汽車電器構(gòu)造電子教案充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理和故障診斷1

1、教 案 用 紙任務(wù)三充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理和故障診斷需14學(xué)時(shí)審閱人授課課題項(xiàng)目3.1交流放電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及工作特性學(xué)時(shí)4授課時(shí)間年 月日星期第節(jié)教學(xué)目的與要求掌握交流發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及主要部件的功能； 理解交流發(fā)電機(jī)的工作原理；了解交流發(fā)電機(jī)的工作特性和型。教學(xué)重點(diǎn)交流發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及主要部件的功能。教學(xué)難點(diǎn)交流發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及主要部件的功能。授課方法直觀教學(xué)法，講授法，多媒體演示，案例法教具儀器投影儀教學(xué)過程、內(nèi)容分析、授課提綱附t己組織教學(xué)：組織考勤一一復(fù)習(xí)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(zhì)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(jié)構(gòu)重點(diǎn)

2、掌握，轉(zhuǎn)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(diǎn)電壓和磁場電壓原理和作用。平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教學(xué)方法時(shí)間分配手 段講授法,20分直觀教學(xué)法, 多媒體20分鐘教學(xué)內(nèi)容及實(shí)施過程（注明：*重點(diǎn) #難點(diǎn) ？疑點(diǎn)）：一、復(fù)習(xí)、回顧上次課學(xué)習(xí)練蓄電池的維護(hù)，蓄電池技術(shù)狀況的檢查和充電設(shè)備。本次課程 將講交流發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及主要部件的功能以及交流發(fā)電機(jī)的工作原理。二、導(dǎo)入新課發(fā)電機(jī)是汽車電系的主要電源，由汽車發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。它在正常工作時(shí)，對除 起動(dòng)機(jī)以外的所有用電設(shè)備供電，并向蓄電池充電。目前，國內(nèi)外汽車上廣泛使 用的是硅二極管交流發(fā)電機(jī)（簡稱硅整流發(fā)電機(jī)） 。三

3、、明確本次授課的目的與要求掌握交流發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及主要部件的功能；理解交流發(fā)電機(jī)的工作原理。四、講解本次授課的具體內(nèi)容項(xiàng)目3.1交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及工作特性發(fā)電機(jī)是汽車電系的主要電源，由汽車發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。它在正常工作時(shí)，對除 起動(dòng)機(jī)以外的所有用電設(shè)備供電，并向蓄電池充電。* 3.1.1交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)國內(nèi)外生產(chǎn)的硅整流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)基本相同，多是由一臺三相同步交流發(fā)電機(jī)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(jī)的分解圖，交流發(fā)電機(jī)由轉(zhuǎn)子總成、定子總成、皮帶輪、風(fēng)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(jī)組件1、三相同步

4、交流發(fā)電機(jī)（1）轉(zhuǎn)子圖3-2轉(zhuǎn)子總成時(shí)間分配轉(zhuǎn)子總成的作用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。它由轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(nèi)裝有導(dǎo)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(gè)滑環(huán)上，滑環(huán)與裝在后端蓋內(nèi)的兩個(gè)電刷相接觸。當(dāng)電 刷與直流電源相接時(shí)，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(cuò)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(dòng)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(nèi)圓帶嵌線槽的圓環(huán)狀硅鋼

5、片疊成，定子鐵芯槽內(nèi)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(dòng)帶輪帶輪是利用皮帶將發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳給發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，通常用鋁合金制成，分 單槽和雙槽兩種，利用風(fēng)扇的半圓鍵裝在風(fēng)扇外側(cè)的轉(zhuǎn)軸上，再用彈簧墊和螺母 緊固。(4)風(fēng)扇風(fēng)扇在發(fā)電機(jī)工作時(shí)， 強(qiáng)制通風(fēng)冷卻發(fā)電機(jī)的內(nèi)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(cè)的轉(zhuǎn)軸上。(5)前后端蓋端蓋的作用是支承轉(zhuǎn)子總成并封閉內(nèi)部構(gòu)造。它由鋁合金制成，鋁合金為非 導(dǎo)磁性材料，可以減小漏磁，并且輕便、散熱性好。在后端蓋內(nèi)裝有整流器。(6)電刷與電刷架兩只電刷裝在電刷的孔內(nèi)，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(jī)的電刷有兩種結(jié)構(gòu)， 如圖2-25所示：一種電刷的更換在發(fā)電機(jī)外部進(jìn)行， 稱為外裝式；另一種電刷的更換在電機(jī)內(nèi)部進(jìn)行，稱內(nèi)裝式。兩個(gè)電刷中的一個(gè) 與外殼絕緣稱為絕緣電刷，其引線接到發(fā)電機(jī)后蓋外部的接線柱上，成為發(fā)電機(jī) 的磁場(F)接線柱。另一個(gè)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(jī)有內(nèi)搭鐵和外搭鐵兩種類型。內(nèi)搭鐵式交流發(fā)電機(jī)，其磁場 繞組一端引線用鑲釘固定在發(fā)電機(jī)后端蓋上(標(biāo)記“-”或“搭鐵”)直接搭鐵；外搭鐵式交流發(fā)電機(jī)搭鐵引線與機(jī)殼絕緣，通過所配的調(diào)節(jié)器而搭鐵。直觀教學(xué)法, 多媒體20分鐘外裝式內(nèi)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(jī)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(shù)學(xué)院教學(xué)方法教 學(xué) 內(nèi) 容 手段時(shí)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(fù)極，在管殼底上一般標(biāo)有紅字標(biāo)記。在負(fù)極搭鐵的硅整流發(fā)電機(jī)中，三個(gè)正極管的外殼壓裝在散熱板的三個(gè)孔中，這三只正極管子的外殼和散熱板一起成為發(fā)電機(jī)的正極，由固定散熱板的螺栓（此螺栓與后端蓋絕緣）通至機(jī)殼外，作為發(fā)電機(jī)的火線接線柱“ B”（" + ”、“A”或“電樞”接線柱）。2）負(fù)極管負(fù)極管子中心引

8、線為二極管的負(fù)極，外殼為正極，管殼底上一般有黑字標(biāo)記。三 個(gè)負(fù)極管子的外殼壓裝在后端蓋的三個(gè)孔中，它們的三個(gè)外殼和發(fā)電機(jī)的外殼一 起成為負(fù)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(jī)（屬外搭鐵發(fā)電機(jī)）把整流器單獨(dú)裝在后端蓋外。上海桑塔納轎車用 JFZ1813Z型硅整流發(fā)電機(jī)整流器也安裝在后端蓋外側(cè)，只要 打開塑料防尖罩，即可取出，不需將硅整流發(fā)電機(jī)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(shù)學(xué)院多媒體演示, 20分鐘八管交流發(fā)電機(jī)：加裝 2只中性點(diǎn)二極管（用以提高交流發(fā)電機(jī)的輸出功 率），利用中性點(diǎn)電壓來增加交流發(fā)

9、電機(jī)的輸出電流（增加10%）。九管交流發(fā)電機(jī)：增裝三支激磁二極管，作用：在交流發(fā)電機(jī)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(dá)、高爾夫、神龍、富康、 依維克、小解放。十一管交流發(fā)電機(jī)：增加3只激磁二極管、2只中性點(diǎn)二極管。如：Santana、 AUDI、豐田皇冠。3.1.2 交流發(fā)電機(jī)的工作原理1發(fā)電原理發(fā)電機(jī)三相定子繞組按一定規(guī)律分布在發(fā)電機(jī)的定子槽中，彼此相差120。電角度。當(dāng)激磁繞組接通直流電時(shí)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(cuò)形成 6對磁極。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，激磁繞組所產(chǎn)生的磁場 也隨之旋轉(zhuǎn)，形成旋轉(zhuǎn)磁場，它與固定不動(dòng)的定子繞組之間產(chǎn)生三個(gè)頻

10、率相同、 幅值相等、相位互差1200電角度的正弦電動(dòng)勢。時(shí)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?qū)щ娦?，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。在硅整流發(fā) 電機(jī)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(gè)正管子D1、D3和D5的負(fù)極連接在一起，正極分別接在發(fā)電機(jī)的三相繞組的首 端。另外，三個(gè)負(fù)極管子 D2、D4和D6的正極連接在一起，負(fù)極分別接在三相繞 組的首端。根據(jù)導(dǎo)通原則，連接在一起的幾個(gè)二極管子中，正極電位最高的二極 管總是優(yōu)先導(dǎo)通，即在某一時(shí)間內(nèi)，只有正極電位最高或負(fù)極電位最低的管子才 能導(dǎo)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(shí)5= 0, UC為正值，UB為負(fù)值，D1、D3和D5負(fù)極電位相同，而 A、 曰C三點(diǎn)中C電位最高，D5優(yōu)先導(dǎo)通，使三個(gè)正極管子負(fù)極的電位等于C點(diǎn)電位，這時(shí)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(diǎn)中B點(diǎn)電位最低，D4優(yōu)先導(dǎo)通，使三個(gè)負(fù)極管子的正極電位等于B點(diǎn)電位，這時(shí)D2和D6承受反向電壓而截止。這樣，C、B兩點(diǎn)之間的線電壓的瞬時(shí)值加在負(fù)載RL上。在t1t2時(shí)間內(nèi)，A相電位最高，B相電位最低，D1和D4導(dǎo)通，其余4只 二極管截止，A、B兩點(diǎn)之間線電壓加在負(fù)載RL上。在t2t3時(shí)間內(nèi)，D1和D6導(dǎo)通，其余4管截止依此類推，循環(huán)反復(fù)

12、，六只二極管輪流導(dǎo)通，在負(fù)載R兩端得到一個(gè)較平穩(wěn)的脈動(dòng)直流電壓。在硅整流發(fā)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子的爪極有一定的剩磁， 當(dāng)轉(zhuǎn)子以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)， 在三相繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)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(qiáng)，三相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢進(jìn)下提高，促 使磁場進(jìn)一步增強(qiáng)，如此反復(fù)，使硅整流發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢逐漸升高。上述過程存在 的問題是，當(dāng)加在硅二極管上的正向電壓小于其死區(qū)電壓時(shí)（約 0.6V左右）,二 極管處于截止?fàn)顟B(tài)不導(dǎo)通，由于發(fā)電機(jī)剩磁較弱，所以發(fā)電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，不 能建立電壓，而只有在較高轉(zhuǎn)速時(shí)（ n> 1200/min）,發(fā)電機(jī)的電壓才能很快上 升，完成自

13、勵(lì)過程。為了克服硅整流發(fā)電機(jī)在低速時(shí)，不能建立電壓的缺點(diǎn)， 在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低、發(fā)電機(jī)的端電壓低于蓄電池端電壓時(shí)，由蓄電池向發(fā)電機(jī)供給激磁電流（即他 勵(lì)），使發(fā)電機(jī)在較強(qiáng)的磁場下很快地建立起電壓。因此，發(fā)電機(jī)是與蓄電池并聯(lián)供電的，開始時(shí)，由蓄電池供給激磁電流，當(dāng) 發(fā)電機(jī)電壓達(dá)到蓄電池電壓時(shí)轉(zhuǎn)為自勵(lì)，即由發(fā)電機(jī)自身供給激磁電流。3.1.3 交流發(fā)電機(jī)的工作特性交流發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特性的含義：指發(fā)電機(jī)經(jīng)整流后輸出的直流電壓、電流和 轉(zhuǎn)時(shí)間分配平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院速之間的關(guān)系。講授法,交流發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特性的內(nèi)容：輸出特性、空載特性、外特性。20分1、空載特性發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)， 發(fā)電機(jī)端電壓和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)

14、系。如圖2-31 a）圖所示。從空載特性可以看出：發(fā)電機(jī)低速充電性能的好壞；發(fā)電機(jī)的輸出電壓隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化情況（轉(zhuǎn)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(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電壓一定時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出電流隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律稱為發(fā)電機(jī)的 輸出特性。對于12V系列的發(fā)電機(jī)，規(guī)定輸出電壓為14V;對于24V系列的發(fā)電機(jī)，規(guī)定輸出電壓為 28V。如圖2-31 b ）圖所示。n1為發(fā)電機(jī)空載時(shí)，輸出電壓達(dá)到額定電壓的轉(zhuǎn)速，稱為空載轉(zhuǎn)速，n2為發(fā)電機(jī)達(dá)到額定功率時(shí)的轉(zhuǎn)速，稱為滿載轉(zhuǎn)速。n1常用來作為選擇發(fā)電機(jī)與發(fā)電機(jī)傳動(dòng)比的主要依據(jù)。從曲線可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值后，發(fā)

15、電機(jī)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(jī)的定子繞阻具有一定的阻抗， 當(dāng)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，盡管定子繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢增加，但此定子繞組的阻抗也隨轉(zhuǎn) 速的升高而增加，同時(shí)，定子繞組電流增加時(shí)，由于電樞反應(yīng)的增強(qiáng)會(huì)使感應(yīng)電 動(dòng)勢下降，所以當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸出電流幾乎不變。故交 流發(fā)電機(jī)上無限流器。圖3-6 b）輸出特性曲線教 學(xué) 內(nèi) 容手 段時(shí)間分配3、外特性多媒體演示,（1）外特性：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓與輸出電流之間的關(guān)系。20分鐘（2）交流發(fā)電機(jī)的性能（從外特性曲線上可看出）：轉(zhuǎn)速變化時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓有較大的變化。轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，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(diào)節(jié)器使輸出電流穩(wěn)定）。在汽車上，發(fā)電機(jī)是由發(fā)動(dòng)機(jī)通過風(fēng)扇皮帶驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的，由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)轉(zhuǎn)速有很寬的范圍內(nèi)變化，而使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也隨之在較大范圍內(nèi)變化，而汽車用設(shè)備工作電壓是恒定的（一般為6V或12V）,因此，要求發(fā)電機(jī)工作時(shí)，輸出電壓應(yīng)保持恒定。以使用電設(shè)備正常工作。所以，汽車上使用的硅整流發(fā)電機(jī)必須配用電壓調(diào)節(jié)器，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，能保持發(fā)電機(jī) 輸出電壓恒定。發(fā)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)突然失去負(fù)載，端電壓會(huì)急劇升高一可能導(dǎo)致電子元 器件被擊穿。3.1.4 國產(chǎn)發(fā)電機(jī)的型號根據(jù)中華人民共和國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T73-1993汽車電器設(shè)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(jī)型號組成如下：JF 產(chǎn)品代號電壓等級電流等級設(shè)計(jì)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(jī)、JFZ整體式（調(diào)節(jié)器內(nèi)置）交流發(fā)電機(jī)、JFB帶泵的交流發(fā)電機(jī)、JFW一無刷交流發(fā)電機(jī)。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?dāng)?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?dāng)?shù)字表示，其含義如表 2-9所 示。表3-1 電流等級代號可12446Sg