学习情境2充电指示灯常亮.ppt
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1、汽车电气设备构造与维修,学习情境描述,根据汽车使用中电源系常见故障-充电指示灯常亮(不暗)的故障原因进行分析。主要故障原因有发电机故障和充电电路故障。要求学生应具有能力目标有:会就电源系技术问题与客户进行技术指导和交流 会进行发电机的维护,检验、故障判断和修理 会进行电源系电路连接,零部件检验和更换 会进行电源系故障判断与排除,知识目标,了解交流发电机的功用。了解调节器的工作原理。掌握电源系电路和工作原理掌握调节器的检测方法。掌握交流发电机的结构、工作原理。掌握交流发电机的试验、检测及维修方法。了解汽车充电系的组成。掌握电路检测及维修方法。,2.1 交流发电机的结构,发电机的功用2.1.2整体
2、式交流发电机的结构 1转子 2定子 3整流器 4端盖及电刷组件 5带轮及风扇 6.电压调节器,2.1.1 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。,3.1.2 交流发电机的结构,整体式交流发电机
3、一般由转子、定子、整流器、前后端盖、风扇、带轮和集成电路电压调节器等组成。,2.1.2 交流发电机的结构,1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3.3、3.4所示。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,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3.3所示。当转子转动时,就形成了旋转的磁场。,2.1.2 交流发电机的结构
4、,2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3.5所示。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3.5a、b所示,都能产生三相交流电。,2.1.2 交流发电机的结构,3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。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
5、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,,2.1.2 交流发电机的结构,整流器的二极管有6个、8个整流器和定子绕组的连接如图,图3.16 具有中性点二极管的整流电路,2.1.2 交流发电机的结构,4端盖及电刷组件 端盖一般分两部分(前端盖和后端盖),起支撑转子、定子、整流器和电刷组件的作用。端盖一般用铝合金铸造,一是可有效的防止漏磁,二是铝合金散热性
6、能好。后端盖上装有电刷组件。电刷组件由电刷、电刷架和电刷弹簧组成,如图3.9所示。电刷的作用是将电源通过滑环引入励磁绕组。两个电刷分别装在电刷架的孔内,借助弹簧压力与滑环保持接触。电刷和滑环的接触应良好,否则会因为磁场电流过小,导致发电机发电不足。,图3.9 电刷组件,2.1.2 交流发电机的结构,5带轮及风扇 交流发电机的前端装有带轮和风扇,由发动机通过传动带驱动发电机的转子轴和风扇一起旋转。发电机工作时,定子绕组和励磁绕组中都会有热量产生,温度过高会烧坏导线的绝缘导致发电机不能正常工作,所以为发电机散热是必须的,为了提高散热能力,有的发电机装有两个风扇(前后各一个)。如丰田轿车的发电机。,
7、2.2 交流发电机工作原理,发电原理整流原理交流发电机的励磁,2.2.1交流发电机发电原理,如图3.11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3.11 交流发电机发电原理示意图1定子铁心 2定子绕组 3转子 4励磁绕组 5整流二极管 6电刷,2.2.1交流发电机发电原理,1.交流电动势的变化频率f和转速、磁极对数成正比 式中
8、 磁极对数 发电机转速(r/min)在交流发电机中,由于转子磁极呈鸟嘴形,其磁场的分布近似正弦规律,所以交流电动势的波形也近似正弦规律,如果发电机定子的三相绕组是对称绕制的则产生的三相电动势也是对称的。,2.2.1交流发电机发电原理,2.三相交流发电机的感应电动势瞬时值表达式:式中 每相电动势的最大值 每相电动势的有效值 电角速度,2.2.2 交流发电机整流原理,交流发电机定子的三相绕组中,感应产生的是交流电,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3.12a所示。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
9、相绕组和6只整流二极管按图3.12a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3.12c所示,这就是发电机的整流原理。,图3.12 交流发电机整流原理a)整流电路图 b)三相绕组电压波形图 c)整流后发电机输出波形图,2.2.2 交流发电机整流原理,1整流原理:(1)二极管的导通原则 当3只正二极管负极端连接在一起时,正极端电位最高者导通;当3只负二极管正极端连接在一起时,负极端电位最低者导通。(2)整流过程的分析 同时导通的二极管管子总是两个,正、负管子各一个。三相桥式整流电路中二极管的依次循环导通,使得负载RL两端得到一个比较平稳的脉动直流电压,如图3.12(c)所示。
10、,图3.13整流二极管导通分析,2.2.2 交流发电机整流原理,2中性点电压 在定子绕组为星形连接时,三相绕组的公共结点称为中性点。从三相绕组的中性点引一根导线到发电机外,标记为“N”。“N”点电压称为中性点电压。中性点电压的瞬时值是一个三次谐波电压,如图3.15所示,平均值为发电机输出电压(平均值)的一半,即: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工作。,图3.15 交流发电机中性点电压波形图,2.2.2 交流发电机整流原理,利用中性点电压提高发电机功率 有的发电机(如夏利发电机)的整流器有8只整流管,其中两只整流管接在中性点处(1只正极管和1只负极管),如图3.16
11、所示。把中性点电压和三相绕组并联输出,实践证明这样可提高发电机功率1015。由于中性点电压的瞬时值是一个三次谐波,其波峰在有些时候可能大于三相绕组的最高值,此时,中性点正极管VD7导通,其他三个正极管截止,由VD7供给外电路高电压;同理,波谷也能小于三相绕组的最低值,此时,中性点负极管VD8导通,参与对外输出,这样就提高了发电机的对外输出能力,提高了发电机的输出功率。,图3.16 具有中性点二极管的整流电路,2.2.3交流发电机的励磁,除了永磁式交流发电机不需要励磁以外,其他形式的交流发电机都需要励磁,因为它们的磁场都是电磁场,必须给励磁绕组通电才会有磁场产生而发电,否则发电机将不能发电。将电
12、流引入到励磁绕组使之产生磁场称为励磁。交流发电机励磁方式有自励和他励两种。1他励 在发电机转速较低时(发动机未达到怠速转速),自身不能发电,需要蓄电池供给发电机励磁绕组电流,使励磁绕组产生磁场来发电。这种由蓄电池供给磁场电流发电的方式称为他励发电。,2.2.3交流发电机的励磁,2自励 随着转速的提高(一般在发动机达到怠速时),发电机定子绕组的电动势逐渐升高并能使整流器二极管导通,当发电机的输出电压UB大于蓄电池电压时,发电机就能对外供电了。当发电机能对外供电时,就可以把自身发的电供给励磁绕组,这种自身供给磁场电流发电的方式称为自励发电。交流发电机励磁过程是先他励后自励。当发动机达到正常怠速转速
13、时,发电机的输出电压一般高出蓄电池电压12V以便对蓄电池充电,此时,由发电机自励发电。不同汽车的励磁电路各不相同,但有一个共同特点是,励磁电路都必须由点火开关控制。交流发电机的励磁电路如图3.17、3.18所示。,2.2.3交流发电机的励磁,图3.17 6管内搭铁型交流发电机的励磁,2.2.3交流发电机的励磁,图3.18 11管外搭铁型交流发电机的励磁,2.3常见交流发电机的结构,交流发电机的分类常见发电机的结构型式交流发电机的型号交流发电机的性能指标,交流发电机的分类,1.按总体结构分(1)普通交流发电机。这种发电机即无特殊装置,也无特殊功能特点,使用时需要配装电压调节器。(2)整体式交流发
14、电机,发电机和调节器制成一个整体的发电机。(3)带泵的交流发电机。发电机和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起的发电机。(4)无刷交流发电机,不需要电刷的发电机。(5)永磁交流发电机,转子磁极为永磁铁制成的发电机。,交流发电机的分类,图3.19 交流发电机结构外型a)JF1522A型交流发电机 b)捷达JFZ1813型交流发电机 c)JFB1712型交流发电机,交流发电机的分类,2.按整流器结构分(1)6管交流发电机。(2)8管交流发电机。(3)9管交流发电机。(4)11管交流发电机。3.按励磁绕组搭铁型式分(1)内搭铁型交流发电机。(2)外搭铁型交流发电机。,注意:交流发电机搭铁型式不同,所配
15、用的调节器及接线方法不同,充电系故障检查方法也不同,使用时应予注意,否则发电机不发电,调节器不工作。,交流发电机的分类,常见发电机的结构型式,19管交流发电机(1)9管交流发电机结构特点:9管交流发电机的基本结构和6管交流发电机相同,所不同的是整流器,9管交流发电机的整流器是由6只大功率硅整流二极管和3只小功率励磁二极管组成。图3.22所示为日立公司生产的LR160-708型整体式外搭铁型9管交流发电机电路图。,图3.22 LR160-708型9管交流发电机电路图1点火开关 2主继电器 3熔丝 4充电指示灯,常见发电机的结构型式,(2)充电指示灯电路:LR160-708型9管交流发电机的励磁电
16、路还有一个功能,就是控制充电指示灯电路,在图3.22所示电路中,有一充电指示灯,其作用是:指示发电机是否有故障;警告驾驶员停车后关断点火开关。(3)充电指示灯的工作原理:当点火开关接通时,发电机未发电,由蓄电池供给磁场电流。此时充电指示灯亮,表示蓄电池放电,发电机他励。当发动机启动后,转速升高到怠速及其以上时,发电机应能正常发电并对外输出,此时,磁场电流由发电机供给,发电机自励发电。若没有熄灭,说明发电机不发电或充电指示灯电路有故障。发电机熄火后,由于发电机不再发电,如果没有关断点火开关,蓄电池会通过磁场电路向励磁绕组放电,充电指示灯会再次发亮,可提醒驾驶员关断点火开关,避免蓄电池放电时间过长
17、烧坏励磁绕组和引起蓄电池亏电。,常见发电机的结构型式,211管交流发电机(1)11管交流发电机整流器的结构特点:11管交流发电机的整流器由8只大功率硅整流二极管和3只小功率磁场二极管组成,8只整流管(其中6只接三相绕组,2只接中性点)组成全波桥式整流电路对外负载输出,3只小功率磁场二极管与3只大功率负极管也组成三相全波桥式整流电路,为发电机磁场供电和控制充电指示灯电路。,图3.23 桑塔纳轿车用整体式外搭铁型11管发电机电路原理图1交流发电机 2电压调节器 3调节器的传感器,常见发电机的结构型式,(2)调节器的特点 桑塔纳发电机为整体式外搭铁型交流发电机,采用集成电路调节器,调节器和电刷架制成
18、一个整体安装在发电机内部,称为整体式发电机。外搭铁型是指发电机磁场的负电刷通过调节器后再搭铁。桑塔纳发电机的外部有两个接线柱,分别为火线接线柱B和磁场接线柱D+,火线接线柱B向全车供电,磁场接线柱D+的作用是由蓄电池向励磁绕组提供励磁电流使发电机发电,并且控制充电指示灯电路。11管交流发电机目前汽车上应用较多,因为它具有中性点二极管可提高发电机功率,又有励磁二极管可控制充电指示灯电路。去掉11管交流发电机中的3只励磁二极管,就变成了8管交流发电机。8管交流发电机的充电指示灯电路由调节器直接控制。,常见发电机的结构型式,3无刷交流发电机 由于没有电刷和滑环,所以不会因为电刷及滑环的磨损和接触不良
19、造成励磁不稳定或发电机不发电等故障;同时工作时无火花,也减小了无线电干扰。无刷交流发电机分为爪极式、激磁机式和永磁式三种。(1)爪极式无刷交流发电机的结构及工作原理 如图3.24所示,爪极式无刷交流发电机励磁绕组是静止的,它通过一个磁轭托架固定在后端盖上,所以,不再需要电刷。两个爪极中,只有一个爪极直接固定在电机转子轴上,另一爪极则用非导磁焊接在前一爪极上。当转子旋转时,一个爪极就带动另一爪极一起在定子内转动,当励磁绕组中有直流电通过时,爪极被磁化,就形成了旋转磁场。磁路如图3.25箭头所示,常见发电机的结构型式,图3.24 爪极式无刷交流发电机的结构1外型 2后轴承 3防护罩 4整流器 5壳
20、体 6定子 7磁轭 8励磁绕组接头 9励磁绕组 10爪极 11前端盖12风扇 13带轮,常见发电机的结构型式,(2)爪极式无刷交流发电机的特点 爪极式无刷交流发电机的优点是:结构简单、维护方便、工作可靠,不存在电刷与滑环接触不良导致的发电不稳或不发电故障;缺点是爪极间连接工艺困难,由于磁路中间隙加大,发电机相同输出功率下需加大励磁电流。,图3.25 爪极式无刷交流发电机的结构原理与磁路1转子轴 2磁轭托架 3端盖 4爪极 5定子铁心 6非导磁联结环 7励磁绕组 8转子磁轭,2.3.3 交流发电机的型号,汽车交流发电机型号由产品代号、电压等级代号、电流等级代号、设计序号、变型代号五部分组成,如图
21、3.26所示。,图3.26 交流发电机型号,2.3.4 交流发电机的性能指标,1额定电压 交流发电机的电压受电压调节器控制,一般比较稳定,只是在发动机启动阶段略有变化,正常情况下,发动机达到怠速转速时,发电机的输出电压应能达到一个稳定值,这个电压值称为发电机的额定电压(12V系统的发电机额定电压为14V,24V系统的发电机额定电压为28V)。2空载转速 交流发电机不带负载,能够达到额定电压时的初始转速值定为空载转速,空载转速在发电机出厂时通过试验确定,列入产品说明书。空载转速是汽车设计时选择发动机和发电机速比的主要依据,也是发电机使用过程中性能是否下降的评价指标之一。,2.3.4 交流发电机的
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