汽车电子电气第02章汽车供电系统

1、,第 2 章 汽车供电系统,n n,汽车供电系统的功用是向车载各用电设备提 供电能，由蓄电池与发电机并联组成。 发动机工作时，由发动机带动发电机向汽车 用电设备提供电能，并向蓄电池充电。,蓄电池的功用,1. 发动机启动时，向启动机和点火系统供电,2. 发动机低速运转时，向用电设备和发电机磁场,绕组供电。（应用中应避免）,3. 发动机运转时，将发电机剩余电能转化为化学,能储存起来；,4. 发电机过载时，协助发电机向用电设备供电 5. 蓄电池相当于一个大电容器，能吸收电路中出 现的瞬时过电压，保护电子元件，保持汽车电 器系统电压稳定。,对蓄电池的要求,n n n,启动发动机时，蓄电池在510S内，

2、要向启 动机连续供给强大电流（汽油机200 600A，柴油机8001000A）。 因此，对蓄电池的要求是：容量大、内阻 小、有足够的启动能力。 能满足发动机起动需要的蓄电池被称之为 起动型蓄电池，汽车上使用的就是起动型 蓄电池。,对发电机的要求,(1) 由于发动机工作时的转速变化范围很大，要 求发电机在发动机转速变化范围内都能正常 发电且电压稳定，以满足用电设备的用电需 求；,(2) 要求发电机的体积小、重量轻、故障率低、 发电效率高、充电性能良好、维护方便或少 维护、使用寿命长等，以确保汽车使用性能 要求。,2.1 蓄电池的构造,n n,蓄电池是一种可逆的低压直流电源， 既能将化学能转换为电

3、能，也能将电 能转换为化学能。 汽车起动用铅酸蓄电池(简称蓄电池) 按性能可分为干式荷电蓄电池和免维 护蓄电池两类。,蓄电池的基本构造图,2.1.1 极板与极板组,n n,极板：是蓄电池的基本部件，由它接受充入 的电能和向外释放电能。极板分正极板和负 极板两种。正极板上的活性物质是二氧化 铅，呈棕红色；负极板上的活性物质是海绵 状纯铅，呈青灰色。 为了增大蓄电池的容量，将多片正极板和负 极板各自用横板焊接并联起来，组成正极板 组和负极板组。,n,将正负极板相互嵌合（中间用隔板隔开）的极板组 （如下图）置于存有电解液的容器中，就构成了单 格电池，单格电池的标称电压为2V。,n,一个12V的蓄电

4、池就需用6个单 格电池串联而 成，如右图， 12V电系汽车选 用一只电池， 24V电系汽车选 用两只电池。,2.1.2 隔板,n n,为了避免相互接触而短路，正负极板 之间要用绝缘的隔板隔开。 隔板材料应具有多孔性结构，以便电 解液自由渗透，而且化学性能应稳 定，具有良好的耐酸性和抗氧化性。,n n,微孔塑料和微 孔橡胶隔板的 结构如图a所 示。 免维护蓄电池 普遍采用了聚 氯乙烯袋式隔 板，结构如图b 所示。,2.1.3 电解液,（1） 电解液的作用是使极板上的活性物质发生溶解和电,离，产生电化学反应,它由纯净的硫酸与蒸馏水按 一定的比例配制而成。,（2）电解液的密度一般为1.24-1.30

5、g/3。,（3）电解液纯度是影响蓄电池电气性能和使用寿命的重,要因素。因此，蓄电池用电解液必须符合专业标准 规定，所用硫酸和蒸馏水也必须符合相应的国家标 准和专业标准的规定。由于工业用硫酸和普通水中 含铜、铁等杂质较多，会加速蓄电池自放电，所以， 不能用于蓄电池。,2.1.4 壳体,n n n n,蓄电池外壳为一整体式结构的容器，极 板、隔板和电解液均装入外壳内。 蓄电池电压一般有6V和12V两种规格，因 此，外壳内由间壁分成3个和6个互不相通 的单格。 外壳应耐酸、耐热、耐寒、抗震动，并具 有足够的机械强度。 此外，还有联条和加液孔盖等。,n,干荷电与免维 护蓄电池普遍 采用穿壁式点 焊联接

6、，所用 联条尺寸很 小，并设制在 壳体内部，如 图所示。,蓄电池的装配过程,2.1.5 蓄电池技术状态指示器,a）指示器结构,b）存电充足,c）充电不足,d）电解液不足,1透明塑料管,2指示器底座,（1）蓄电池技术状态指示器又称为内装式密度计，由 透明塑料 管、底座和颜色不同的两只小球（一只为蓝,色、,另一只为红色）组成，如图a所示。,（2）当蓄电池电量充足、电解液密度大于1.22时，从指 示器顶部进行观察，当中心呈红色圆点、周围呈蓝色圆 环，表示蓄电池技术状态良好，如图b所示。,（3）当蓄电池电量不足、电解液相对密度过低时，蓝 色小球下移到极限位置，其观察结果如图c所示，中心呈 红色圆点、周

7、围呈无色透明圆环，表示蓄电池亏电严 重，必须立即充电。,（4）当电解液液面过低时，两只小球都将下移到极限 位置，其观察结果如图d所示，中心呈无色透明圆点、 周围呈红色圆环，表示电解液不足，说明蓄电池不能继 续使用，必须更换蓄电池。如果这种指示器安装在干荷 电蓄电池上，则表示必须添加蒸馏水。,2.2 蓄电池的工作原理,n n n n n n,双极硫酸盐化理论； 蓄电池中参与化学反应的物质，正极板上 pbO2； 负极板上是pb； 电解液是硫酸水溶液； 蓄电池放电时，正极板上的pbO2和负极板上 的pb都变成pbSO4水溶液； 电解液中的H2SO4减少，相对密度下降。蓄 电池充电时，则按相反的方向变

8、化。,2Na + XS Na S,（硫酸铅） （水） （硫酸铅）,正极,电解液,负极,正极,电解液,负极, （二氧化铅） （硫酸） （纯铅）,放,蓄电池充、放电时总的化学反应方程式为: O + PbSO 充,2.2.1 蓄电池静止电动势的建立,n n n n,蓄电池的电动势是正、负极浸入电解液后产 生的。其反应过程见后图所示； 负极板：铅溶于电解液中，失电子生成 Pb2+； Pb-2ePb2+； 电子留在负极板上，和Pb2+吸引，使负极具 有负电位，为-0.1V。,n n n n n,正极板：PbO2溶于电解液； PbO2+2H2OPb(OH)4 ； Pb(OH)4Pb4+ + 4OH- ；

9、OH-留在电解液中，Pb4+ 沉附在正极表面,使正 极板有+2.0V； 在外电路未接通时，反应达到动态平衡时，静 止电动势为： E=2.0(0.1)=2.1V,2.2.2 蓄电池的放电过程,n n n,将蓄电池的化学能转换成电能的过程称为 放电过程。 如果将蓄电池与外电路的负荷接通，电子e 从负极板经过外电路的负荷流往正极板， 使正极板的电位下降，从而破坏了原有的 平衡状态。发生电化学反应。 从理论上说，蓄电池这种放电过将极板上 所有物质全部转变为硫酸铅，但实际转化 的只有20-30%。,蓄电池放电过程,2.2.3 蓄电池的充电过程,n n n n,将电能转换成蓄电池化学能的过程称为充电 过程

10、，它是放电反应的逆过程。 充电时蓄电池的正负两极接通直流电源。 当电源电压高于蓄电池的电动势E时，电流由 蓄电池的正极流入，从蓄电池的负极流出， 也就是电子由正极板经外电路流往负极板。 这时正负极板发生的化学反应正好与放电过 程相反，其化学反应过程如下图所示。,蓄电池充电过程,2.2.4 蓄电池的型号,n,按照原机械工业部部颁标准JB259985的规 定，铅蓄电池产品型号分为三段：,n n n,串联单格电池数，指一个整体壳体内所包含的单格电池 数，用阿拉伯数字表示。 蓄电池类型，跟据蓄电池的主要用途划分，用汉语拼音字 母表示，起动型蓄电池用字母Q表示。 额定容量，用阿拉伯数字表示，其单位为A.

11、h。,串联单格电池数,蓄电池类型,蓄电池特征,蓄电池额定容量,东风EQ2102型越野汽车用 6-QW-180型蓄电池,n n n n,由6个单格电池组成； 额定电压为12V； 额定容量为180A.h； 启动型免维护蓄电池。,2.3 蓄电池的工作特性,蓄电池的工作特性主要包括： 1.静止电动势； 2.内阻；,3.充放电特性； 4.容量。,2.3.1静止电动势,n n n n,静止电动势Ej是指蓄电池在静止状态下（不充电也不 放电）正负极板之间的电位差（即开路电压）。 在电解液密度为1.0501.300 g/3的范围内，静止电 动势Ej与电解液密度及温度的关系可由如下的经验公 式表示： Ej=0.

12、84+25 25=t+0.00075(T-25) 式中， 25-温度为25时的电解液密度，单位为g/3； t -实际测得的电解液密度，单位为g/3； T -实际测得的电解液温度，单位为。,2.3.2蓄电池内阻,n n,包括极板，隔板，电解液，铅质联条等 的内阻。 影响因素。,2.3.3蓄电池的放电特性,n n,蓄电池的放电特性是指以恒流If放电时， 蓄电池端电压Uf、电动势E和电解液密度r 随放电时间的变化规律。 下页图是以20h放电率（If=0.05C20, C20 指蓄电池额定容量）恒流放电的特性曲 线。,蓄电池的恒流放电特性曲线,从放电特性曲线可知，蓄电池放电终了,可由两个参数判断：,（

13、1）电解液密度下降至最小的许可值（约为,1.11）；,（2）单格电池电压下降至放电终止电压（以 20h放电率放电，单格终止电压1.75V）。 终止电压与放电电流的大小密切相关，放 电电流越大，放电的时间就越短，允许放电的,终止电压也越低。,2.3.4 蓄电池的充电特性,n n,蓄电池的充电特性是指以恒流Ic充电时，蓄电 池充电电压Uc、电动势E及电解液密度 等随 充电时间变化的规律。 下图是以20h充电率（Ic=0.05C20）恒流充电时 的特性曲线。,蓄电池恒流充电特性曲线,蓄电池充足电的特征：,n n n,蓄电池的端电压上升至最大值（单格电池电压 为2.7V），且2h内不再变化； 电解液的

14、密度上升至最大值，且2h内基本不 变； 电解液大量冒气泡，呈现“沸腾”。,2.3.5蓄电池的容量,n n n,蓄电池的容量指蓄电池在规定条件下（包括放电 温度、放电电流、放电终止电压）放出的电量； 恒流放电时，蓄电池的容量等于放电电流与放电 时间之积； 额定容量、储备容量。,额定容量C20,根据国标GB5008.191起动型蓄电池,技术条件规定：,C20 是指完全充足电的蓄电池，在电解,液温度为25时，以20h放电率（If=0.05C） 连续放电到单格电池电压降至1.75V（12V 蓄电池端电压下降至10.50+0.05V，6V蓄电 池下降至5.25+0.02V），蓄电池所输出的 电量。,储备

15、容量Cm,n n n n,根据国标GB5008.1-91起动型蓄电池技术条 件规定： Cm是指完全充足电的蓄电池，在电解液温度为 25时，以25A电流连续放电到单格电池电压 降至1.75V所持续的时间，其单位为min 。 储备容量与额定容量有如下换算关系： C20 = 17778+ 208.3Cm 133.3 在C20200A.h或Cm480min时，上式不适 用。,影响蓄电池容量的因素 ：,n n n n,极板的构造； 放电电流； 电解液的温度； 电解液的密度。,2.4 蓄电池的使用与维护,2.4.1蓄电池的正确使用,（1）正确使用起动机； （2）定期补充充电； （3）安装固定牢靠；,（4）

16、新蓄电池首次使用之前，需要合理选择,电解液相对密度。,2.4.2 蓄电池的维护,1. 检查蓄电池外壳表面有无电解液漏出或渗,出，擦去电池盖上的电解液；,2. 检查蓄电池在车上安装是否牢靠，导线接,头与极柱的连接是否紧固；,3. 经常性的清除蓄电池盖上的灰尘、泥土和 酸垢，清除极柱和导线接头上的氧化物； 4. 检查加液孔盖或螺塞上的通气孔是否畅,通；,5. 定期检查并调整电解液的密度及液面高,度。,2.5 新型蓄电池,n n n n,钠硫电池 燃料电池 锌-空气电池 锂合金二硫化铁电池,2.5.1 钠硫电池,n n n,在钠硫电池中，阴极的反应物质是溶融的 钠，阳极反应物质是带有一定导电物质的

17、硫，电解质为-氧化铝（NaAl11O7）固体电 解质，它既是绝缘体，又能自由传导钠离 子。 钠硫电池的工作原理 这种电池理论上的比能量可达660Wh/kg，效 率可达100（即放电量等于充电量）， 且充 电时间短、无污染、原材料丰富，缺点是硫 化钠易燃烧、工作温度高(高达250300)、 使用寿命短。,钠硫电池原理图,1熔融钠,2氧化铝固体电解质,3熔融硫,4不锈钢壳体,2.5.2 燃料电池,n n n,燃料电池由燃料(氢、煤气、天然气等)、氧化剂(氧 气、空气、氯气)、电极(多孔烧结镍电极、多孔银电 极等)和电解质KOH溶液等组成，利用燃料的氧化反 应，将化学能直接转变为电能，只要不断地加入

18、燃料 和氧气，就会不断地产生电能，故称燃料电池。 氢-氧燃料电池是一种最普通的燃料电池，先把燃料转 化为氢气，然后与氧气分别在电池的两极发生氧化和 还原反应，从而产生电能。 燃料电池的比能量已经达到200350Wh/kg，为铅蓄 电池的47倍，且不需充电，只要不断供应燃料就可 继续使用，因此适合作为电动汽车的动力源。其缺点 是需要贵重金属作催化剂，成本高，且燃料的贮藏和 运输都有一定困难，因此有待进一步解决。,氢氧燃料电池结构示意图,2.5.3 锌-空气电池,n n n,锌-空气电池的比能量可达150400Whkg， 正极板是由金属网集电器、活性层等组成的 薄空气电极，负极板由纯锌组成，电解液

19、为 氢氧化钾水溶液。 化学反应过程 锌-空气电池具有放电电压稳定、无污染等优 点。但工作时用于清除空气中的二氧化碳、 滤清、通风等需要消耗一定能量，还要限制 放电电流等缺点，尚需进一步研究解决。,2.5.4 镉-镍电池,n n n,镉镍电池正极板的活性物质是氢氧化镍Ni （OH）和片状纯镍的混合物，混合纯镍的目 的是增强导电能力。负极板的活性物质是海绵 状镉，为增强其导电能力和化学活性，将5 6的水银与其混合。电解液为化学纯净的 氢氧化钠或氢氧化钾溶液。 镉镍电池充放电时的化学反应 与相同特性的铅蓄电池相比，镉镍电池的体积 小30、质量轻35%左右，可以输出几百安培 的电流。试验证明，镉镍电池

20、的起动性能良 好，使用寿命为铅蓄电池的57倍。其缺点是 成本价格比相同容量的铅蓄电池要贵34倍。,2.6 交流发电机与调节器,n n,发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动 机正常运转时（怠速以上），向所有用电设 备（起动机除外）供电，同时向蓄电池充 电。 汽车用发电机可分为直流发电机和交流发电 机，由于交流发电机在许多方面优于直流发 电机，直流发电机已被淘汰，目前所有汽车 均采用交流发电机。,2.6.1 交流发电机的构造,n n,交流发电机一般由转子、定子、整流 器、端盖四部分组成。 交流发电机基本零部件组成与整体结 构如下图所示。,整体式交流发电机零部件组成,1抗干扰电容器 2集成电路调节

21、器与电刷组件总成 3电刷端盖 4整流器总成,5转子总成 6定子总成 7驱动端盖 8风扇 9驱动带轮,JFZ1913Z型14V 90A交流发电机的整体结构,2.6.1.1 转子,n n,转子的功用是产生旋转磁场。 转子由爪极、磁场绕组、铁心和滑环组 成，如图所示。 1滑环 2转子轴 3爪极 4铁心与磁场绕组,n n n,两块爪极上制有6个鸟嘴形磁极，压装在转子轴上， 爪极间的空腔内装有铁心，铁心压装在转子轴上， 磁场绕组绕在铁心上。 滑环由彼此绝缘的两个铜环组成。滑环压装在转子 轴的一端并与转子轴绝缘。磁场绕组的两端分别焊 接在两个滑环上。两个滑环分别与发电机后端盖上 的两个电刷相接触。 当两个

22、电刷与直流电源接通时，磁场绕组中便有电 流流过，并产生轴向磁场，被磁化的爪极其中一块 为N极，另一块磁化为S极，于是就形成了48对相 互交错的磁极，国产交流发电机大多是6对磁极。,2.6.1.2 定子,n n n n,其功用是产生交流电。 由定子铁心与对称的三相电枢定子绕组组成。 定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组 的导线就嵌放在铁心的槽中。 三相绕组的连接方法有星形连接（简称Y形连 接）和三角形连接（ 简称形 连接）两种，如 下图所示，三相电枢绕组一般为星形连接，也 有采用三角形连接。,三相绕组的连接方法,a）Y形连接,）b形连接,n,三相绕组必须按一定要求绕制,才能使之获得频率 相同

23、、幅值相等、相位互差120的三相电动势。 交流发电机定子绕组展开图,2.6.1.3 整流器,n n n n,整流器的作用是将三相定子绕组产生的交流电 变换为直流电。 整流器一般由6个整流二极管和二极管的散热 板组成。 汽车交流发电机用整流二极管有正极管与负极 管之分。 普通交流发电机具有三只正极管和三只负极 管。引出电极为二极管正极的称为正极管，其 上标有红色标记；引出电极为二极管负极的称 为负极管，其上标有绿色或黑色标记。,整流器总成的结构,硅二极管的外形及符号结构,n n n,安装整流二极管的铝质 散热板称为整流板。 安装三只正极管的整流 板称为正整流板；安装 三只负极管的整流板称 为负整

24、流板，如图所 示。 有的交流发电机只有正 整流板而没有负整流 板，三只负极管直接压 装在发电机的后端盖 上，即后端盖相当于负 整流板。,2.6.1.4 端盖与电刷组件,n n n,交流发电机的前、后端盖均用铝合金 压铸而成，铝合金为非导磁材料，可 减少漏磁。并具有质量轻、散热性能 好等优点。 后端盖内装有电刷组件，电刷组件包 括电刷、电刷架和电刷弹簧组成。 电刷架有两种形式，一种是外装式， 另一种是内装式，如下图所示。,电刷组件,a）外装式,b）内装式,n,交流发电机有内搭铁和外搭铁之分，如图所示。 交流发电机的搭铁形式,a）内搭铁型交流发电机,b）外搭铁型交流发电机,2.6.2 交流发电机的

25、型号,n,汽车交流发电机的型号组成如图所示， 图中代号含义如下：,n n n n,产品代号 用字母表示，如JF、JFZ、JFB、JFW 分别表示交流发电机、整体式交流发电机、带 泵交流发电机和无刷交流发电机。 电压等级代号和电流等级代号 分别用1位阿拉 伯数字表示。 设计序号 按产品设计先后顺序，用12位阿拉 伯数字表示。 变形代号 用字母表示，交流发电机用调整臂位 置作为变形代号。从驱动端看，在中间不加标 记；在右边时用Y表示；在左边时用Z表示。,举例：,n n,例1：JFl53：表示电压等级为12V、电 流等级为大于5059A，第三次设计的 普通交流发电机。 例2：桑塔纳、奥迪100型轿车

26、用 JFZl913Z型交流发电机，其电压等级为 12V、电流等级为大于90A、第13次设 计，调整臂在左边的整体式交流发电 机。,2.7 交流发电机的工作原理,n n,交流发电原理 整流原理,2.7.1 三相交变电动势的产生,n n n,发电机的转子为磁极，磁极绕组通过电刷和滑 环引入直流电而产生磁场； 发电机的定子为电枢，三相电枢绕组按一定的 规律分布在定子的槽中，彼此相差120 电角 度。 当转子旋转时，产生一个旋转的磁场，使得相 对静止的定子电枢绕组切割磁力线而产生感应 电动势。由于转子磁极铁心制作成鸟嘴形特殊 结构，可使定子绕组感应产生的交流电动势近 似于正弦曲线波形，因此三相电枢绕组

27、产生的 感应电动势按正弦规律变化。,交流发电机的工作原理,a）汽车交流发电机电路,b）感应电动势输出波形,三相绕组中交流电动势瞬时值的表达式为：,eU = 2E sint,eV = 2E sin(t 1200) eW = 2E sin(t 2400),式中 E每相电动势的有效值，单位为V；,电角速度,（=2f，f=Pn/60，P为磁极对数，n为发电机转速，,单位为r/min）。,每相绕组中感应产生的电动势的有效值E为：,E = 4.44KfN = Cen,式中：K绕组系数，采用整距集中绕组时，K=1；,f感应电动势的频率，单位为Hz； N每相绕组的匝数，单位为匝； 每极磁通，单位为Wb； Ce

28、电机结构常数。,三相绕组接法不同时，电压与电流的关 系：,a）Y形接法,b）形接法,从上面可以看出：,n,当交流发电机转速相同条件下，相电压相同， Y形接法比接形法具有较高的输出电压；当 输出线电压相同时，接形法输出电流较大。 因此，采用Y形接法的交流发电机在发动机转 速较低时(如怠速时)便可向蓄电池充电，而采 用形 接法的交流发电机则需较高的发动机转 速才能向蓄电池充电。所以，大多数车用交流 发电机都采用Y形接法，只有少数大功率交流 发电机采 用形 接法。,2.7.2 整流原理,n n n,交流发电机定子的三相绕组中，感应产生的 是交流电。 是靠六只二极管组成的三相桥式整流电路变 为直流电的

29、。 二极管具有单项导电性,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。,三相桥式整流电路及电压波形,a）整流电路 b）绕组电压波形 c）整流电压波形,2.7.2.1 二极管的导通原则,n n,正极管导通原则 因为三只正极管(VD1、VD3、 VD5)的正极分别接在发电机三相绕组的始端 （U、V、W）上，它们的负极又连接在一起，所 以三只正极管的导通原则是：在某一瞬间，正极 电位最高者导通，因为正极电位最高的二极管导 通后，就使另两只二极管的负极电位高于正极而 不能导通； 负极管的导通原则 因为三只负极管（VD2、 VD4、VD6）的负极分别接在发电机三相绕

30、组的始 端，它们的正极又连接在一起，所以三只负极管 的导通原则是：在某一瞬间，负极电位最低者导 通，因为该二极管导通后，就使另两只二极管的 正极电位低于负极而不能导通。,2.7.2.2 整流过程,n n n,在t1t2时间间隔内，U相电位最高，V相电位最低，所以 二极管VDl、VD4获得正向电压而导通，电流从U相出 发，经二极管VDl、负载电阻RL、二极管VD4回到V相构 成回路。因为二极管的内阻很小，所以U、V两相之间的 线电压都加在负载电阻RL上。 在t2t3时间间隔内，U相电位最高，而W相电位变为最 低，所以二极管VDl、VD6获得正向电压而导通。U、W 两相之间的线电压加在负载电阻RL

31、上。 以此类推，六只二极管在一个周期内，以六种不同组合 两两导通依次循环，周而复始，使负载电阻两端得到一 个比较平稳的直流脉动电压U，负载电压波形及各时间间 隔内二极管的导通情况示于前图C中。,发电机输出直流电压的平均值为：,U =1.35U L = 2.34U U =1.35U,（Y形连接） （形连接）,每只二极管的平均电流Id只为负载电流的13，即,1 3,d,I,I,=,每只二极管所承受的最高反向电压为UDRM，其值应 为线电压UL的最大值，即 UDRM = 2UL = 2 3U = 2.54U,中性点电压,n n n,当三相定子绕组采用Y形连接时，三相绕组三 个末端的公共接点，称为三相

32、绕组的中性点， 接线端子标记为“N”。 中性点对发电机外壳（即搭铁)之间的电压,是 通过VD2、VD4、VD6三只负极管三相半波整 流后得到的直流电压，称为中性点电压 。 中性点电压的平均值等于交流发电机输出直流 电压的一半。,具有中性点接线端子的交流发电机电路,中性点作用：,n n,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，这些发电机在中性点处 接上两只整流二极管，和三相绕组的六只整流 二极管一道输出，在发电机高速运转 （2000rpm以上）情况下，可以提高交流发电 机的输出功率10%15%。,2.8 交流

33、发电机的特性,n n,交流发电机的工作特点是转速变化范围大， 对于一般汽油发动机来说，其转速变化约为 1：8，柴油机约为1：5，因此分析汽车用交 流发电机的特性必须以转速的变化为基础。 交流发电机的特性有输出特性（负载特 性）、空载特性和外特性，其中以输出特性 最为重要。,2.8.1 输出特性,n,又称负载特性或输 出电流特性。它是 指发电机向负载供 电时，保持发电机 输出电压恒定（对 12V的发电机规定为 14V，对24V的发电 机规定为28V），即 Ut=C时，输出电流I 与转速n之间的关系, 即I=f(n)的函数关 系。,由输出特性曲线I=f(n)可以看出：,1. 当发电机端转速过低时，

34、其端电压低于额定电 压，此时发电机不能向外供电；当转速达到空 载转速n1时，电压达到额定值；当转速高于空 载转速n1时，发电机才有能力向外供电。因 此，空载转速n1常作为选择发电机与发动机速 比的主要依据。,2. 当转速nn1时，发电机输出电流I的变化规律 是随转速n升高而逐渐增大；当转速n=n2时， 发电机的输出额定功率（额定电流IN与额定电 压之积），故将转速n2称为满载转速。,3. 空载转速和满载转速是交流发电机的主要性能指 标，在使用过程中应定期检测这两个参数，与规 定值相比较，即可判断发电机的性能是否正常。,4. 当发电机转速超过一定数值后，发电机输出电流 I不再随转速n升高而逐渐增

35、大，而是逐渐趋于某 一稳定电流值最大输出电流或限流值Imax。该 特性表明汽车用交流发电机自身具有自动限制输 出电流的自我保护能力。一般情况下， Imax1.5IN。,交流发电机具有自我限流保护能力的原因如下：,n n n,发电机定子绕组具有一定的感抗。当发电机的 转速很高时，电动势的交变频率很高，电枢绕 组的感抗作用大，阻碍交流电流的能力增强， 可产生较大的内部电压降。 定子电流的增大，电枢反应增强，即定子电流 形成的磁场对转子磁场产生去磁作用，反过来 使定子绕组中的感应电动势下降。 通过上述两种共同作用的结果，使得发电机的 输出电流不再增加，因而交流发电机具有自身 限制输出电流的作用。,2

36、.8.2 空载特性,n n,空载特性是指发电机 空载时（即负载电流 I=0），发电机的端电 压U与转速n之间的函 数关系。 从曲线可以看出，随 着转速的升高，端电 压上升较快，由他激 转入自激发电时，即 能向蓄电池补充充 电，进一步证实了低 速充电性能好的优 点。因此，空载特性 是判定硅整流发电机 充电性能是否良好的 重要依据。,2.8.3 外特性,n n,外特性是指发电机转速一定 时，发电机的端电压U与输 出电流之间的关系, 即n=C 时， U =f（I）的函数关系。 从曲线可以看出，在一定转 速下，输出电流增加时发电 机端电压将有较大下降。反 之，在发电机高速运转时， 如果突然失去负载，其

37、端电 压将急剧上升，这样可能引 起整流器二极管和调节器中 电子元件因瞬时过电压损 坏，因此必须注意：发电机 高速旋转时，避免大幅度突 然减小负载。,2.9 交流发电机的调节器,n n n,交流发电机调节器是把交流发电机的输出电压 控制在规定范围内的控制装置，又称为电压调 节器，简称调节器。 汽车采用的调节器有触点式和电子式两大类。 触点式调节器存在体积大、结构复杂、触点振 动频率低、触点易烧蚀及故障率高等缺点，故 因不适应现代汽车对电源系统的要求已被淘 汰，本节只介绍电子调节器。,2.9.1 交流发电机调节器的作用,n n n n,从发电机各电枢绕组电动势与发动机的转速和磁 极的磁通成正比可推

38、出： E = C e n 发电机输出电压必然随转速的变化而变化。 汽车用交流发电机工作时其转速很不稳定且变化范围很 大，若对发电机不加以调节，其端电压将随发动机转速的 变化而变化，这与汽车用电设备要求电压恒定相矛盾。 交流发电机调节器的作用就是当发动机转速变化时，自动 对发电机的电压进行调节，使发电机的电压稳定，以满足 汽车用电设备的要求。,2.9.2 电压调节原理与调节方法,n n n n,调节器的调节原理就是：通过调节磁场电流使 磁极磁通改变来使发电机输出电压保持恒定。 汽车用发电机电压调节器电压调节的方法如下 图a所示。 当发电机的电压达设定的上限值U2时，调节 器动作，使磁场绕组的励磁

39、电流If下降或断 流，从而减弱磁极磁通量，致使发电机电压下 降； 当发电机电压下降至设定的下限值U1时，调 节器又动作，使If增大，磁通量加强，发电机 电压又上升。,发电机电压调节器基本原理,a）发电机电压调节器原理图,b）发电机电压调节器工作时的电压波形,n n n,当发电机的电压上升至U1时又重复上述过程， 使发电机的电压在设定的范围内脉动，得到一 个稳定的平均电压Ue。 发电机在某一转速下，调节器起作用后的发电 机电压波形如上图b所示。 电子式调节器调节磁场电流的方法是：利用三 极管的开关特性，使磁场电流接通与切断来调 节发电机磁场电流。,2.9.3 电子式调节器分类与型号 2.9.3.

40、1 电子式调节器分类,n n,电子式调节器按结构可分为晶体管式和集成 电路式两种类型。 电子式调节器按搭铁形式可分为内搭铁型和 外搭铁型两种。,2.9.3.2 交流发电机调节器型号,n,汽车交流发电机调节器的型号组成如图 所示，含义如下：,n n n n n n,产品代号 交流发电机调节器的产品代号为 FT、FTD两种，分别表示发电机调节器和电子 式发电机调节器。 电压等级代号与交流发电机相同。 结构形式代号 调节器的结构形式代号用一位 阿拉伯数字表示，数字“4”表示分立元件 式；数字“5”表示集成电路式。 设计序号 按产品设计先后顺序，用12位阿拉 伯数字表示。 变形代号 以汉语拼音大写字母

41、A、B、C 顺序表示（但不能用O和I两个字母）。 例如：FTDl52表示电压等级为12V的集成电路 式调节器，第二次设计。,2.9.4 电子调节器工作过程 2.9.4.1 调节器基本电路的组成,n,电子调节器（内搭铁型）的基本电路由四部 分组成，即分压电路、第一级开关电路、第 二级开关电路和辅助元器件等四部分构成。,内搭铁型电子调节器的组成和工作原理,2.9.4.2 调节器具体工作过程,n n n n n,当闭合点火开关SW，蓄电池电压加在分压电阻Rl、R2 两端由于发电机电压低于调节电压上限值，发电 机他励发电 ，若发电机转动，则其电压将随转速升高 而升高。 当发电机电压高于蓄电池电压但低于

42、调节电压上限值 U2时发电机自励发电 。 当发电机电压升高到调节电压上限值U2时发电机 电压迅速下降。 当发电机电压降到调节电压下限值U1时发电机电 压重又升高，开始新的一轮循环。 调节器的作用就是这样依靠三极管VTl、VT2的导通 截止的循环开关作用，控制着磁场绕组回路的通断， 以此保证发电机的电压控制在某一平均值Ue附近波 动，使其直流输出基本保持为额定电压。,外搭铁型电子调节器基本电路,基本工作原理与上述内搭铁型电子调节器基本相同。,电子调节器工作特性曲线,n,将实际测量的调节电压和磁场电流与发电机转速之间的关系描绘成 曲线如图所示，图中ns为开始工作转速，称为工作下限。当发电机 转速超

43、过工作下限时，开关三极管随转速升高，相对导通率减小， 磁场电流减小，从而使发电机输出电压稳定。,2.9.5 调节器信号电压取样方式,集成电路电压调节器根据电压信号输,入的方式不同，可分为：,1. 蓄电池电压检测方式 2. 发电机电压检测方式,发电机调节器信号电压检测方式,a）蓄电池电压检测方式,b）发电机电压检测方式,2.10 交流发电机及调节器的检测,2.10.1 交流发电机的检修,交流发电机运转750h，汽车行驶3万km 后，一般发电机进行一次分体检修。其中 电刷及轴承是主要检查项目。若电刷磨损 量超过限值，轴承间隙过大或有明显损伤 时，必须及时予以更换。,交流发电机电气部分的故障,1. 整流二极管烧环而使发电机电压过低，造成,充电电流过小或不充电。,2. 发电机磁场绕组或电枢绕组有短路、断路或,搭铁而使发电机发电电压过低或不发电。,3. 电刷与滑环接触不良而使磁场绕组励磁电流 过小或无励磁电流，造成发电机电压过低或 不发电。,2.10.1.1 交流发电机解体前的检查,n n n,检测交流发电机各接柱之间的电阻 电压波形显示检测 交流发电机的试验,2.10.1.2 交流发电机解体后的检修,n n