汽車電器構造電子教案充電系統(tǒng)的結構原理和故障診斷1

1、教 案 用 紙任務三充電系統(tǒng)的結構原理和故障診斷需14學時審閱人授課課題項目3.1交流放電機的結構、工作原理及工作特性學時4授課時間年 月日星期第節(jié)教學目的與要求掌握交流發(fā)電機的基本結構及主要部件的功能； 理解交流發(fā)電機的工作原理；了解交流發(fā)電機的工作特性和型。教學重點交流發(fā)電機的基本結構及主要部件的功能。教學難點交流發(fā)電機的基本結構及主要部件的功能。授課方法直觀教學法，講授法，多媒體演示，案例法教具儀器投影儀教學過程、內容分析、授課提綱附t己組織教學：組織考勤一一復習舊課一一新課講解。1r舊、臬蓄電池的止確選用，極板硫化、活性物質脫落、自行放電、極板腐蝕等故障的原因、現(xiàn)象及處理方法。結構重點

2、掌握，轉子交變磁場的產(chǎn)生。定子三相繞組的聯(lián)接講授新課：方法。6管和9管整流原理，中性點電壓和磁場電壓原理和作用。平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院教學方法時間分配手 段講授法,20分直觀教學法, 多媒體20分鐘教學內容及實施過程（注明：*重點 #難點 ？疑點）：一、復習、回顧上次課學習練蓄電池的維護，蓄電池技術狀況的檢查和充電設備。本次課程 將講交流發(fā)電機的基本結構及主要部件的功能以及交流發(fā)電機的工作原理。二、導入新課發(fā)電機是汽車電系的主要電源，由汽車發(fā)動機驅動。它在正常工作時，對除 起動機以外的所有用電設備供電，并向蓄電池充電。目前，國內外汽車上廣泛使 用的是硅二極管交流發(fā)電機（簡稱硅整流發(fā)電機） 。三

3、、明確本次授課的目的與要求掌握交流發(fā)電機的基本結構及主要部件的功能；理解交流發(fā)電機的工作原理。四、講解本次授課的具體內容項目3.1交流發(fā)電機的結構、工作原理及工作特性發(fā)電機是汽車電系的主要電源，由汽車發(fā)動機驅動。它在正常工作時，對除 起動機以外的所有用電設備供電，并向蓄電池充電。* 3.1.1交流發(fā)電機的結構國內外生產(chǎn)的硅整流發(fā)電機結構基本相同，多是由一臺三相同步交流發(fā)電機和一套六只硅二極管組成的整流器所組成。圖2-22所示為國產(chǎn)JF132型硅整流發(fā)電機的分解圖，交流發(fā)電機由轉子總成、定子總成、皮帶輪、風扇、前后端蓋、 電刷及整流器等部件組成。圖3-1 JF132型硅整流發(fā)電機組件1、三相同步

4、交流發(fā)電機（1）轉子圖3-2轉子總成時間分配轉子總成的作用是產(chǎn)生旋轉磁場。它由轉子軸、激磁繞組、兩塊爪形磁極、 滑環(huán)等組成。如圖 2-23所示。在轉子軸上壓裝有兩爪極，每塊爪極上各具有數(shù)目相同的鳥嘴形磁極，其空 腔內裝有導磁用的鐵芯，稱為磁軻。其上裝有激磁繞組，激磁繞組的二根引出線 分別焊在與軸絕緣的兩個滑環(huán)上，滑環(huán)與裝在后端蓋內的兩個電刷相接觸。當電 刷與直流電源相接時，便有電流流過激磁繞組，從而產(chǎn)生磁場，使一塊爪極被磁 化為N極，另一塊為S極，形成了相互交錯的 6對磁極。(2)定子定子總成的作用是產(chǎn)生三相交流電動勢，它由定子鐵芯和定子繞組組成。定 子鐵芯由相互絕緣的內圓帶嵌線槽的圓環(huán)狀硅鋼

5、片疊成，定子鐵芯槽內嵌入三相 對稱繞組。三相繞組的接法有星形、三角形兩種方式，現(xiàn)在一般采用星形連接。(3)傳動帶輪帶輪是利用皮帶將發(fā)動機的轉矩傳給發(fā)電機的轉子，通常用鋁合金制成，分 單槽和雙槽兩種，利用風扇的半圓鍵裝在風扇外側的轉軸上，再用彈簧墊和螺母 緊固。(4)風扇風扇在發(fā)電機工作時， 強制通風冷卻發(fā)電機的內部，一般是用1.5mm的鋼板沖制或用鋁合金壓鑄而成，并用半圓鍵裝在前端蓋外側的轉軸上。(5)前后端蓋端蓋的作用是支承轉子總成并封閉內部構造。它由鋁合金制成，鋁合金為非 導磁性材料，可以減小漏磁，并且輕便、散熱性好。在后端蓋內裝有整流器。(6)電刷與電刷架兩只電刷裝在電刷的孔內，借彈簧的

6、壓力與滑環(huán)保持接觸。目前，國產(chǎn)硅整流發(fā)電機的電刷有兩種結構， 如圖2-25所示：一種電刷的更換在發(fā)電機外部進行， 稱為外裝式；另一種電刷的更換在電機內部進行，稱內裝式。兩個電刷中的一個 與外殼絕緣稱為絕緣電刷，其引線接到發(fā)電機后蓋外部的接線柱上，成為發(fā)電機 的磁場(F)接線柱。另一個電刷是搭鐵的，稱為搭鐵電刷。根據(jù)激磁繞組搭鐵 位置的不同，發(fā)電機有內搭鐵和外搭鐵兩種類型。內搭鐵式交流發(fā)電機，其磁場 繞組一端引線用鑲釘固定在發(fā)電機后端蓋上(標記“-”或“搭鐵”)直接搭鐵；外搭鐵式交流發(fā)電機搭鐵引線與機殼絕緣，通過所配的調節(jié)器而搭鐵。直觀教學法, 多媒體20分鐘外裝式內裝式圖3-3 電刷與電刷架多

7、媒體演示,20分鐘2、整流器整流器的作用是把三相同步發(fā)電機產(chǎn)生的三相交流電變成直流電輸出，以滿 足汽車電系的要求。它一般由散熱板和六只汽車用硅二極管接成的三相橋式整流 電路所組成。平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院教學方法教 學 內 容 手段時間分配手 段1）正極管正極管子中心引線為二極管的正極，外殼為負極，在管殼底上一般標有紅字標記。在負極搭鐵的硅整流發(fā)電機中，三個正極管的外殼壓裝在散熱板的三個孔中，這三只正極管子的外殼和散熱板一起成為發(fā)電機的正極，由固定散熱板的螺栓（此螺栓與后端蓋絕緣）通至機殼外，作為發(fā)電機的火線接線柱“ B”（" + ”、“A”或“電樞”接線柱）。2）負極管負極管子中心引

8、線為二極管的負極，外殼為正極，管殼底上一般有黑字標記。三 個負極管子的外殼壓裝在后端蓋的三個孔中，它們的三個外殼和發(fā)電機的外殼一 起成為負極，如圖2-26為硅二極管的安裝示意圖。CA1091型汽車用硅整流發(fā)電機（屬外搭鐵發(fā)電機）把整流器單獨裝在后端蓋外。上海桑塔納轎車用 JFZ1813Z型硅整流發(fā)電機整流器也安裝在后端蓋外側，只要 打開塑料防尖罩，即可取出，不需將硅整流發(fā)電機解體，維修較方便。I -64 2 o S 框 電 T Gill*講授法,20分平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院多媒體演示, 20分鐘八管交流發(fā)電機：加裝 2只中性點二極管（用以提高交流發(fā)電機的輸出功 率），利用中性點電壓來增加交流發(fā)

9、電機的輸出電流（增加10%）。九管交流發(fā)電機：增裝三支激磁二極管，作用：在交流發(fā)電機建立電壓后， 向磁場繞組提供磁場電流；控制充電指示燈。如：捷達、高爾夫、神龍、富康、 依維克、小解放。十一管交流發(fā)電機：增加3只激磁二極管、2只中性點二極管。如：Santana、 AUDI、豐田皇冠。3.1.2 交流發(fā)電機的工作原理1發(fā)電原理發(fā)電機三相定子繞組按一定規(guī)律分布在發(fā)電機的定子槽中，彼此相差120。電角度。當激磁繞組接通直流電時即被激磁，一塊爪極形成N極，另一塊爪極形成S極，兩塊爪極相互交錯形成 6對磁極。轉子旋轉時，激磁繞組所產(chǎn)生的磁場 也隨之旋轉，形成旋轉磁場，它與固定不動的定子繞組之間產(chǎn)生三個頻

10、率相同、 幅值相等、相位互差1200電角度的正弦電動勢。時間分配2整流原理圖3-5 三相橋式整流電路和電壓波形硅整流器是利用二極管的單向導電性，將交流電轉換為直流電。在硅整流發(fā) 電機中，六只硅二極管連接成三相橋式全波整流電器，如圖 2-30所示。圖中三 個正管子D1、D3和D5的負極連接在一起，正極分別接在發(fā)電機的三相繞組的首 端。另外，三個負極管子 D2、D4和D6的正極連接在一起，負極分別接在三相繞 組的首端。根據(jù)導通原則，連接在一起的幾個二極管子中，正極電位最高的二極 管總是優(yōu)先導通，即在某一時間內，只有正極電位最高或負極電位最低的管子才 能導通。依據(jù)這一原則，可以從圖 2-30中的電壓

11、波形來分析整流過程。在t=0時5= 0, UC為正值，UB為負值，D1、D3和D5負極電位相同，而 A、 曰C三點中C電位最高，D5優(yōu)先導通，使三個正極管子負極的電位等于C點電位，這時D1、D3因承受反向電壓而截止。而D2、D4和D6的正極電位相同， A曰C三點中B點電位最低，D4優(yōu)先導通，使三個負極管子的正極電位等于B點電位，這時D2和D6承受反向電壓而截止。這樣，C、B兩點之間的線電壓的瞬時值加在負載RL上。在t1t2時間內，A相電位最高，B相電位最低，D1和D4導通，其余4只 二極管截止，A、B兩點之間線電壓加在負載RL上。在t2t3時間內，D1和D6導通，其余4管截止依此類推，循環(huán)反復

12、，六只二極管輪流導通，在負載R兩端得到一個較平穩(wěn)的脈動直流電壓。在硅整流發(fā)電機中，轉子的爪極有一定的剩磁， 當轉子以一定的轉速旋轉時， 在三相繞組中產(chǎn)生感應電動勢，經(jīng)整流器整流后通過電刷和滑環(huán)加到激磁繞組 上，激磁繞組有電流通過，使磁場加強，三相繞組中的感應電動勢進下提高，促 使磁場進一步增強，如此反復，使硅整流發(fā)電機電動勢逐漸升高。上述過程存在 的問題是，當加在硅二極管上的正向電壓小于其死區(qū)電壓時（約 0.6V左右）,二 極管處于截止狀態(tài)不導通，由于發(fā)電機剩磁較弱，所以發(fā)電機在低速運轉時，不 能建立電壓，而只有在較高轉速時（ n> 1200/min）,發(fā)電機的電壓才能很快上 升，完成自

13、勵過程。為了克服硅整流發(fā)電機在低速時，不能建立電壓的缺點， 在發(fā)電機轉速較低、發(fā)電機的端電壓低于蓄電池端電壓時，由蓄電池向發(fā)電機供給激磁電流（即他 勵），使發(fā)電機在較強的磁場下很快地建立起電壓。因此，發(fā)電機是與蓄電池并聯(lián)供電的，開始時，由蓄電池供給激磁電流，當 發(fā)電機電壓達到蓄電池電壓時轉為自勵，即由發(fā)電機自身供給激磁電流。3.1.3 交流發(fā)電機的工作特性交流發(fā)動機的工作特性的含義：指發(fā)電機經(jīng)整流后輸出的直流電壓、電流和 轉時間分配平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院速之間的關系。講授法,交流發(fā)動機的工作特性的內容：輸出特性、空載特性、外特性。20分1、空載特性發(fā)電機空載運行時， 發(fā)電機端電壓和轉速之間的關

14、系。如圖2-31 a）圖所示。從空載特性可以看出：發(fā)電機低速充電性能的好壞；發(fā)電機的輸出電壓隨著發(fā)電機轉速的變化情況（轉速升，電壓升）。圖3-6 a ）空載特性曲線圖3-6 c ）外特性曲線2、輸出特性當發(fā)電機輸出電壓一定時，發(fā)電機輸出電流隨轉速變化的規(guī)律稱為發(fā)電機的 輸出特性。對于12V系列的發(fā)電機，規(guī)定輸出電壓為14V;對于24V系列的發(fā)電機，規(guī)定輸出電壓為 28V。如圖2-31 b ）圖所示。n1為發(fā)電機空載時，輸出電壓達到額定電壓的轉速，稱為空載轉速，n2為發(fā)電機達到額定功率時的轉速，稱為滿載轉速。n1常用來作為選擇發(fā)電機與發(fā)電機傳動比的主要依據(jù)。從曲線可以看出，當轉速達到一定值后，發(fā)

15、電機的輸出電流幾乎不再增加， 具有限制輸出電流的能力。這是由于硅整流發(fā)電機的定子繞阻具有一定的阻抗， 當轉速升高時，盡管定子繞組中的感應電動勢增加，但此定子繞組的阻抗也隨轉 速的升高而增加，同時，定子繞組電流增加時，由于電樞反應的增強會使感應電 動勢下降，所以當發(fā)電機轉速達到一定值時，發(fā)電機的輸出電流幾乎不變。故交 流發(fā)電機上無限流器。圖3-6 b）輸出特性曲線教 學 內 容手 段時間分配3、外特性多媒體演示,（1）外特性：發(fā)電機轉速一定時，發(fā)電機端電壓與輸出電流之間的關系。20分鐘（2）交流發(fā)電機的性能（從外特性曲線上可看出）：轉速變化時，發(fā)電機端電壓有較大的變化。轉速恒定時，由于輸出電流的

16、變化對端電壓有很大影響（必須配電壓調節(jié)器使輸出電流穩(wěn)定）。在汽車上，發(fā)電機是由發(fā)動機通過風扇皮帶驅動旋轉的，由于發(fā)動機工作時轉速有很寬的范圍內變化，而使發(fā)電機的轉速也隨之在較大范圍內變化，而汽車用設備工作電壓是恒定的（一般為6V或12V）,因此，要求發(fā)電機工作時，輸出電壓應保持恒定。以使用電設備正常工作。所以，汽車上使用的硅整流發(fā)電機必須配用電壓調節(jié)器，在發(fā)電機轉速變化時，能保持發(fā)電機 輸出電壓恒定。發(fā)電機高速運轉，發(fā)電機突然失去負載，端電壓會急劇升高一可能導致電子元 器件被擊穿。3.1.4 國產(chǎn)發(fā)電機的型號根據(jù)中華人民共和國汽車行業(yè)標準QC/T73-1993汽車電器設備產(chǎn)品型號編制方法的規(guī)定，國產(chǎn)汽車交流發(fā)電機型號組成如下：JF 產(chǎn)品代號電壓等級電流等級設計序號變型代號1.產(chǎn)品代號產(chǎn)品代號用字母表示，例：JF 普通交流發(fā)電機、JFZ整體式（調節(jié)器內置）交流發(fā)電機、JFB帶泵的交流發(fā)電機、JFW一無刷交流發(fā)電機。2 .電壓等級代號和電流等級代號電壓等級代號用一位阿拉伯數(shù)字表示，例：1表示12V系統(tǒng)，2表示24V系統(tǒng)，6表示6V系統(tǒng)；電流等級代號也用一位阿拉伯數(shù)字表示，其含義如表 2-9所 示。表3-1 電流等級代號可12446Sg