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1、摘要 I 摘 要 发电机是汽车的主要电源 其功用是在发动机正常运转时 向所有用电设备 启 动机除外 供电 同时给蓄电池充电 汽车发电机作为汽车的一个重要部件 随着汽 车电器化程度越来越高 所受重视程度也不断提高 本文介绍了发电机的机构与工作 原理 着重介绍发电机的常见故障和排除方法 最后列举几个例子来进行实际情况的 分析 关键词 汽车发电机 故障 检修 桂林航天工业高等专科学校毕业设计 论文 II 目 录 第一章 绪 言 1 第二章 汽车电源系统交流发电机简介 2 2 1 汽车发电机的功用 2 2 2 汽车发电机的主要组成 2 2 2 1 发电机转子 2 2 2 2 发电机定子 3 2 3 发
2、电机电压调节器 4 2 4 发电机的工作原理 6 2 5 流发电机的特性 6 2 5 1 输出特性 6 2 5 2 空载特性 8 2 5 3 外特性 8 第三章 充电系统的常故障查与维护 10 3 1 汽车充电系统的常见故障与产生原因 10 3 1 1 不充电 10 3 1 2 充电电流过小 10 3 2 发电机的常规维护 11 3 2 1 交流发电机与调节器的使用注意事项 11 3 2 2 交流发电机与调节器的维护 12 第四章 充电系统的故障事例分析 13 4 1 故障事例一 13 4 2 故障实例二 13 4 3 故障实例三 13 4 4 故障实例四 14 结语 16 参考文献 17 致
3、谢 18 Comment U1 Comment U2 绪言 1 第一章 绪 言 随着汽车技术的进步 汽车的用电量越来越高 20 年前 中级轿车的发电机输出 功率一般只有 500 瓦左右 现在一般中级轿车发电机都在 1000 瓦左右 发电机功率的 增加是随着车上用电设备增加而增加的 由此发电机的作用也越来越显得重要 充电 系统最重要的部件是发电机 普通的发电机都是由转子 定子 整流器 前后端盖 风扇 带轮等组成 发电机主要的特性有输出特性 空载特性 外特性 由于充电系 统相对简单 它的故障比较好总结 主要有不发电 输出电压过小或过大 输出不稳 等 经过前人的总结也都有比较便捷的解决方法 Comm
4、ent U3 桂林航天工业高等专科学校毕业设计 论文 2 第二章 汽车电源系统交流发电机简介 2 1 汽车发电机的功用 发电机是汽车的主要电源 其功用是在发动机正常运转时 向所有用电设备 启 动机除外 供电 同时给蓄电池充电 汽车用发电机可分为直流发电机和交流发电机 由于交流发电机的性能在许多 方面优于直流发电机 直流发电机已被淘汰 目前汽车采用三相交流发电机 内部 带有二极管整流电路 将交流电整流为直流电 所以 汽车交流发电机输出的是直 流电 交流发电机必须配装电压调节器 电压调节器对发电机的输出电压进行控制 使其保持基本恒定 以满足汽车用电器的需求 2 2 汽车发电机的主要组成 普通交流发
5、电机一般由转子 定子 整流器 前后端盖 风扇 带轮等组成 2 2 1 发电机转子 转子的功用是产生磁场 转子由爪极 磁轭 励磁绕组 滑环 转子轴等组成 如图 2 1 2 2 所示 图 2 1 交流发电机的转子总成 图 2 2 交流发电机转子分解图 1 滑环 2 转子轴 3 爪极 4 磁轭 5 励磁绕组 汽车电源系统交流发电机简介 3 转子轴上压装着两块爪极 爪极被加工成鸟嘴形状 爪极空腔内装有励磁绕组和 磁轭 滑环由两个彼此绝缘的铜环组成 压装在转子轴上并与轴绝缘 两个滑环分别与 励磁绕组的两端相连 当给两滑环通入直流电时 励磁绕组中就有电流通过 并产生轴向磁通 使爪极 一块被磁化为 N 极
6、另一块被磁化为 S 极 从而形成六对 或八对 相互交错的磁极 如图 2 2 所示 转子转动时 就形成了旋转的磁场 2 2 2 发电机定子 定子的功用是产生交流电 定子安装在转子的外面 和发电机的前后端盖固定在一起 当转子在其内部转动 时 引起定子绕组中磁通的变化 定子绕组中就产生交变的感应电动势 定子由定子铁心和定子绕组 线圈 组成 如图 2 3 所示 图 2 3 交流发电机定子总成及连接方式 a 定子绕组星形连接 b 定子绕组三角形连接 定子铁心由内圈带槽 互相绝缘的硅钢片叠成 定子绕组有三组线圈 对称的嵌放在定子铁心的槽中 三相绕组的连接有星形接 法和三角形接法两种 如图 2 3a b 所
7、示 都能产生三相交流电 2 2 3 发电机整流器 整流器的功用是将定子绕组的三相交流电变为直流电 桂林航天工业高等专科学校毕业设计 论文 4 整流器由整流板和整流二极管组成 6 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 2 4 所
8、示 图 2 4 交流发电机整流二极管安装示意图 a 焊接式 b 电路图 c 压装式 1 正整流板 2 负整流板 2 3 发电机电压调节器 2 3 1 电压调节器作用 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
9、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 2 3 2 电子电压调节器工作原理 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 电子调节器有晶体管调节器和集成电路调节器两种 汽车电源系统交流发电机简介 5 外搭铁型电子调节器的工作原理 1 基本电路如图 2 5 图 2 5 电子电压调节器基本电路 2 工作原理 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
10、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 随着发动机的启动 发电机转速升高 发电机他励发电 电压上升 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对外蓄电池充 电 如果此时发电机输出电压 UB 调节器调节上限 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 发电机电压随转速升高迅速升高 当发电机电压升高到等于调节上限 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 当发电机电压下降到等于调节下限 UB1 时 VS 截
11、止 VT1 截止 VT2 重新导通 磁场电路重新被接通 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 这就是外搭铁型电子调节器的工作原理 2 3 3 电子调节器的工作特性 调节器通过三级管 VT2 的通断控制磁场电流 随着转速的提高 大功率三级管 VT2 的导通时间减小 截止时间增加 这样可使得磁场电流平均值减小 磁通减小 保持输出电压 UB 不变 发电机的输出电压 UB 磁场电流 If 平均值 随转速 n 的变 化关系称为电子调节器的工作特性 从电子调节器的工作特性曲线可以看出 n1 为调 节器开始工作转速 称为工作下限 随着发电机转速的升高 磁场电流减小 当发电 机
12、转速很高时 由于大功率三极管可不导通 磁场电流被切断 发电机仅靠剩磁发电 桂林航天工业高等专科学校毕业设计 论文 6 所以 电子调节器的工作转速上限很高 调节范围很大 2 4 发电机的工作原理 如图 2 6 所示 发电机定子的三相绕组按一定规律分布在发电机的定子槽中 内 部有一个转子 转子上安装着爪极和励磁绕组 当外电路通过电刷使励磁绕组通电时 便产生磁场 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 根据电磁感应原理可知 定子的三相绕组中便产生交变的感应电动势 这就是 交流发电机的发电原理 图2 6 交流发电机发电原理示意图 1 定子铁心 2 定子绕组 3 转
13、子 4 励磁绕组 5 整流二极管 6 电刷 2 5 流发电机的特性 交流发电机的特性有输出特性 空载特性和外特性 其中以输出特性最为重要 2 5 1 输出特性 输出特性是指在发电机端电压 U 不变 对 12V 系列的交流发电机规定为 14V 对 24V 系列的交流发电机规定为 28V 其输出电流与转速之间的关系 即 U 常数时 I f n 的函数关系 图 2 7 所示为交流发电机的输出特性曲线 Comment U4 Comment U5 汽车电源系统交流发电机简介 7 图 2 7 交流发电机的输出特性曲线 由特性曲线 I f n 可以看出 1 空载转速 n1 发电机转速小于一定值 n1 时 对
14、外输出电流为零 当发电 机达到额定电压并能对外输出电流时的最小转速为 n1 称 n1 为空载转速 空载转速 常用来作为测试发电机性能的参数之一 2 最大电流 Imax 发电机输出电流能力随转速的升高而增大 但曲越来越平坦 当转速达到一定值 时 无论转速增加多少电流都不再增加 即一定结构的发电机输出最大电流 Imax 有一 定限制 由此可见 交流发电机自身具有限制输出电流防止过载的能力 又称为自我 保护能力 交流发电机自我限流的原理如下 交流发电机定子绕组具有一定的阻抗 Z 它由绕组的电阻 r 及感抗 XL 两部分组成 即 式中 R 一相绕组的电阻 XL 一相绕组的感抗 XL 2 fL 式中 L
15、 一相定子绕组的电感 f 感应电动势的频率 P 磁极对数 由于 XL 与 n 成正比 故发电机定子绕组的阻抗 Z 随发电机的车速升高而增加 桂林航天工业高等专科学校毕业设计 论文 8 高速时 由于 R 与 XL 相比可忽略不计 故阻抗 Z 约等于 XL 定子阻抗 Z 与转速 n 成 正比 其值较大 产生较大的内压降 另外 定子电流增加时 由于电枢反应的增强 也会使感应电动势下降 两者共同作用的结果 当发电机的转速升高且负载电流达到 最大值时 输出电流几乎不随负载电阻的减小或转速的增加而增大 3 额定转速 n2 额定电流 IA 发电机出厂时 通过试验 规定了空载转速与额定转速 并列人产品说明书
16、在 使用过程中 可通过检测这两个数据来判断发电机性能的好坏 发电机达到额定电流 IA 时的转速定为额定转速 图中用 n2 表示 额定电流一般 定为最大输出电流的 2 3 2 5 2 空载特性 空载特性是研究发电机在空载运行时 其端电压随转速变化的关系 即 I 0 时 U f n 的曲线 如图 2 8 所示 图 2 8 交流发电机的空载特性曲线 2 5 3 外特性 外特性是研究当发电机转速一定时 其端电压与输出电流的关系 即 n 常数时 U f I 的曲线 如图 2 9 所示 图 2 9 交流发电机的外特性曲线 汽车电源系统交流发电机简介 9 从外特性曲线可以看出发电机电压受负载影响的程度 如果发电机在高速运转时 突然失去负载 发电机电压会突然升高 致使发电机及调节器等内部电子元件有被击 穿的危险 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 使其输出电压在发动机所
