮带带动传动皮带轮转动，并传给发电机。

图1.27　传动带轮

（4）电刷与电刷架

电刷与电刷架如图1.28所示。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（如图1.29所示）。电刷与电刷架的结构有外装式和内装式两种。

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。

（5）整流器

整流器如图1.30所示，它的作用是：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。它一般由6个硅二极管接成三相桥式全波整流电路。

图1.28　电刷与电刷架

图1.29　电刷与滑环

图1.30　整流器

整流器由整流板和整流二极管组成。六管交流发电机的整流器是由6只硅整流二极管分别压装（或焊装）在相互绝缘的两块板上组成的，其中一块为正极板（带有输出端螺栓），另一块为负极板，负极板和发电机外壳直接相连（搭铁），也可以将发电机的后盖直接作为负极板。

6只整流二极管分为正极管和负极管两种。引出电极为正极的称为正极管，3只正极管装在同一块板上，称为正极板；引出电极为负极的称为负极管，3只负极管安装在负极板上，也可直接安装在后盖上。如图1.31所示。

图1.31　交流发电机整流二极管安装示意图

1—正整流板；2—负整流板

1.3.2　发电机的工作原理

发电机工作原理如图1.32所示。

图1.32　发电机的工作原理

（1）发电原理

①磁铁在线圈中旋转

在发电机内部有一个由发动机带动转子（旋转磁场），使磁铁（磁通）在绕组中旋转，磁场外有一个定子绕组，绕组有3组线圈（三相绕组），三相绕组彼此相隔120°，在绕组中产生电流。由于电流的作用，线圈发电越大，线圈越易发热，所以将线圈装在发电机外层对冷却有好处。所有交流发电的发电线圈（定子芯）都在外层，而旋转磁铁（转子芯）都在线圈内。当转子旋转时，旋转的磁场使固定的电枢绕组切割磁力线（或者说使电枢绕组中通过的磁通量发生变化）而产生电动势（如图1.32（c）所示）。

定子三相绕组感生电动势的大小为

式中：E_m——每相电动势的最大值；

ω——电角速度；

E矱——每相电动势的有效值。

定子每相电动势的有效值为

式中：K——绕组系数（和发电机定子绕组的绕线方法有关）；

N——每相匝数，匝；

矱——每极磁通，Wb；

C_e——电机结构常数；

f——交流电动势的频率（为转速的函数）；

p——磁极对数；

n——发电机转速，r/min。

②三相交流电

当磁铁在线圈中旋转时，将在线圈中产生电（电动势），其产生的电流为大小和方向都不断变化的交流电流。

发电机每相绕组产生的电动势有效值的大小与转子的转速及磁极的磁通成正比。

E＝CФn

线圈中产生的电流和磁铁位置的关系如图1.32（a）所示。最大电流产生在磁铁的南极和北极最靠近线圈时。电流方向随磁铁转动半圈而变化一次。以这种方式形成的正弦波形电流，称为“单相交流电”。在图1.32（c）中，每360°为一循环。

（2）整流原理及过程

交流发电机定子的三相绕组中，感应产生的是交流电。感生的交流电是通过6只二极管组成的三相桥式整流电路整流为直流电的，整流电路如图1.33（a）所示。

图1.33　交流发电机整流原理

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1.33（a）所示的电路连接，发电机的输出端B，E上就输出一个脉动直流电压，如图1.33（c）所示，这就是发电机的整流原理。

（3）中性点电压

有的发电机具有中性点接线柱，是从三相绕组的中性点引出来的，标记为“N”。输出电压为U_N，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，中性点电压的平均值为发电机输出电压（平均值）的一半，即

U_N＝U_B/2

带有中性点接线柱的发电机，可用中性点电压来控制各种用途的继电器。

有的发电机没有中性点接线柱，但是也把中性点电压充分的利用了，如夏利、桑塔纳的发电机。这些发电机在中性点处接上两只整流二极管，和三相绕组的6只整流二极管一道输出，可提高发电机功率。

1.3.3　发电机的故障检测

发电机一旦出现故障，将使汽车不能正常工作，单靠蓄电池，会使汽车工作时间大为缩短，减少蓄电池的寿命。因此，必须及时地排除故障或更换发电机。

（1）就车检测法

当怀疑发电机不发电时，可以不拆卸发电机，在车上对其检测，粗略判断是否有故障。

1）万用表电压挡检测

将万用表旋钮旋至直流电压30V挡（或用一般的直流电压表适当挡），把红表笔接发电机“电枢”接柱，黑表笔接外壳，让发动机运转在中速以上，12V电气系统的电压标准值应在14V左右，24V电气系统的电压标准值应在28V左右。若测的电压为蓄电池电压，则表明发电机不发电。

2）外接电流表检测

当汽车仪表板上没有电流表时，可用外接直流电流表来检测。先把发电机“电枢”接柱导线拆下，再将量程为20A左右的直流电流表正极接发电机“电枢”，负极导线接上述拆下接头。当发动机在中速以上运转（不使用其他电器设备）时，电流表有3～5A充电指示，表明发电机工作正常；否则，发电机不发电。

3）试灯（汽车灯泡）法

当没有万用表和直流电表时，可用汽车灯泡做一试灯来检测。将灯泡两端焊接适当长度的导线，并在其两端接上鳄鱼夹。检测前，先将发电机“电枢”接柱的导线拆下，再将试灯的一端夹住发电机“电枢”接柱，另一端搭铁，当发动机中速运转时，试灯亮度说明发电机工作正常；否则，发电机不发电。

4）改变发动机转速、观察大灯亮度法

启动发动机后，打开大灯，让发动机转速从怠速逐渐提高到中等转速，大灯的亮度若随转速的提高而增加，说明发电机工作正常；否则，为不发电。

5）拆下蓄电池搭铁看发动机（汽油机）是否工作法

当车上没有微机控制电子装置时，可以用此种方法检测。把发动机控制在中速以上，拆下蓄电池搭铁线（一般是断开蓄电池搭铁线上的控制总开关），如图1.34所示。若发动机工作正常，说明发电机发电；否则，发电机有故障。

图1.34　交流发电机的检修

（2）车下不解体检测与判断

从车上拆下发电机后，可以用下述方法检查，进一步确定故障：

1）用小灯泡（手电灯泡）判断

把手电灯泡的两端接上导线做成小试灯，接于发电机“电枢”和外壳之间。用导线将蓄电池（或相同电压的干电池）正、负极分别连接在发电机的两磁场接柱“F1”，“F2”（内搭铁的交流发电机接“F”和“搭铁”接柱）上，让蓄电池给发电机激磁。用手快速转动发动机皮带盘，小试灯亮，说明发电机工作正常；否则，发电机不发电。

2）万用表电压挡判断

让蓄电池给发电机激磁（接线方法同2.1），将万用表选择在直流电压3～5V挡（或一般直流电压表适当挡），黑、红表笔分别接“搭铁”和发电机“电枢”接柱，用手转动皮带盘，万用表（或直流电压表）指针应有摆动；否则，发电机不发电。

3）万用表电阻挡检测与判断

用万用表R×1电阻挡，测量各接线柱之间的电阻（不同型号发电机的电阻值不同）值，与正常值比较，可以判断出发电机是否有故障。

4）示波器法检测与判断

将发电机装在电器试验台上，连接好示波器与发电机之间的导线，把发电机控制在中等转速，通过观察示波器所显示的发电机正常工作及各种故障所对应的电压波形来判断。

（3）发电机的检修

图1.35　脱开蓄电池负极

交流发电机的检修可从五方面完成，即拆卸、分解、检查、组装、安装，如图1.34所示。

1）拆卸

①脱开蓄电池负极（－）端子电缆（如图1.35所示）。

断开蓄电池负极（－）电缆之前，对ECU等元件内保存的信息作一个记录，这些信息包括DTC（故障诊断码）、选择的收音机频道、座椅位置（带有记忆系统）、方向盘位置（带有记忆系统）等。

②脱开发电机电缆和连接器（如图1.36所示）。

A.拆卸发电机电缆定位螺母。

B.断开发电机电缆。

图1.36　脱开发电机电缆和连接器

提示：

发电机电缆是直接从蓄电池引出的，在端子上有一个防短路罩壳。

断开连接器的卡爪，握住连接器，再断开连接器。

③拆卸发电机（如图1.37所示）。

图1.37　拆卸发电机

拆卸顺序依次为传动皮带、发电机、支架。

2）分解（如图1.38所示）

①拆卸发电机皮带轮；

②拆卸发电机电刷座总成：发电机端子绝缘体、电刷座、后端盖；

③拆卸发电机调节器总成；

图1.38　发电机的分解

④拆卸整流器；

⑤拆卸发电机转子总成：驱动端盖、转子、整流器端盖。

3）检查（如图1.39所示）

图1.39　发电机的检测

①检查发电机转子总成。目视检查，主要检查滑环变脏或烧蚀的程度。提示：

旋转时，滑环和电刷接触，使电流产生。

电流产生的火花会产生脏污和烧蚀。

脏污和烧蚀又会影响电流，使发电机的性能降低。

②冲洗：用布料和毛刷，清洁滑环及转子。如果脏污和烧蚀明显，应更换转子总成。

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。

提示：

转子是一个旋转的电磁体，内部有一个线圈，线圈的两端都连接到滑环上。

检查滑环之间是否导通，可以用于探测线圈内部是否开路。

如果发现在绝缘和/或者导通方面存在问题，应更换转子。

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。

提示：

在滑环和转子之间应处于一个切断电流的绝缘状态。

如果转子线圈短路，电流会在线圈和转子之间流动。

检查滑环和转子之间的绝缘，可以用来检测线圈内是否存在短路。

如果发现在绝缘和/或者导通方面存在问题，应更换转子。

⑤检查带整流器的发电机座：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。

提示：

发电机产生交流电，但是由于工程机械使用直流电，交流电必须转换成直流电。

转换电流的装置就是整流器。

整流器使用二极管将交流电转换成直流电。

二极管单向导通电流。因此，用万用表或电路测试仪检查时，使电流通过测试仪的内部电池到达二极管，根据流过二极管的电流来检查二极管是否好坏。

（4）组装

①安装发电机转子总成。

发电机转子总成的安装如图1.40所示。

②安装整流器端盖

整流器端盖的安装如图1.41所示，用压机将整流器端盖压到驱动端盖内。

图1.40　安装发电机转子

图1.41　安装整流器端盖

（5）安装发电机总成

安装发电机总成如图1.42所示。

安装发电机时，滑动轴套直到表面和托架平齐（管接头一端）。

图1.42　安装发电机总成

提示：

用锤子和铜棒将发电机安装部分的轴套向外滑动，以便安装发电机。

初步安装发电机，使它通过贯穿安装螺栓（A）。

初步安装螺栓（B）。

安装传动皮带。

通过用锤子的手柄等物移动发电机来调整皮带的张紧度。

拧紧安装螺栓（A）和螺栓（B），以牢固地安装发电机。

1.3.4　无刷交流发电机的结构和特点

无刷发电机的结构与普通交流发电机大致相同。图1.43为国产JFW14X型无刷交流发电机的外型图和分解图，其磁场绕组是静止不动的。因此，磁场绕组的两端引出线可以直接引出，省去了电刷和集电环，爪极在磁场绕组的外围旋转。

无刷交流发电机

1.3.5　电压调节器

（1）调节器的功用及原理

由于交流发电机的转子是由发动机通过皮带驱动旋转的，且发动机和交流发电机的速比为1.7～3，因此交流发电机转子的转速变化范围非常大，这样将引起发电机的输出电压发生较大变化，无法满足汽车用电设备的工作要求。为了满足用电设备恒定电压的要求，交流发电机必须配用电压调节器才能工作。

电压调节器是把发电机输出电压控制在规定范围内的装置，其功用是在发电机转速变化时，自动控制发电机电压保持恒定，使其不因发电机转速高时电压过高烧坏用电器和导致蓄电池过充电；也不会因发电机转速低而电压不足导致用电器工作失常。

发电机电压调节器的原理：根据发电机输出电压U＝CФn，对某一台给定这发电机而言，C是常数，而转速n是变量，它是随发动机转速而变的，它变化的范围很大；磁通Ф也是变量，它的大小是由发电机励磁电流决定的。因此，电压调节器的工作原理是当发电机转速增高时，减小发电机励磁电流，使发电机输出电压保持恒定；当发电机转速减小时，增大发电机励磁电流，使发电机输出电压保持恒定。

（2）调节器的种类

调节器可分为电磁振动式和电子调节器两类。随着电子技术的发展，目前交流发电机几乎全部采用电子调节器。其优点是：电压调节精度高，且不产生火花，还具有重量轻、体积小、寿命长、可靠性高、电波干扰小等优点。

1）电磁振动式电压调节器

电磁振动式电压调节器的典型电路如图1.44所示，它是利用电磁力和弹力的平衡控制触点开闭，改变激磁电路的电阻来改变激磁电流平均值。