1.任务描述

利用准备的有故障的和性能良好的发电机，进行分解、检测、装配及调整训练。

2.教学目标

（1）能力目标

1）能识别交流发电机的型号含义。

2）认识交流发电机的结构。

3）能进行转子绕组的检查。

4）能进行交流发电机二极管板的检查。

5）能进行交流发电机定子绕组的检查。

6）能进行交流发电机机械方面的检查。

（2）知识目标

1）掌握发电机的工作原理。

2）掌握交流发电机整流原理。

3）掌握交流发电机励磁过程。

4）了解交流发电机的型号。

5）掌握交流发电机的结构。

6）了解交流发电机的分类。

7）熟悉常见的交流发电机的构造、工作原理。

3.相关知识

（1）发电机的工作原理

1）发电原理

当导体在磁场中运动（切割磁力线）时，就可以产生电压。导体在磁场中运动时，就会切割磁力线，此时导体上产生一个电压，人们把这个过程称为运动的电磁感应。感应电压的方向取决于导体运动方向和磁场方向。可以根据右手定则确定电流方向。感应电压的大小取决于：

①导体在磁场中的运动速度；

②导体有效长度；

③磁场强度（磁力线密度）。

但是这种电压非常小，如果将导体做成线圈的形式，在磁场中旋转时就可以产生大的电压，如图3-3所示，发电机就是利用这个原理发电的。根据不同的发电方法，发电机可分为交流发电机和直流发电机。现在汽车上使用的发电机几乎都是交流发电机。硅整流发电机是应用最为广泛的交流发电机。

图3-3 线圈在磁场中旋转可以产生电压

2）整流原理

整流器的作用就是利用二极管的单向导电性，将发电机产生的三相交流电转换成直流电。

如图3-4所示，发电机所产生的电流方向是交替变化的。在电路中连接一个正向偏置的二极管后，电流的正半周通过，而负半周被阻隔，从而形成脉冲的直流电。如果连接一个反向偏置的二极管后，交流电的负半周通过，而正半周被阻隔。

图3-4 通过正向偏置二极管将交流电整流成脉动的直流电

以上两种情况都是交流电的一半被允许通过，一半被阻隔，我们称之为半波整流，半波整流会将交流电的一半阻隔掉。因此，汽车发电机通常使用二极管整流桥把交流电进行全波整流。二极管整流桥由几个连接不同的二极管组成，电流通过几个二极管的来回转换，最终都转换成向一个方向流动。如图3-5所示。

图3-5 全波整流示意图

3）励磁

在汽车上，发电机和蓄电池并联，在低速时或发电机发电电压较低时，发电机的励磁电流由蓄电池供给，因为励磁电流较强，虽然发电机转速较低，但是也能产生较高的电压，由蓄电池供给励磁电流的发电方式叫做他励发电。随着发电机转速升高，其电压也不断升高。当发电机电压高于蓄电池电压时，励磁电流由发电机自身供给，这种由发电机自身供给励磁电流的发电方式叫做自励发电。

4）电压调节

①电压调节器

蓄电池以及一切电气系统都必须避免电压过高，充电系统的电压调节，对于防止蓄电池早期失效和电气系统损坏都十分重要。当发动机运转时，充电系统还必须提供足够的电能供汽车的电器附件使用。

调节电压的方法是调节流过转子的励磁电流。励磁电流越大，输出电压越高。因此，可以通过调节励磁电流，从而调节交流发电机的输出电压。为保证蓄电池得到充分的充电以及众多附件的运行，大多数电压调节器的系统电压设置在13.5～14.8V之间。

为了调节交流发电机的输出电压，电压调节器必须有一个输入，此输入就是充电系统的系统电压，并称之为感受电压。如果感受电压低于电压调节器的设定值，电压调节器便增大励磁电流，使充电系统输出电压加大。反之，如果感受电压高于电压调节器设定值，它便减小励磁电流，使系统输出电压降低。

在汽车行驶中，会遇到感受电压高低变化。例如，正在行驶的汽车，若附件未开动且蓄电池已经充足了电，便会有较高的感受电压。此时，电压调节器会将充电系统电压降低，一直降低到能供点火系统运行而又向蓄电池小电流充电（2A～4A）的程度为止。如果行驶中接通了大负载（比如前照灯等），额外耗电将引起蓄电池电压降落，电压调节器接收到低的系统电压信号，它便减小磁场电路电阻，让多些电流流过转子线圈，磁场随着励磁电流加大而加强，交流发电机输出电压增大。当负载卸掉时，电压调节器接收到系统电压上升信号而削减励磁电流，交流发电机输出电压降低。

②电压调节器的种类

常见的调节器有机电式调节器和电子式调节器两种，电子式调节器应用最为广泛。电子式调节器是调节流过磁场绕组搭铁边的电流，采取变化磁场绕组被激励时间的脉宽调制法来调节交流发电机的输出。举例来说，假定汽车装备了100A额定电流的交流发电机，如果对充电系统的电流需求为50A，调节器大概有50%的时间激励磁场绕组；如果对充电系统的电流需求增至75A，调节器大概有75%的时间激励磁场绕组。电子式调节器利用稳压二极管的稳压特性作为基准。

如图3-6所示为简化了的电子式调节器电路。来自定子和整流桥的交流发电机电压，首先经电阻和热敏电阻构成的电压分压器进行分压，然后加至稳压二极管。当交流发电机输出电压达到上限（14.5V）时，稳压二极管导通，电流流到晶体管1的基极，晶体管1导通而晶体管2截止。晶体管2控制励磁电流。如果晶体管2是截止的，便没有电流流过磁场绕组，交流发电机便没有输出。当没有电压加到稳压二极管时，电流停止流动，晶体管1截止而晶体管2导通，励磁电路被接通。转子磁场恢复，交流发电机产生输出电压。

图3-6 采用稳压二极管的电子调节器简化电路

（2）交流发电机的型号

根据行业标准QC/T73—1993《汽车电气设备产品型号编制方法》中的规定，发电机的型号由五部分组成。

1）产品代号

主要有四种：JF，交流发电机；JFZ，整体式交流发电机；JFB，带泵型交流发电机；JFW，无刷交流发电机。

2）分类代号

是电压等级代号，“1”发电机标称电压为12V；“2”发电机标称电压为24V。

3）分组代号

是功率等级代号，用一位阿拉伯数字表示，见表3-2。

表3-2硅整流发电机的分组代号

4）设计序号

按产品设计先后顺序，由1～2位阿拉伯数字组成。

5）变形代号

以调整臂位置确定变形代号，从驱动端看，调整臂在中间位置不作标注，在右侧时用“Y”表示，在左侧时用“Z”表示。

（3）交流发电机的结构

如图3-7和图3-8所示，交流发电机由以下功能单元组成：带有定子绕组的定子，带有励磁线圈的转子，整流二极管支架，电子磁场调节器；为了散热（自发热量、发动机热量和排气管热量），由一台吸入冷却空气的风扇从内部对发电机进行冷却。发动机通过V带或多楔带驱动发电机。

发电机正面的端子接口有：B+（蓄电池正极）；D+（发电机正极）；D-（发电机负极）；DF（发电机磁场）。

图3-7 交流发电机实物解剖图

(www.daowen.com)

图3-8 发电机分解图

1—螺母 2—带轮 3—隔圈 4—前盖总成 5—前轴承 6—轴承盖 7—轴承盖螺栓 8—转子线圈 9—后轴承 10—轴承盖 11—后盖 12—螺栓 13—密封件 14—整流器总成 15—双头螺栓 16—电刷架总成 17—电刷支架螺栓 18—集电环导轨 19—盖

1）转子

如图3-9和图3-10所示，转子由转子线圈、爪极（2个）、转子轴等组成。

图3-9 转子分解图

图3-10 转子实物图

在转子轴的一端装有带轮，由发动机曲轴带轮通过传动带带动转轴旋转。转子实际上是安装在交流发电机内的一个旋转磁场，磁场线圈是缠绕在铁心的一系列导电绕组。铁心安装在两个磁极之间。由小电流通过线圈绕组形成磁场。电流通过线圈时，铁心被磁化，一个磁极是N极，另一个磁极是S极。磁极的延伸部分叫磁爪，磁爪是实际意义上的磁极。一般转子有14个磁爪，即7个N极和7个S极。在相邻磁爪之间从N极到S极形成了磁场，如图3-11和图3-12所示。

图3-11 转子形成的磁场从N极指向S极

2）定子

如图3-13所示，定子是交流发电机的固定部分，由导体或导线绕制而成。旋转的磁场在定子中感应出电压。大多数的交流发电机使用三相绕组来产生所需要的电流输出。不论是△联结结构还是联结结构，各相安放位置都稍有不同，以使它们的电脉冲错开。如图3-14和图3-15所示，三角形绕组的三相联结的形状像“△”，星形绕组的三相联结的形状像拉丁字母“Y”。联结多用在需要发动机低速时提供较高电压的场合，而△联结的交流发电机可以输出较高的电流强度。

转子在定子内部旋转。在定子与转子之间有一个小的空隙，使得转子转动时不至于和定子相碰。转子上的磁场能在同一时间对所有的定子绕组提供能量。

交流电就是先产生一个正脉冲，随着再产生一个负脉冲。其波形图就是众所周知的正弦波，这种波形能在示波器上进行观察。在发电机中重叠有三相绕组，所以输出的电压是由三相绕组产生的，故称为三相交流电。

图3-12 转子磁场

图3-13 定子部件

图3-14 定子的△联结和联结

发电机电流产插图生：

励磁电流经过电刷和集电环流向励磁绕组。定子绕组将励磁电流分流并通过三个励磁二极管对励磁电流整流。在励磁绕组中产生一个以发电机为中心旋转的磁场。磁力线切割定子绕组并在每一相位中产生一个交流感应电压。通过联结产生一个三相交流电压。功率二极管对三相电流整流。

3）集电环和电刷

集电环和电刷的作用是把励磁电流接到转子上。大多数交流发电机都直接在转子上安装两个集电环。集电环与集电环、集电环与转轴之间是相互绝缘的。电流通过电刷流入、流出磁场线圈。电流从电压调节器的磁场接线端子通过第一个电刷和集电环流入磁场线圈，再经过磁场线圈、第二个集电环和电刷接地（见图3-16）。

图3-15 定子绕组实物

图3-16 电流通过电刷和集电环流向转子绕组

电流流到磁场线圈之前必须通过交流发电机的电压调节器。调节器可以调整供给磁场线圈的电流。如该电流增加，则磁场增强，交流发电机的输出电压升高；反之亦然。

4）端盖

端盖（外壳）是由两块铸铝做成的。端盖上装有轴承，轴承装有传动带轮的转子轴，每个端盖上还有一些沟槽。其作用是使转子轴上的风扇吹来的空气能在发电机中流动，以冷却发电机。装有散热器的正向二极管整流器也安装在端盖的背面。负向二极管整流器直接安装在端盖上。二极管工作时产生的热量可随时被流动的空气带走。两个端盖是用螺栓固定在一起，然后固定在发动机上，是接地通路的一部分。

（4）发电机的类型

1）交流发电机的分类

①按有无电刷的分类

交流发电机按有无电刷可分为有刷式和无刷式两大类。

汽车采用的无刷交流发电机是无电刷无集电环的交流发电机，它结构新颖、性能优良、工作稳定、故障少。无刷交流发电机分为爪极式和感应式两种类型，以前汽车上采用的多为爪极式无刷交流发电机。

现在汽车上普遍使用有刷式交流发电机。有刷式交流发电机根据电刷架的安装方式不同，又有外装式和内装式之分。前者电刷架可直接在发电机的外部拆装，后者刷架则不能直接在发电机外部进行拆装，如需要更换电刷，则必须将发电机解体。

②按磁场绕组搭铁部位不同的分类

交流发电机按磁场绕组搭铁部位不同，有内搭铁式和外搭铁式两种调节器。磁场绕组在发电机内部搭铁的称为内搭铁式，磁场绕组在发电机外部通过调节搭铁的则称为外搭铁式。交流发电机搭铁型式不同，所配用的调节器及接线方法不同，充电系统故障检查方法也不同，使用时应注意，否则发电机不发电，调节器不工作。

③按调节器安装部位不同的分类

按调节器的安装部位不同又有一般式和整体式之分。整体式交流发电机是指将发电机调节器装在发电机上或发电机内部，即调节器和发电机为一个整体。由于内装集成电路（IC）调节器，不但可以减少发电机外部的连接导线，而且还能大大简化制造过程，因而日益得到广泛的应用，如丰田YR、YB系列发电机，夏利汽车发电机等。

2）常见的交流发电机

随着汽车用电设备的不断增加，交流发电机的种类也不断增加，性能不断提高。现就常见的几种交流发电机作一简单介绍。

①9管交流发电机

9管交流发电机是在6管交流发电机的基础上增设3只小功率二极管而形成的。3只小功率二极管与负极性管组成三相桥式整流电路，用来专门向磁场电路供电，所以又称磁场（或励磁）二极管。如图3-17所示。

②11管交流发电机

该发电机除有6只整流二极管、3只磁场二极管外，还有2只中性点二极管，上海桑塔纳轿车用JFZ 1931Z型发电机就是11管交流发电机。捷达/捷达王也是采用11管交流发电机。11管交流发电机兼有8管与9管交流发电机的特点和作用。如图3-18所示。

图3-17 9管交流发电机线路图

图3-18 11管交流发电机线路图

4.实训操作

（1）发电机分解

略。

（2）发电机检测

1）转子绕组的检查

①检查转子是否对地短路，检查时，所测阻值应为无穷大或在kΩ范围内，否则有搭铁故障。

②检查转子绕组间是否短路或断路。用万用表检查两集电环之间电阻，其电阻读数为2.8～3.0Ω。若测得阻值符合该范围，则说明绕组无短路、断路故障；若测得电阻值低于2.8～3.0Ω，则说明转子有短路故障；若测得电阻值无穷大或在kΩ范围，则说明转子有断路故障。

2）二极管板检查

用电烙铁断开定子绕组，先将万用表调至检测二极管档。检测正二极管，用万用表“+”表笔接散热片，用“-”表笔逐个接二极管引线进行测量，全部读数应在“0.300～0.700”以内，表笔反接，表显示“1”；否则应更换二极管。检测负二极管，用万用表“-”表笔接负极散热片，用“+”表笔逐个接二极管引线进行测量，全部读数应在“0.300～0.700”以内，表笔反接，表显示“1”；否则应更换二极管。检测励磁二极管，用万用表“+”表笔接在励磁端，用“-”表笔逐个接二极管引线进行测量，全部读数应在“0.300～0.700”以内，否则应更换二极管。所有测试均需进行3次。

3）定子绕组的检查

①定子对地短路的检查。将发电机解体，然后用万用表分别测量1和2、1和3、1和4处的电阻，其阻值应为无穷大；否则有搭铁故障。

②定子绕组内断路的检查。用万用表分别测量线圈抽头1和2、1和3、2和3处的电阻。正常情况下，所测得的三个阻值都在1Ω以下且相等。若测量值超出标准值，则表明定子绕组断路。

4）机械方面的检查

转子轴可检查轴的径向圆跳动，标准应不大于0.10mm。

（3）发电机装配及调整

略。