汽车电器设备与维修技术项目一教案

雄楚爱才合作高职院校专业课教案课程：《汽车电气设备构造与维修》任课教师：王佳俊2017年10月课题电源系统授课班级汽车运用与维修授课日期2017年10月课时6课时【教学要求】要求学生掌握蓄电池的基本类型、构造、正确使用和故障的检测维修【参考资料】《汽车电器设备构造与维修》的第一部分【本课重点】1．蓄电池的基本类型和构造；2．了解蓄电池的正确使用；3．掌握蓄电池故障的检测维修。4．发电机的基本类型和构造；2．了解发电机的工作原理；3．掌握发电机故障的检测维修。【本课难点】1蓄电池的工作原理;2.蓄电池故障的检测与维修；3.发电机的工作原理【主要措施】讲授为主，借助多媒体课件和师生互动辅助教学教学内容安排引入新课电源系统在生活中的应用等背景引入话题5分钟新课讲授蓄电池的作用与分类；发电机的结构与工作原理；45分钟课堂练习师生互动，提问回答环节30分钟本课小结指明重点、难点，对学生提出要求8分钟课后作业2分钟【备注】教师活动教学内容安排学生活动讲述汽车常见打不着火的故障现象，引出汽车的电源系。利用动画与声音相结合的多媒体课件提示学生回答详细介绍汽车上电源是电路的那一部分补充发动机点火原理、发动机点火线路等相关知识解释导线直接连接干电池两头会产生火花详细介绍生活中常见的电池类型强调结构原理强调汽车车用电池类型重点提醒电量指示器的识别解释电压的实质计算方式和为什么电压测量值和额定值不一样利用课件提出问题，要求与学生解答。讲一题，找学生做一题计算蓄电池的单元格提出生活中实例：冬天能经常看见一个电动三轮拉着另一个电动三轮在行驶。解释为什么气温突然变冷时汽车打不着火的情况变多提醒短路的危害提问怎么识别正负极。在看不清标识的情况又改怎么办。解释为什么经常能看见用过一段时间的蓄电池正负极极柱上的白色物质，白色物质是什么。带学生一起参照实例学习蓄电池型号的认识。重点能从蓄电池标号上读出蓄电池类型和电压强调蓄电池维护的重要性。车载蓄电池一般采用恒定电流充电的方式重点介绍车载免维护蓄电池的故障诊断方式。实际维修中维修店又是采用的什么方法。重点从蓄电池的构造以及汽车电路连接情况待大家分析故障原因，从而让大家理解并学会如何分析。提醒在保存和拆卸蓄电池时应注意的事项从汽车的点火系统引出供电系统，再根据参考资料中的电路图解释汽车点火系统在工作时供电系统的工作情况。最后根据上一个情景中蓄电池的学习引出汽车发电机解释整流桥的工作原理讲解实物图所拍的发电机处于发动机什么位置，为什么如此安装解释电生磁磁生电的原理，引出为什么会有转子和定子两个部分解释为什么需要电刷，为什么叫电刷，从而让学生知道为什么电刷的构造是图示中的样子讲解二极管的工作原理提问为什么需要风扇，并作出解释引入磁通量，解释发电机的工作原理重点解释磁生电的工作原理，以及内部接线情况其他不做深入解释以免学生觉得深奥，有反感的情绪主要让学生能从发电机标识号中读出发电机的输出电压和整流器形式电压调节器中重点解释电压调节器的作用，工作原理只做了解下讲解首先总结发电机的结构已经充电系统的构成和作用。根据前边所学分析充电系统可能出现的故障及其原因这部分加入万用表使用方法的讲解，重点让大家学会万用表的使用这部分主要讲解游标卡尺的使用与读数，重点让学生学会游标卡尺的使用这部分主要结合充电系统的工作原理讲解，让学生理解故障原因导入新课（5分钟）汽车电气是汽车的重要组成内容，而汽车电气技术的发展主要是汽车电子技术的发展。电子技术在现代汽车上的应用则是微处理器对各种工作过程的控制为主要特点。微处理器实质是是一种比较便宜、简单的单片计算机。特别是近些年，电子电路在汽车上得到了广泛地应用，使汽车的性能（经济性、排放性、安全性、舒适性、通过性等）得到很大的发展和提高，给发展智能化、网络化汽车及智能交通系统奠定了良好基础。以电子技术为基础的电气设备离不开电源系统的供电，电源系统是电气设备的供氧系统。给汽车电气设备供能的电源系统之一就是蓄电池。问：生活中，我们熟知的电源系统包括什么？我们常见的蓄电池都是什么样子？从本堂课开始我们共同认识汽车电源系统中蓄电池的相关知识。讲授与练习（135分钟）情景一蓄电池的结构与检修一、蓄电池的作用汽车蓄电池作为汽车上的两个电源之一，在汽车上与发电机并联，其主要作用有：1．发动机起动时，由蓄电池向起动机、点火系统、仪表等用电设备供电。2．当发电机输出电压低于蓄电池电压时，由蓄电池向汽车用电设备供电，并向交流发电机提供激磁电流。3．蓄电池存电不足，由发电机向蓄电池充电。4．具有吸收高压脉冲（即电路中产生的过电压），稳定电网电压，保护用电设备功能。二、蓄电池的分类铅蓄电池由于结构简单、价格便宜、内阻小、可以短时间供给起动机强大的起动电流而被广泛采用。铅蓄电池又可以分为普通铅蓄电池、干荷电铅蓄电池、湿荷电铅蓄电池和免维护铅蓄电池。1.普通铅蓄电池如图1-1所示，新蓄电池的极板不带电，使用前需按规定加注电解液并进行初充电，初充电的时间较长，使用中需要定期维护。图1-1普通铅蓄电池2．干荷电铅蓄电池干荷电蓄电池是指极板处于干燥的已充电状态和无电解液贮存的蓄电池。它的外观、内部零件结构及使用效果与普通蓄电池基本相同，如图1-2所示。新蓄电池的极板处于干燥的已充电状态，电池内部无电解液。在规定的保存期内，如需使用，只需按规定加入电解液，静置20～30min即可使用，使用中需要定期维护。图1-2干荷电铅蓄电池3．湿荷电铅蓄电池湿荷电是指极板为荷电状态，带有少量的电解液，而大部分电解液被吸入极板和隔板中贮存的一种蓄电池。此类蓄电池，自出厂之日起，可允许贮存6个月。在此期间，如需使用，只需要按规定加入相应密度的电解液，20min后即可投入使用。但如果贮存期过长，为能正常使用，需要进行短时间的补充充电。4．免维护蓄电池免维护蓄电池又称MF（Maintenance-Free）蓄电池，是指在汽车合理使用期间，不需要对蓄电池进行加注蒸馏水、检测电解液液面高度、检测电解液密度等维护作业，只需要通过观察电量指示器了解蓄电池的电量情况，如图1-3所示。当然，日常还有其他电解质蓄电池，比如胶体电解质蓄电池、燃料电池（FuelCell）、纳-硫蓄电池。图1-3免维护蓄电池结构蓄电池的组成起动型铅酸蓄电池由3只或6只单格电池串联而成，每只单格电池电压约为2V，串联成6V或12V以供汽车选用。它主要由极板、隔板、电解液、外壳、联条和极柱等组成，如图1-4所示。图1-4蓄电池的结构1.极板极板是蓄电池的核心部分，蓄电池充放电过程中，电能与化学能的相互转换依靠极板上的活性物质与电解液中的硫酸的化学反应来实现。极板分正、负极板两种，它由栅架和活性物质组成，如图1-5所示。图1-5极板2．隔板为了使蓄电池的结构尽量紧凑，正负极板应尽可能接近，但又得避免其互相接触而造成短路，必须采用隔板加以绝缘，如图1-6所示。由于电化学反应在液体中进行，有离子迁移运动，为使电解液渗透，隔板应具有多孔性和良好的耐酸性，故一般采用微孔塑料、微孔橡胶、木质材料、玻璃纤维等材料。隔板一面平滑，另一面有凹槽。为保证正极板在充、放电过程中化学反应激烈时，而使电解液顺利地上下流通，安装时，带沟槽的一面应朝向正极板。这样还能保证活性物质脱落时，能沿槽迅速沉至底。图1-6隔板3．电解液电解液是蓄电池内部发生化学反应的主要物质，由纯净硫酸和蒸馏水按一定的比例配制而成。蓄电池电解液的密度一般为1.24～1.31g/cm3，使用中密度应根据地区、气候条件和制造厂的要求而定，如表1-1所示。表1-1不同气温下电解液密度的选择使用地区最低温度（℃）冬季（g/cm3）夏季（g/cm3）﹤－401.301.26－30～－401.281.25－20～－301.271.240～－201.261.234．外壳外壳用来盛放电解液和极板组，并使蓄电池构成一个整体。外壳的材料有硬质橡胶和聚丙烯塑料两种，由间壁将其分为三个或六个相互分离的单格，底部有凸起的筋条支撑极板组，凸筋之间的空间用来容纳极板脱落的活性物质，以防极板短路，如图1-7所示。图1-7外壳5．联条联条的作用是将单格蓄电池串联起来，提高蓄电池的端电压。起动铅蓄电池的联条用铅锑合金制成。有传统外露式、穿壁式和跨越式三种，如图1-8所示，前者用在硬橡胶外壳上，后两者用在塑料外壳上。a）传统外露式（b）穿壁式（c）跨越式图1-8联条6．极柱极柱的作用是用来与外部电路联接接线将蓄电池的电压引出，第一个单格电池的正极板联条与正极柱相连，最后一个单个电池的负极板联条与负极柱相连。极柱有圆锥形和L形等，如图1-9所示。为便于识别，极柱的上方或旁边标刻有“+”（或P）、“-”（或N）标记，或者在正极柱上涂红色油漆。四、蓄电池的工作原理蓄电池的工作原理就是化学能和电能的相互转化，它分为充电和放电两个过程，如图1-10所示。当铅蓄电池接通外电路负载放电时，正极板上的PbO2和负极板上的Pb都变成了PbSO4，电解液中的硫酸变成了水。充电时，正、负极板上的PbSO4分别恢复成原来的PbO2和Pb，电解液中的水变成了硫酸。

图1-10蓄电池的工作原理1．铅蓄电池的放电当铅蓄电池的正、负极板浸入电解液中时，在正、负极板间就会产生约2.1V的静止电动势。此时若接入负载，在电动势的作用下，电流就会从蓄电池的正极经外电路流向蓄电池的负极，这一过程称为放电，蓄电池的放电过程是化学能转变为电能的过程。放电时，正极板上的PbO2和负极板上的Pb，都与电解液中的H2SO4反应生成硫酸铅（PbSO4），沉附在正、负极板上。电解液中H2SO4不断减少，密度下降。理论上，放电过程可以进行到极板上的活性物质被耗尽为止，但由于生成的PbSO4沉附于极板表面，阻碍电解液向活性物质内层渗透，使得内层活性物质因缺少电解液而不能参加反应，因此在使用中被称为放完电蓄电池的活性物质利用率只有20％～30％。因此，采用薄型极板，增加极板的多孔性，可以提高活性物质的利用率，增大蓄电池的容量。2.铅蓄电池的充电充电时，蓄电池的正、负极分别与直流电源的正、负极相连，当充电电源的端电压高于蓄电池的电动势时，在电场的作用下，电流从蓄电池的正极流入，负极流出，这一过程称为充电。蓄电池充电过程是电能转换为化学能的过程。充电时，正、负极板上的PbSO4还原成PbO2和Pb，电解液中的H2SO4增多，密度上升。它是在外电源的作用下，迫使2个电子从正极板返回负极板，形成从正极板流向负极板的充电电流。五、蓄电池的正确使用1．蓄电池的型号

蓄电池型号实例蓄电池型号实物图序号123456789101112产品特征干荷电湿荷电免维护少维护防酸式密闭式半密闭式液密式气密式激活式带液式胶质电解质代号AHWSFMBYQIDJ表1-2蓄电池产品特征代号2．蓄电池的正确使用与维护（1）三抓1）抓及时、正确充电①放完电的电池24h内送充电间；②装车使用的电池应定期补充充电，放电程度，冬季不超过25%，夏季不超过50%；③带电解液存放的蓄电池应定期补充充电。2）抓正确使用操作①每次启动时间不超过5s，启动间隔时间15s，最多连续启动3次；②车上蓄电池应固定牢靠，安装搬运时应轻搬轻放。3）抓清洁保养①保持蓄电池表面清洁；②及时清除蓄电池表面的酸液；③经常疏通通气孔。（2）五防1）防止过充和充电电流过大；2）防止过度放电；3）防止电解液液面过低；4）防止电解液密度过大；5）防止电解液内混入杂质。蓄电池的充电1．充电方法蓄电池的充电必须根据不同的情况选择恰当的方法，并且正确地使用充电设备，以提高工作效率，并延长充电设备和蓄电池的寿命。通常蓄电池的充电方法如下3种：（1）恒流充电恒流充电是指在充电过程中，充电电流保持不变（通过调整电压，保证电流不变）的充电方法。它广泛用于初充电、补充充电和去硫化充电等。为缩短充电时间，充电过程通常分为两个阶段：第一阶段采用较大的充电电流，使蓄电池的容量得到迅速恢复，当蓄电池电量基本充足，单格电池电压达到2.4V，开始电解水产生气泡时，转入第二阶段，将充电电流减小一半，直到电解液密度和蓄电池端电压达到最大值且在2～3h内不再上升，蓄电池内部剧烈冒出气泡时为止。（2）恒压充电恒压充电是指在充电过程中，充电电压保持恒定不变的充电方法，它是蓄电池在汽车上由发电机对其充电的方法。在恒压充电初期，充电电流较大，充电4～5h后即可达到额定容量的90％～95％，因而充电时间较短，充电电流IC会随着电动势E的上升，而逐渐减小到零，使充电自动停止，不必人工调整和照管。但是在充电过程中，充电电流大小不能调整，所以不能保证蓄电池彻底充足电，也不能用于初充电和去硫化充电。充电时，若充电电压过高，将导致过充电；充电电压过低，将导致充电不足。所以一般单格电池充电电压选为2.5V。对于就车使用的蓄电池，为了防止其产生硫化故障，必须定期（每两个月）拆下用改进恒流充电的方法充电一次。（3）脉冲快速充电恒流充电和恒压充电统称为“常规充电”，其充电时间过长，给使用带来不变，故采用脉冲快速充电，脉冲快速充电必须用脉冲快速充电机（图1-11）进行。图1-11快速脉冲充电机脉冲快速充电的过程是：先用0.8～1倍额定容量的大电流进行恒流充电，使蓄电池在短时间内充至额定容量的50％～60％，当单格电池电压升至2.4V，开始冒气泡时，由充电机的控制电路自动控制，开始脉冲快速充电，首先停止充电25ms（称为前停充），然后再放电或反向充电，使蓄电池反向通过一个较大的脉冲电流（脉冲深度一般为充电电流的1.5～3倍，脉冲宽度为150～1000μs），然后再停止充电40ms（称为后停充），而后按着正脉冲充电→前停充→负脉冲瞬间放电→后停充→正脉冲充电……循环进行，直至充足电为止。脉冲快速充电的优点是充电时间可大大缩短（新蓄电池充电仅需5h，补充充电需1h）。但蓄电池的寿命有一定的影响，并且脉冲快速充电机结构复杂，价格昂贵，故适用于电池集中、充电频繁、要求应急的场合。2．充电的种类

根据充电目的不同，蓄电池的充电可分为初充电、补充充电、去硫化充电、间歇过充电和循环锻炼程度等。（1）初充电对新蓄电池或更换极板后的蓄电池进行的首次充电。其目的是恢复蓄电池在存放期间，极板上部分活性物质因缓慢放电和硫化而失去的电量。初充电的特点：充电电流小，充电时间长，必须彻底充足。初充电的程序如下：加注电解液：按蓄电池制造厂的规定和本地区的气温条件，加注一定密度的电解液（加注前，电解液温度不得超过30℃），放置4-6h，使极板浸透，并调整液面高度至规定值。2）连接蓄电池：将蓄电池的正、负极分别与充电机的正、负极相连。选择充电电流，进行充电：采用两阶段恒流充电法充电时，第一阶段充电电流为额定容量的1/15，待电解液中有气泡冒出、单格电池电压达2.4V时，转入第二阶段，将电流减小一半，直至蓄电池充足电为止。充电过程中应注意测量电解液的温度，当温度超过40℃时，应将电流减半，如温度继续上升达45℃时，应停止充电，待冷却至35℃以下时再充电。3）调整电解液密度：充好电的蓄电池应检查电解液的密度，如不符合规定，应用蒸馏水或1.4g/cm3的稀硫酸进行调整，并调整液面高度至规定值。调整后，再充电2h，直到电解液密度符合规定为止。（2）补充充电补充充电是指对使用中的蓄电池在无故障的前提下，为保持或恢复其额定容量而进行的正常的保养性充电。一般汽车用蓄电池应每隔1～2个月从车上拆下来进行一次补充充电，使用中，如发现下列现象之一时，必须及时进行补充充电：1）电解液相对密度降至1.15g/cm3以下时；2）冬季放电量超过25％，夏季超过50％时；3）前照灯灯光比平时暗淡，起动无力时；4）单格电池电压降到1.70V以下时。（3）间歇过充电间歇过充电又称预防硫化过充电，是避免使用中极板硫化的一种预防性充电。一般应每隔3个月进行一次。充电方法是先按补充充电方式充足电，停歇1h后，再以减半的充电电流进行过充电，即出现“沸腾”现象为止。如此反复，直至充足电为止。（4）循环锻炼程度蓄电池在使用中常处于部分放电的状态，参加化学反应的活性物质有限，为迫使活性物质都能参加工作，以避免活性物质由于长期不参与化学反应而收缩，每隔一段时间（如3个月）应对蓄电池进行一次循环锻炼充电。充电方法是先用补充充电或间歇过充电将蓄电池充足电，然后，以20h放电率放完电，再用补充充电法直至充足电后使用。（5）均衡充电均衡充电是为了消除蓄电池在使用过程中，由于制造、使用等因素，导致单格电池的端电压、电解液密度及容量异常等差异。充电方法是先用正常的方法进行充电，待蓄电池电压稳定后，停歇1h，改用20h率电流进行充电，充2h停1h，反复3次，直至充足电为止。（6）去硫化充电去硫化充电是消除硫化的充电工艺。蓄电池轻度硫化，可采用此方法予以消除，方法如下：1）倒出电解液，加入蒸馏水冲洗两次后，再住入蒸馏水至液面高出极板15mm；2）用IC=C20/30（A）的电流进行补充充电，当密度上升到1.15g/cm3时，再加蒸馏水稀释后继续充电，直至密度不再上升；3）以20h率放电电流放电至单格电池电压降到1.75V时，再进行上述充电。反复进行以上过程，直至输出容量达到额定容量的80%以上，即可使用。3．充电设备

蓄电池是直流电源，必须用直流电源对其进行充电。充电时，充电电源的正极接蓄电池的正极，充电电源的负极接蓄电池的负极。汽车上的充电设备是由发动机驱动的交流发电机，而充电间多采用硅整流充电机、智能充电机和快速充电机等。七、蓄电池的故障诊断与排除1．铅蓄电池性能的检查（1）蓄电池液面高度的检查检测蓄电池液面高度的方法有三种：玻璃管测量法、液面高度指示线法、加液孔液位判断法，如图1-12所示。玻璃管测量法液面高度指示线法加液孔液位判断法图1-12蓄电池液面高度检查法（2）蓄电池放电程度的检查蓄电池放电程度的检查可用密度计测量电解液相对密度和用高率放电计检查蓄电池放电程度两种方法。1）用密度计测量电解液相对密度如图1-13所示，电解液的密度与放电程度的关系是密度每下降0.01g/cm3相当于蓄电池放电6％。图1-13用密度计测量电解液相对密度用高率放电计检查蓄电池如图1-14所示，测量时，将放电叉紧压在单格电池的极柱上，时间不超过5s。单格电池的电压在1.5V以上，并在5s内保持稳定，说明此单格电池良好。图1-14用高率放电计检查蓄电池（3）蓄电池开路电压检查测量蓄电池开路电压时，蓄电池应处于稳定状态，蓄电池充、放电或加注蒸馏水后，应静置半小时后再测量。蓄电池开路电压可用万用表的电压档测量，将万用表的正、负表笔分别与蓄电池的正、负极相接即可。2．免维护蓄电池的检查对于全密封型免维护蓄电池，由于无加液孔，所以不能采用传统的密度计来测量电解液密度以判断其技术状况，为此，通过顶端的检查孔观察其颜色来判断蓄电池的技术状况，如图1-15所示。图1-15免维护蓄电池的检查3．蓄电池常见故障诊断与排除蓄电池常见故障分内部故障和外部故障，内部故障有极板硫化、活性物质脱落、极板栅架腐蚀、极板短路、自放电、极板拱曲，外部故障有外壳裂纹、极柱松动、封胶干裂等。（1）蓄电池自行放电故障现象：充足电或第一天使用良好的蓄电池，放置较短的时间即感觉存电不足，甚至无电，起动机运转无力，喇叭声音微弱且沙哑，灯光黯淡。故障原因：电解液不纯、蓄电池溢出的电解液堆积在盖板上等。故障诊断与排除：1）检查并清洁蓄电池外表面；2）检查当所有电路切断时，是否还有某些电器元件或部件在耗用蓄电池电能。①试灯法：蓄电池外电路漏电测试在拆下搭铁电缆后，用小功率试灯串入蓄电池负极柱与搭铁电缆之间，若试灯发亮，说明电路有漏电。②电压表或电流表测试：检查数字钟、电子调谐式收放机、发动机控制微机的二极管在点火开关断开时的耗电情况，可用电压、电流表进行测试。③用欧姆表测试：从蓄电池上拆下搭铁电缆，将欧姆表测试棒分别连接搭铁电缆与蓄电池正极电缆，其电阻值应不少于100Ω。（2）电解液消耗过快故障现象：经常添加蒸馏水进行补充。故障原因：1）蓄电池外壳破裂造成电解液渗漏；2）充电电流过大，电解液蒸发或析出；3）极板硫化或短路。故障诊断与排除：检查蓄电池外壳有无裂纹及渗漏，壳体破损应换用新蓄电池；2）电解液消耗过快的同时，伴有经常烧坏灯泡等现象，表明充电电流过大，应更换电压调节器；3）连续多次长时间使用起动机，也会造成蓄电池电解液损耗增多。（3）蓄电池电容量降低故障现象：起动机运转无力、起动困难。故障原因：1）新蓄电池未进行充、放电循环锻炼，未达到规定容量；2）电压调节器工作不良，致使蓄电池经常充电不足或过充电，极板活性物质脱落；3）电解液密度过低；4）电解液密度过高或液面长时间过低，引起极板硫化；5）经常长时间使用起动，造成大电流放电，致使极板损坏。故障诊断与排除：先用万用表测量蓄电池的开路电压，然后用起动机起动发动机，并检查蓄电池的端电压。电压降应≤3V,表明蓄电池良好；若电压降在4～6V，说明蓄电池充电不足，应对蓄电池进行补充充电，并检修其电源系统。若电压降＞6V，说明蓄电池内部有故障，应予以更换。（4）容器破裂故障原因：蓄电池固定螺母拧得过紧、汽车行驶中剧烈震动、外物撞击和电解液结冰等引起。故障诊断与排除：可根据电池电解液液面高度以及电池底部的潮湿情况来判断是否有裂纹存在，裂纹一般在其四角或附近区域。蓄电池的裂纹小的可以修补，严重的要更换蓄电池。（5）封口胶破裂破裂后，电解液从裂缝中渗出，与杂质混合会导致蓄电池外部导通短路，引起蓄电池自放电。故障诊断与排除：封口胶有轻微裂缝的话，可以清洁干燥后，用喷灯喷裂纹处烤热熔封。裂缝严重的可以把封口胶清除干净，重新封口。（6）极柱螺栓或螺母腐蚀故障诊断与排除：如果蓄电池的极柱螺栓和接线端已经腐蚀产生污物，可以用竹片将污物刮去，用抹布蘸有5％的碱液擦去残余的污物和酸液，用水清洗干净。然后在极柱和接线端的表面涂上凡士林油保护。如果腐蚀比较严重，应该更换极柱连接螺栓和螺母。（7）蓄电池爆炸蓄电池充电后期，电解液中的水分解为氢气和氧气。故障诊断与排除：为了防止蓄电池产生爆炸事故，必须使蓄电池的通气孔保持畅通，严禁蓄电池周围有明火，蓄电池内部连接处的焊点要牢固，以免松动引起火。情景二发电机的结构与检修发电机是汽车上的主要电源，它与蓄电池并联，由汽车发动机驱动，如图1-16所示。现代汽车装备的发电机几乎都是交流发电机，由于三相同步交流发电机采用硅二极管进行整流，所以通常又称之为硅整流发电机。交流发电机的功用是当发动机所需电压高于蓄电池电压时，能及时向蓄电池充电，并向全车除起动机外的所有用电设备直接供电。图1-16汽车并联电路一、发电机的分类1．按交流发电机的总体结构分普通交流发电机：使用时需要配装电压调节器的发电机；整体式交流发电机：发电机和调节器制成一个整体的发电机；带泵交流发电机：和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起的发电机，多用于柴油机；无刷交流发电机：无电刷和滑环的发电机；永磁交流发电机：转子磁极用永磁铁制成的发电机。2．按整流器结构分六管发电机：整流器由6只二极管组成；八管发电机：整流器由6只二极管和2只中性点二极管组成；九管发电机：整流器由6只二极管和3只磁场二极管组成；十一管交流发电机：整流器由6只二极管、2只中性点二极管和3只磁场二极管组成。3．按磁场绕组的搭铁形式分按磁场绕组（两只电刷引线）和发电机的联接不同，把发电机分为内搭铁型和外搭铁型两种，如图1-17所示。图1-17内、外搭铁式交流发电机（1）内搭铁型发电机磁场绕组直接在发电机内部与壳体直接相连而搭铁，即两只电刷的引线一根与后端盖上的磁场接线柱“F”相连，另一根直接与发电机外壳上搭铁接线柱“-”相连。（2）外搭铁型发电机磁场绕组的两只电刷都和壳体绝缘，通过调节器搭铁的发电机，即两电刷的接线柱均与发电机外壳绝缘，分别用“F1”和“F2”表示。另外，按冷却方式还可以分为，风冷式交流发电机和水冷式交流发电机两类。二、发电机的组成三相同步交流发电机主要由转子、定子、电刷与电刷架、风扇、皮带轮、前后端盖等组成，如图1-18所示。实物位置图内部结构图图1-18交流发电机1．转子转子的作用是产生磁场，转子主要由两块爪极、磁场绕组、转子轴和滑环等组成，如图1-19所示。转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有6个由低碳钢制成的鸟形磁极，空腔内装有磁轭，用于导磁。磁轭上绕有磁场绕组，磁场绕组的两根引线分别焊在与转子轴绝缘的两滑环上。滑环由两个彼此绝缘的铜环组成，它与两装在后端盖上的两个电刷相接触，两个电刷通过引线分别接在两个螺钉接线柱，即“F”和“-”上。 当两滑环通入直流电时（通过电刷），磁场绕组中就有电流通过，并产生轴向磁通，使得爪极一块被磁化为N极，另一块被磁化为S极，从而形成六对相互交错的磁极。当转子转动时，就形成了旋转的磁场。（a）转子实物图（b）分解图图1-19转子2．定子定子也叫电枢，它的功用是产生感应电动势。主要由定子铁心和定子绕组组成，如图1-20所示。图1-20定子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定子铁心的槽中。定子绕组有三相，三相绕组连接方式有星形接法（Y形）和三角形接法，都能产生三相交流电，如图1-21所示。 星形接法（Y形）三角形接法图1-21定子绕组连接方式星形接法是将三相绕组的末端连接在一起，形成三相绕组的中性抽头或称为中性点，标记为N。三角形接法是将相邻绕组的首段与尾端相连。星形接法多用在需要发动机低速时提供较高电压的场合，而三角形接法的交流发电机可以输出较高的电流强度。3．电刷与电刷架（图1-22）电刷的作用是将电源通过滑环引入磁场绕组，由石墨制成。电刷架内装电刷和弹簧，利用弹簧的弹力与滑环紧密接触，多采用酚醛玻璃纤维塑料模压而成或用玻璃纤维增强尼龙制成。图1-22电刷与电刷架发电机的电刷总成有内装式和外装式之分，如图1-23所示。内装式是将电刷架安装在后端盖内部，故如果电刷损坏，必须解体发电机，现已逐渐被淘汰。外装式电刷架用螺钉安装在后端盖壳体外表上，检修和更换方便。a）外装式（b）内装式图1-23电刷总成4．整流器交流发电机整流器的作用是将定子绕组产生的三相交流电整流成为直流电。6管交流发电机的整流器是由6只硅整流二极管组成三相全波桥式整流电路，如图1-24所示，6只整流管分别压装（或焊装）在两块板上。图1-24整流器交流发电机整流二极管有正极管和负极管之分。外壳为负极、中心引线为正极的二极管，称为正极管，管壳底上有红色标记。3只正极管的外壳压装或焊接在元件板上，由一个后端盖绝缘的元件板固定螺栓通至机壳外，成为发电机的电枢接线柱“B”或“+”极。外壳为正极、中心引线为负极的二极管，称为负极管，管壳底上注有黑色标记。3只负极管的外壳压装或焊接在另一元件板上，和电机外壳一起成为发电机的负极，其安装如图1-25所示。图1-25硅整流二极管安装图5．风扇、皮带轮（图1-26）为保证发电机在工作时不致因温升过高而损坏，在发电机上装有风扇，一般用钢板冲制而成或用铝合金压铸而成。对于只有一个风扇的发电机，其风扇均装在前端盖和皮带轮之间。图1-26风扇、皮带轮、前后端盖对于有两个风扇的发电机，其安装形式有两种：一种是在前后端盖内的转子爪极两侧各焊接一个，另一种是在前端盖和带轮之间安装一个风扇，另一个安装在后端盖和转子爪极之间。发电机在后端盖上有进风口，在前端盖上有出风口，当发电机旋转时，风扇也一起旋转，使空气高速流经发电机内部对发电机进行强制冷却。发电机的前端装有传动皮带轮，它通过发动机曲轴带动皮带轮旋转。皮带轮通常用铸铁或铝合金制成，也有用薄钢板卷压而成的，分为单槽、双槽和多楔形槽三种，利用半圆键装在风扇外侧的转轴上，再用弹簧垫片和螺母紧固。6．前后端盖如图1-26所示，前后端盖起固定转子、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，二是铝合金散热性能好，而且能够减轻发电机的质量。前端盖铸有支脚、调整臂和出风口，后端盖上铸有支脚和进风口，而且还装有电刷总成。三、发电机的工作原理1．发电原理交流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磁场绕组。当外电路通过电刷使磁场绕组通电时，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，而后经整流器整流为直流电输出，这就是交流发电机的工作原理，如图1-27所示。图1-27交流发电机的工作原理2．整流原理交流发电机是利用二极管的单向导电性把交流电转变为直流电的。普通交流发电机是用六只二极管组成的三相桥式整流电路，把定子绕组中感应出来的交流电转变为直流电的。图1-28三相桥式整流电路图1-28是以六管构成的三相桥式整流电路，其中3只正极管（VD1、VD3、VD5）的负极联接在一起，在某一瞬间，正极电位最高的管子导通；而3只负极管（VD2、VD4、VD6）的正极联接在一起，在某一瞬间，负极电位最低的管子导通。所以每个时刻有2个二极管同时导通，同时导通的两个管子总是将发动机的电压加在负载的两端。当t=0时，C相电位最高，而B相电位最低，所对应的二极管VD5、VD4均处于正向导通，在0～t1时间内电流流向如图1-28（a）所示。在t1～t2时间内，A相的电位最高，而B相电位最低，故对应VD1、VD4均处于正向导通，时间内电流流向如图1-28（b）所示。在t2～t3时间内，A相电位最高，而C相电位最低，故VD1、VD6均处于正向导通，t2～t3时间内电流流向如图1-28（c）所示。以此类推，周而复始，在负载上便可获得一个比较平稳的直流脉动电压，各时间内电流流向如图1-29所示。图1-29整流过程四、发电机的型号表1-3电流等级代号分组代号123456789电流等级（A）～19≥20～29≥30～39≥40～49≥50～59≥60～69≥70～79≥80～89≥90五、电压调节器1．作用电压调节器在发电机转速变化时，自动控制发电机电压，使其保持恒定，防止发电机电压过高而烧坏用电设备和导致蓄电池过量充电，同时也防止发电机电压过低而导致用电设备工作失常和蓄电池充电不足。2．分类电压调节器按工作原理可分为触点式电压调节器、晶体管调节器、集成电路调节器和电脑控制调节器，按搭铁极性可分为内搭铁、外搭铁，分别配内搭铁发电机和外搭铁发电机。3．工作原理当交流发电机的转速改变时，调节器通过发电机的励磁电流来改变磁极磁通量，从而控制发电机输出电压，使之保持恒定。触点式电压调节器由于结构复杂、可靠性差，目前已被淘汰，下面就分别对晶体管调节器和集成电路调节器的工作原理进行讲解。（1）晶体管调节器晶体管调节器分内搭铁和外搭铁式两种。1）内搭铁式晶体管调节器（图1-30）图1-30内搭铁式晶体管调节器内搭铁式晶体管调节器主要由大功率晶体管VT2，小功率晶体管VT1，稳压管VS，分压器R1、R2和VT1的负载电阻R3等组成。工作过程：①他励：点火开关S闭合后，蓄电池的电压就加到分压器的A、C两端，其电压小于发电机输出电压调整值，故UAB小于VS的反向击穿电压，VS截止，VT1的基极电流Ib1等于零，VT1截止，而VT2导通饱和，产生励磁电流。②自励：发动机起动后，发电机的输出电压将高于蓄电池的电压，发电机的励磁电流由他励转变为自励。励磁电路为：发电机正极→点火开关S→调节器“+”接线柱→VT2→调节器“F”接线柱→发电机“F”接线柱→励磁绕组→蓄电池负极。③节压：随着转速变化，当发电机输出电压高于调整值时，UAB升至VS反向击穿电压，VS导通，VT1导通，VT2截止，切断励磁电路，发电机输出电压下降；当输出电压低于调整值时，UAB低于VS反向击穿电压，VS截止，VT1截止，VT2导通，接通励磁电路，发电机输出电压上升。重复②、③步，如此周而复始，发电机输出电压被控制在一定范围内。2）外搭铁式晶体管调节器外搭铁式晶体管调节器与外搭铁的交流发电机配套使用，调节器内的功率三极管串联在发电机励磁绕组与搭铁之间，发电机励磁绕组无搭铁端，调节器控制励磁绕组搭铁。（2）集成电路调节器集成电路调节器的工作原理与晶体管调节器的工作原理都是通过稳压管感应发电机的输出电压信号，利用三极管的开关特性控制发电机的励磁电流，使发电机的输出电压保持恒定。集成电路调节器根据分压器检测点位置不同可分为“发电机电压检测电路”和“蓄电池电压检测电路”两种型式。1）发电机电压检测法发电机电压检测法的特点是直接在发电机上检测发电机的输出电压，如图1-31所示，加在分压器R2、R3和上的电压是磁场二极管输出端L的电压UL，UL和发电机B端的电压UB相等，检测点P的电压为UP，由于检测点P加在稳压管VD2两端的反向电压与发电机的端电压UB成正比，所以称为发电机电压检测法。图1-31发电机电压检测采用发电机电压检测法的特点：发电机的引出线可以少一根，缺点是在“B”到蓄电池接线柱之间导线的电压降较大时，蓄电池的充电电压将会偏低，使蓄电池充电不足。因此，一般大功率发电机宜采用蓄电池电压检测法。2）蓄电池电压检测法蓄电池电压检测法的特点是通过连接导线检测蓄电池端电压的变化来调节发电机的输出电压。如图1-32所示，加到分压器R2和R3上的电压为蓄电池端电压，由于检测点P加在稳压管VD2上的反向电压与蓄电池端电压成正比，所以称为蓄电池电压检测法。图1-32蓄电池电压检测法六、充电系统的故障诊断与排除1．交流发电机的整机检测（1）充电指示灯检查打开点火开关，不起动发动机时充电指示灯点亮，然后起动发动机，当发动机正常运转时充电指示灯应熄灭，否则应检查发电机。（2）发电机检查在发动机运转状态下用一带铁的物体检查发电机转子轴有无磁性，如有说明发电机励磁电路良好。如没有应检查发电机励磁电路有无输入电压，如无则检查电压调节器及励磁绕组有无损坏。然后检查发电机输出电压（在发动机2500r/min时12V）发电机输出应为12～14.8V，否则应检查硅整流器及定子绕组有无损坏。2．交流发电机零部件的检测与维修（1）转子的检修1）励磁绕组断路和短路检查表笔分别触在两集电环上，如图1-33所示，电阻正常为2.5～6Ω，如果电阻比标准值小，说明励磁绕组有短路故障；如果电阻无穷大，说明励磁绕组有断路故障。图1-33励磁绕组断路、短路检查2）励磁绕组绝缘性检查检查转子绕组与铁心之间的绝缘情况。用万用表蜂鸣档检测两集电与铁心之间的导通情况，正常应为“∞”，若发出蜂鸣响声，说明有搭铁故障，如图1-34所示。图1-34励磁绕组绝缘性检查3）集电环的检修集电环应光滑平整，若有划伤或沟槽可用细纱布磨光，如图1-35所示；用游标卡尺测量集电环的外径，其值应不小于标准直径的0.5mm，集电环厚度应≧1.5mm。图1-35集电环的检修（2）定子的检修1）定子绕组断路与短路的检查数字万用表置于“Ω”档，检测定子每两个绕组端头之间的电路。正常时阻值应小于1Ω且相等。阻值为“∞”，说明断路；阻值为0，说明短路，如图1-36所示。图1-36定子绕组短路、断路检查2）定子绕组搭铁检查检查定子绕组与定子铁心间绝缘情况。用数字万用表蜂鸣档测试定子铁心与绕组各接线端间的电阻，正常应指示“∞”，如图1-37所示。图1-37定子绕组绝缘检查（3）整流器的检查1）检测正极管用数字万用表的蜂鸣档，黑表笔接元件板，红表笔分别接整流器各接柱，万用表均应导通，否则说明该二极管断路；调换两表笔进行测试，此时万用表均不导通，否则说明二极管短路，如图1-38所示。图1-38正极管的检测2）检测负极管用数字万用表的蜂鸣档，红表笔接发电机后端盖，黑表笔分别接整流器各接柱，万用表均应导通，否则说明该二极管断路；调换两表笔进行测试，此时万用表均不导通，否则说明二极管短路，如图1-39所示。图1-39负极管的检测（4）电刷组件的检查电刷表面不得有油污，且应在电刷架中活动自如，电刷外露长度一般不小于7mm，电刷架应无裂纹，弹簧应无腐蚀或折断的现象，否则应更换电刷或电刷弹簧。电刷外