1、项目2汽车电源系统的检修汽车电气设备构造与维修（第2版）主编：徐昭、程章目录 CONTENTS任务 2.2汽车电源系统部件使用维护与检测任务 2.1汽车电源系统部件结构与工作原理任务 2.3汽车电源系统故障诊断知识目标12蓄电池与交流发电机的工作原理和作用。蓄电池与交流发电机的结构和型号含义。3蓄电池充电方法、蓄电池的使用与维护方法及常见故障的检查方法；交流发电机及相关电路的分析方法，电源电路常见故障的诊断方法。了解熟悉掌握汽车电源系统部件结构与工作原理任务2.1任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理任务导入 2017 年2 月8 日，王先生驾驶一辆某品牌轿车，在发动车辆行驶5 km 后，
2、汽车加速无力而后自然熄火，尝试再次启动失效，启动几乎无反应，车辆灯光、喇叭等均不能正常工作。在呼叫4S店现场救援后，维修人员更换蓄电池，车辆工作正常，重新上路后不久，车辆故障再现，同时仪表上充电指示灯点亮，于是车辆不得不运回4S 店进行检修，经维修技师检查发现该车电源系统存在故障。作为汽车维修人员，我们该搜集这个故障的哪些维修资料呢？汽车电源系统主要有两个直流电源发电机与蓄电池，这两个电源并联，为汽车在各种情况下提供电能，如图2.1 所示。在发动机不工作及启动阶段，汽车蓄电池作为一种储存电能静态电源，蓄电池中的化学能转变为电能，为全车用电设备及启动机提供电力支持；蓄电池的能量是有限的，不能满足
3、汽车长时间连续供电的需求，在发动机正常工作时，交流发电机作为汽车的主要电源，由发动机驱动发电，与发电机调节器互相配合工作，为除启动机外的用电设备供电，同时蓄电池将剩余的电能转化为化学能，存储起来，实现能量转换。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理图2.1汽车电源系统构成1.汽车蓄电池（1）蓄电池的作用当发电机电压高于蓄电池电压时，蓄电池将一部分电能转化为化学能储存起来，即充电。启动发动机时，给启动机、发动机电控系统、仪表等用电设备供电。当发电机过载或发动机低速运转时，协助发电机向用电设备供电。当发电机不发电时，由蓄电池向用电设备供电。相当于一个大
4、电容，能吸收瞬时过电压，防止电网波动引起电气设备工作不稳定。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理2.1.1电源系统部件的作用、功能及类型（2）蓄电池的分类目前汽车上常用的蓄电池类型有：普通铅酸蓄电池、免维护蓄电池、干荷电蓄电池、胶体电解质蓄电池等。2.交流发电机（1）交流发电机的类型及特点发电机有直流发电机和交流发电机两种。直流发电机曾经在汽车上使用过，目前已淘汰。现在汽车广泛使用的是交流发电机，交流发电机具有发电性能好、使用寿命长、体积小、质量轻、结构紧凑等优点，以硅整流交流发电机应用最为普遍。（2）交流发电机的功能整体式交流发电机有三个主要功能：一是发电，由发动机带动发电机的转子旋转
5、，在定子线圈中产生交流电流；二是整流，利用整流电路将定子线圈产生的交流电整流为直流电，为汽车上的用电设备提供电源；三是调节电压，利用电压调节器调节发电机的电压，在发电机转速和负载发生变化时使供电电压保持稳定。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理3.电压调节器交流发电机端电压受转速和负载变化的影响较大，因此必须配用电压调节器来控制电压。电压调节器的功用是：在发动机转速和发电机上的负载发生变化时自动控制发电机的输出电压，使其保持恒定，防止因发电机的电压过高而造成用电设备的损坏和蓄电池过充电，同时也防止发电机电压过低而导致用电设备不能正常工作和蓄电池充电不足。（1）电压调节器的功能任务2.1
6、汽车电源系统部件结构与工作原理交流发电机电压调节器按工作原理可分为触点式和电子式调节器两大类。触点式又可分为单级触点式和双级触点式；电子式又可分为晶体管式和集成电路式。其基本原理都是通过改变励磁电流的大小来控制电压的。触点式电压调节器结构复杂，质量和体积大，触点易烧蚀，寿命短，对无线电干扰大，虽然采取了一些措施，但仍具有一定的机械惯性和磁惯性，触点开闭动作迟缓，可靠性不高，目前已被淘汰。（2）电压调节器的类型任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理1.蓄电池的结构（1）普通铅酸蓄电池普通铅酸蓄电池（以下简称蓄电池）一般由六个单体电池串联而成，如图2.
7、2 所示。它主要由极板、隔板、电解液、壳体、联条及极桩等组成。图2.2 蓄电池的结构1极桩连接端；2加液孔盖；3蓄电池盖；4熔合缝；5极桩；6防护板；7内穿壁式联条；8正极板；9隔板；10负极板；11壳体2.1.2电源系统部件结构任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理分类及构成：极板分正极板和负极板两种，均由栅架和填充在其上的活性物质构成。作用：蓄电池在充、放电过程中，电能和化学能的相互转换，就是依靠极板上活性物质和电解液中硫酸的化学反应来实现的。活性物质及颜色区分：正极板上的活性物质是二氧化铅（PbO2），呈深棕色；负极板上的活性物质是海绵状纯铅（Pb），呈青灰色。栅架的作用：容纳活性物
8、质并使极板成形，其结构如图2.3 所示。新结构：为了降低蓄电池的内阻，改善蓄电池的启动性能，有些蓄电池采用了放射形栅架。图2.4 所示为桑塔纳轿车蓄电池放射型栅架的结构。极板。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理极板组：为增大蓄电池的容量，将多片正、负极板分别并联焊接，组成正、负极板组，装在单体内，如图2.5 所示。由于正极板的机械强度低，单面工作会因两侧活性物质体积变化不一致，而造成极板拱曲、活性物质脱落等不良现象，因而在每个单体电池中负极板的数量总比正极板多一片。安装要求：安装时正、负极板相互嵌合，中间插入隔板。图2.3栅架的结构任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理图2.4放射
9、型栅架的结构图2.5极板组1负极板；2隔板；3正极板任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理作用：为了减小蓄电池的内阻和尺寸，蓄电池内部正、负极板应尽可能地靠近；为了避免彼此接触而短路，正、负极板之间要用隔板隔开。隔板的结构如图2.6 所示。材料要求：隔板材料应具有多孔性和渗透性，且化学性能要稳定，既要耐酸性，又要抗氧化性好。材料：常用的隔板材料有木质隔板、微孔橡胶、微孔塑料、玻璃纤维和纸板等。安装要求：安装时隔板上带沟槽的一面应面朝正极板。新结构：在新型蓄电池中，将微孔塑料隔板制成袋状紧包在正极板外部，可进一步防止活性物质脱落，避免极板内部短路并使组装工艺简化。隔板。任务2.1 汽车电源系
10、统部件结构与工作原理作用：用来盛放电解液和极板组。材料：由耐酸、耐热、耐震、绝缘性好并且有一定力学性能的材料制成。结构特点：壳体为整体式结构，其内部由间壁分隔成六个互不相通的单体组成，底部有突起的肋条以搁置极板组。肋条之间的空间用来积存脱落下来的活性物质，以防止在极板间造成短路。极板装入壳体后，上部用与壳体相同材料制成的电池盖密封，如图2.7 所示。在电池盖上对应于每个单体的顶部都有一个加液孔，用于添加电解液和蒸馏水，也可用于检查电解液液面高度和测量电解液相对密度。正常使用时，加液孔用加液孔盖密封。壳体。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理电池盖上有两个极桩，分别为正极桩和负极桩。正极桩
11、用“+”表示或涂上红颜色，负极桩用“-”表示，涂上蓝颜色或不涂颜色（图2.7）。极桩。图2.6隔板的结构图2.7 壳体的结构1壳体；2负极桩；3加液孔盖；4正极桩；5电池盖任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理作用：电解液在电能和化学能的转换过程（即充电和放电）的电化学反应中起离子间的导电作用并参与化学反应。成分：它由纯硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成，其密度一般为1.241.30 gmL。注意：电解液的纯度是影响蓄电池的性能和使用寿命的重要因素。安全警示：电解液有较强的腐蚀性，避免接触到皮肤和衣物。电解液。（2）免维护蓄电池免维护蓄电池又称MF 蓄电池。这种蓄电池因无酸液外泄，因而极桩腐蚀
12、轻、自行放电少，在车上或储存时不需要补充充电，在合理使用过程中无须添加蒸馏水。免维护蓄电池的结构具有如下特点：极板栅架采用铅钙合金或低锑合金，减少了析气量和耗水量，自放电也大大减少。采用袋式聚乙烯隔板，将极板包住，减小了极板上活性物质的脱落，同时也防止了极板短路。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理在气孔盖的内部设置了一个氧化铝过滤器，它既可以使H2 和O2 顺利溢出，又可防止水蒸气和H2SO4 气体散失，因此减少了电解液的消耗。单体电池间的连接条采用穿壁式连接，减小了内阻。通过蓄电池盖观察镜观察，如果相对密度计顶部的圆点呈绿色，说明蓄电池荷电充足（存电65%以上）；如果圆点呈黑色，说明
13、蓄电池荷电不足，需充电；如果圆点呈白色或无色，说明蓄电池电压很低，已无法正常工作，应予以更换。采用聚丙烯塑料外壳，底部无筋条，降低了极板的高度，增加了上部的容积，使电解液增多。由于免维护蓄电池无加液孔，无法用吸式密度计测量其电解液的密度，故一般内置一相对密度计，如图2.8 所示。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理图2.8 内置式相对密度计任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理2.交流发电机的结构汽车用的交流发电机多采用三相同步交流发电机，主要部件由转子、定子、电刷组件、整流二极管、前后端盖、风扇及带轮等组成。转子用来建立磁场，定子中产生的交
14、变电动势经过二极管整流器整流后输出直流电。JF132 型交流发电机的组件如图2.9 所示。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理1后端盖；2电刷架；3电刷；4电刷弹簧压盖；5硅二极管；6散热板；7转子；8定子总成；9前端盖；10风扇；11皮带轮图2.9 JF132 型交流发电机的组件（1）转子交流发电机的转子的作用是产生磁场，它主要由两块爪极、磁场绕组、滑环及转子轴等组成，如图2.10 所示。两块六爪磁极被压装在转子轴上，其内腔装有磁轭，磁轭上面绕有磁场绕组。磁场绕组两端的引线分别焊在与轴绝缘的两个滑环上。滑环与装在后端盖内的两个电刷相接触，两个电刷装在与端盖绝缘的电刷架内，通过弹簧力使其
15、与滑环保持接触。当发电机工作时，两电刷通过引线分别接在两个螺钉接线柱上，一个接线柱是为发电机的励磁接线柱F，另一个是搭铁接线柱。这两个接线柱与直流电源连通，可为磁场绕组提供定向电流并产生轴向磁通，使两块爪极被分别磁化为N 极和S 极，从而形成犬牙交错的磁极对并沿圆周方向均匀分布。当转子转动时，定子便产生交流电动势。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理1滑环；2转子轴；3爪极；4磁轭；5磁场绕组图2.10 交流发电机转子（2）定子交流发电机的定子又称电枢，是产生和输出交流电的部件，由定子铁芯和定子绕组组成。定子铁芯由相互绝缘的内圆带槽的环状硅钢片叠
16、成。定子槽内置有三相对称绕组，三相绕组的接法有三角形和Y 形（星形）两种，一般多采用Y 形连接，Y 形连接如图2.11 所示。每相绕组的首端分别与整流器的硅二极管相连，作为交流发电机的输出端。每相绕组的尾端连接在一起，形成中性点。这样，三相绕组中产生大小相等、相位差120电角度的对称电动势。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理图2.11 交流发电机Y 形（星形）连接方式（3）电刷电刷和电刷架装在后端盖上，两个电刷分别装在电刷架的孔内，电刷借助弹簧压力与滑环保持接触。目前国产交流发电机的电刷架有两种结构形式：一种电刷架可直接从发电机外部进行拆装，称
17、其为外装式，如图2.12（a）所示；另一种则不能直接在发电机外部进行拆装，称其为内装式，如图2.12（b）所示，内装式若需要更换电刷，必须将发电机拆开。按交流发电机电刷引线的搭铁接法不同，分为内搭铁型和外搭铁型。搭铁电刷的引出线用螺钉直接固定在后端盖上（标记“-”），通过交流发电机外壳直接搭铁的称之为内搭铁型；任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理如果搭铁电刷的引出线与机壳绝缘接到后端盖外部的接线柱上（标记“F2”），通过调节器构成回路的称之为外搭铁型，如图2.13 所示。对于内搭铁的交流发电机，磁场绕组直接通过交流发电机的外壳搭铁，其中一根引线接至后端盖上的磁场接线柱“F”（或“磁场”）
18、，另一根直接与发电机外壳上的搭铁接线柱“-”（或“搭铁”）连接；对于外搭铁交流发电机的磁场绕组通过电压调节器后（交流发电机的外部）再搭铁，电刷引线必须分别与发电机后端盖“F+”（或“F1”）和“F-”（或“F2”）接线柱相连。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理图2.12电刷架的结构任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理图2.13 交流发电机的搭铁形式（4）前后端盖前后端盖用铝合金制成，铝合金为非导磁材料，可减少漏磁并具有轻便、散热性能良好等优点。端盖包括驱动端盖、整流端盖以及安装在其上的轴承、轴承盖等零部件。后端盖装有电刷架，两个电刷借弹簧
19、压力与滑环保持接触。发电机前端装有带轮，由发动机通过皮带带动。在带轮后面装有风扇，靠风扇的离心作用，给发电机强制通风。前后端盖用34 个螺栓与定子紧固在一起。（5）风扇风扇安装在前端盖外侧的转轴上，在发电机工作时，随着发电机转轴一同运转，对发电机进行冷却。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理（6）整流器交流发电机的整流器的作用是将定子绕组产生的三相交流电变成直流电输出。交流发电机的整流器大多由六只硅二极管组成，如图2.14 所示。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；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。安装二极管的散热板称为
20、整流板，通常用合金制成，便于散热。现代汽车用交流发电机都有两块整流板，一块是正整流板（装在外侧），安装三只正极管；另一块是负整流板（装在内侧），安装三只负极管。两者绝缘地安装在一起，并用尼龙或其他绝缘材料制成的垫片隔开固定在后端盖上。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理图2.14 二极管及整流板的安装任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理1.蓄电池的型号根据中华人民共和国机械行业标准铅蓄电池名称、型号编制与命名方法（JB 25992012）规定，蓄电池的型号由三部分组成：2.1.3电源系统部件的型号任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理第
21、1 部分为串联的单体电池数，用阿拉伯数字表示，其标准电压是这个数字的2 倍。第2 部分为蓄电池类型和特征，常用汉字的第一个字母表示。其中第1 个字母为蓄电池类型，如“Q”为启动用蓄电池；第二个字母为蓄电池特征代号，如“A”表示干荷电式，具有两种特征时应按顺序将两个代号并列标示，各代号的含义见表2.1。第3 部分为蓄电池的额定容量，我国目前规定采用20 h 放电率的容量，用阿拉伯数字表示，其单位为Ah。有时在额定容量后面用一个字母表示特殊性能，如：G高启动率、S塑料外壳，D低温启动性能好。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理2.国产交流发电机的型号根据中华人民共和国汽车行业标准汽车电气设备
22、产品型号编制方法（QC/T 731993）的规定，汽车交流发电机的型号表示方法如下：第1 部分为产品代号。交流发电机的产品代号有JF、JFZ、JFB 及JFW 四种，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。第2 部分为电压等级代号。用1 位阿拉伯数字表示，112 V；224 V；66 V。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理第3 部分为电流等级代号。用1 位阿拉伯数字表示，其含义见表2.2。第4 部分为设计序号。按产品的先后顺序，用1 或2 位阿拉伯数字表示。第5 部分为变型代号。交流发电机以调整臂的位置作为变型代号。从驱动端看，在中间不加标记，Y右边；Z左
23、边。表2.2 电流等级代号电流等级代号电流/A19202930394049505960697079808990任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理1.蓄电池的工作原理及容量（1）蓄电池工作原理蓄电池的静止电动势。蓄电池的静止电动势Ej与极板的片数、大小无关，仅与电解液的密度有关，其关系式为Ej=0.85+25式中 Ej静止电动势，V；2525 时电解液的相对密度，g/cm3。2.1.4电源系统部件的工作原理任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理实测的电解液相对密度，应转换成25 时电解液的相对密度，转换关系式为25=t+0.00075（t-25）式中 t实测时电解液的相对密度，g/c
24、m3；t 实测时电解液的温度，。由于蓄电池工作时，电解液密度一般在1.121.30 g/cm3 的范围内变化，所以每个单体电池的电动势也相应地在1.972.15 V 变化。放电过程。当蓄电池的极板浸入电解液时，正、负极板与电解液相互作用，在正、负极板间将会产生约2.1 V 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，在电位差的作用下，电流从正极流出，经过灯泡流回负极，使灯泡发光。正极板上的正四价铅离子与电子结合生成正二价铅离子，进入电解液再与硫酸根离子结合生成硫酸铅（附着在正
25、极板上）；负极板上，正二价铅离子也同硫酸根离子结合生成硫酸铅（附着在负极板上）。正极板上的二氧化铅（PbO2）和负极板上的铅（Pb）都与电解液中的硫酸（H2SO4）任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理反应生成硫酸铅（PbSO4），分别沉附在正、负极板上。电解液中硫酸（H2SO4）逐渐减少，而水（H2O）逐渐增加，密度逐渐下降，如图2.15 所示。蓄电池放电终了的特征是：a.单体电池电压下降到放电终止电压。b.电解液密度下降到最小许可值。放电终止电压与放电电流的大小有关。放电电流越大，允许的放电时间就越短，放电终止电压也越低，详见表2.3。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理任务2.
26、1 汽车电源系统部件结构与工作原理图2.15铅酸蓄电池放电与充电原理充电过程。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，正极板上，正二价铅离子失去两个电子而成为正四价铅离子，再与水反应生成二氧化铅，附着在正极板上，电位升高；负极板上，正二价铅离子得到两个电子生成一个铅分子而附着在负极板上；从正、负极板上电离出来的硫酸根离子与水中的氢离子结合生成硫酸。正、负极板上的硫酸铅（PbSO4）分别还原成二氧化铅（PbO2）和铅（Pb），电
27、解液中的硫酸（H2SO4）逐渐增多，而水（H2O）逐渐减少，密度逐渐上升，如图2.15 所示。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理当充电接近终了时，PbSO4 已基本还原成PbO2 和Pb，这时，过剩的充电电流将电解水，使正极板附近产生的氧气（O2）从电解液中逸出，负极板附近产生的氢气（H2）从电解液中逸出，电解液液面高度降低。因此，普通铅酸蓄电池需要定期补充蒸馏水。蓄电池充足电时的标志：a.电解液中有大量气泡冒出，呈沸腾状态。b.电解液的密度和蓄电池的端电压上升到规定值，且在23 h 内保持不变。综上所述，铅酸蓄电池的充、放电化学反应方程式为任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理P
28、bO2+2H2SO4+Pb2PbSO4+2H2O放电充电（2）蓄电池的容量及其影响因素蓄电池的容量。蓄电池的容量是标志蓄电池对外放电能力、衡量蓄电池性能优劣以及选用蓄电池的最重要的指标。蓄电池容量是指在规定的放电条件下，完全充电的蓄电池所能输出的电量。蓄电池容量C 等于放电电流If 与放电时间tf 的乘积：C I f t f。蓄电池的容量分为额定容量、储备容量和启动容量等。这里只介绍常用的额定容量。将充足电的蓄电池，在电解液温度为（255）的条件下，以20 h 放电率（即放电电流为0.05C20）连续放电至单体电池平均电压降到1.75 V 时，输出的电量称为蓄电池的额定容量，用C20 表示。单
29、位为Ah。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理6-Q-100 型蓄电池，其“100”就是额定容量。它是在电解液温 度 为（2 5 5）的 条 件 下，以 If=5 A（0.0 5 C 20=0.05100=5 A）的电流连续放电至单体电池平均电压降到1.75 V 时，若放电时间t f 20 h，则其容量C Ift f 100 Ah，达到额定容量，为合格产品；若放电时间小于20 h，则其容量低于额定容量，为不合格产品。例影响蓄电池容量的因素。a.结构因素。蓄电池极板的表面积越大，极板片数越多，参加反应的活性物质就越多，容量就越大；极板越薄，活性物质
30、的多孔性越好，则电解液向极板内部的渗透越容易，活性物质利用率就越高，容量也越大。b.使用因素。（a）放电电流。放电电流越大，PbSO4 堵塞孔隙的速度也越快，导致极板内层大量的活性物质不能参与反应，蓄电池的实际输出容量减小。（b）电解液的温度。温度低时，电解液黏度增加，离子运动速度慢，电解液向极板孔隙内层渗入困难，使蓄电池的容量下降。因此，冬季在寒冷地区使用启动机启动汽车时，应特别注意蓄电池的保暖。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理（c）电解液的密度。适当增加电解液密度，可以提高蓄电池的电动势，增强电解液的渗透能力，并减少电解液的电阻，使蓄电池容量增大。但密度过大，将使其黏度增加、渗透
31、能力降低、内阻增大、端电压及容量减小。另外，电解液密度过高，蓄电池自行放电速度加快，并对极板栅架和隔板的腐蚀作用加剧，缩短了蓄电池的使用寿命。铅蓄电池电解液的密度应根据用户所在地区的气候条件而定。冬季使用的电解液，在不致结冰的条件下，尽可能使用密度稍低的电解液。（d）电解液的纯度。电解液中一些有害杂质沉附于极板上形成局部电池产生自放电，对蓄电池的容量和使用寿命有很大的影响，为此，电解液应用化学纯硫酸和蒸馏水配制。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理2.交流发电机的工作原理及励磁方式（1）交流电动势的产生交流发电机的工作原理如图2.16 所示。交流发电机定子的三相绕组按一定的规律嵌套在发电
32、机的定子槽内，彼此互差120电角度。当转子磁场绕组接通直流电源时，转子的爪极被磁化为N 极和S 极。其磁力线由N 极出发，穿过转子与定子之间很小的气隙进入定子铁芯，最后又通过气隙回到S 极。当转子旋转时，由于定子绕组与磁力线有相对的切割运动，而且三相定子绕组在空间分布上互差120，因此在三相定子绕组中产生频率相同、幅值相等、相位相差120的正弦电动势e A、e B、e C，如图 2.17（a）所示，其波形如图 2.17（b）所示。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理图2.16 交流发电机的工作原理图2.17 三相桥式整流电路及其电压、电流波形三相
33、绕组所产生的感应电动势可用下列方程式表示（2）整流原理将交流发电机产生的交流电转变成直流电称为整流。常见的整流电路有六管交流发电机的整流电路和九管交流发电机的整流电路。六管交流发电机的整流电路。六管交流发电机的整流装置实际是一个由六个硅整流二极管组成的三相桥式整流电路，如图2.17（a）所示。三个二极管VD2、VD4、VD6 的负极分别与发电机三相绕组的始端相连，它们的正极连接在一起，组成共阳极组接法，三个二极管的导通原则是在某一瞬间负极电位最低的二极管导通。三个二极管VD1、VD3、VD5 的正极分别与发电机三相绕组的始端相连，它们的负极连接在一起，组成共阴极组接法，三个二极管的导通原则是在
34、某一瞬间正极电位最高的二极管导通。每个时刻有两个二极管同时导通，其中一个二极管任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理在共阴极组，另一个在共阳极组，同时导通的两个管子总是将发电机的电压加在负荷两端，如图2.17（c）所示。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。由于二极管的内阻很小，因此此时发电机的输出电压等于B、C 绕组之间的线电压。在t1t2 时间内，A 相的电位最高，而B 相电位最低，故对应VD1、VD4 处于正向导通。同理，交流发动机的输出电压可视为A、B 绕组之间的线电压。在t2t3 时间内，A 相电位最高，而C 相电位最低，故
35、VD1、VD6 处于正向导通。同理，交流发动机的输出电压可视为A、C 绕组之间的线电压。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。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理九管交流发电机的整流原理。九管交流发电机的特点是除了常用的六个整流二极管外，又增加了三个功率较小的二极管。三个功率较小的二极管用来供给交流发电机磁场电流，故又称之为磁场二极管。采用磁场二极管后，可以省去继电器，利用充电指示灯（或称为蓄电池放电警告灯）即可指示发电机工作情况的好坏。九管交流发电机充电系统的电路如图2.18 所示。交流发电机工作时，定子三相绕组产生的三相交流电，经六个（VD1VD6）二极管组
36、成的三相桥式整流电路整流后，输出直流电压UB 给蓄电池和用电设备供电。由三个磁场二极管VD7、VD8、VD9 和三个共阳极组二极管VD2、VD4、VD6 组成的三相桥式整流电路整流后的直流电压供给发电机所需的磁场电流。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理充电指示灯由蓄电池端电压与磁场二极管输出端L 的电压的差值控制。在发电机不工作时，电压的差值等于蓄电池电压，指示灯亮。在发电机工作时随着发电机转速升高，电压的差值逐渐减小，指示灯亮度减弱。当发电机电压达到蓄电池充电电压时，发电机开始自励，此时指示灯因两端的电位相等而熄灭，表示发电机已经正常工作。当发电机转速降低或发电机有故障时，发电机输出
37、电压降低，电压的差值逐渐增大，指示灯点亮，以提醒驾驶员。同时在发动机停止工作时，充电指示灯点亮可以提醒驾驶员及时关断点火开关。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理图2.18 九管交流发电机充电系统的电路图（3）励磁方式汽车用交流发电机的励磁方法是由他励方式到自励发电的一个过程。由于汽车用交流发电机转子的剩磁较弱，不能利用磁极的剩磁自励发电，因此需要外接直流电源。交流发电机只有在较高转速时，才能自励发电。交流发电机在低速运转时，采用他励方式，即由蓄电池提供励磁电流，增强磁场，发电机发电，满足汽车上用电的要求。发电机的发电电压随发动机转速升高而上升。当发电机输出电压高于蓄电池电压，一般发电机
38、的转速达到1000 r/min 左右时，励磁电流便由发电机自身供给，此时的励磁方式称为自励。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理3.电压调节器的工作原理根据电磁感应原理，发电机的感应电动势为E=C1n，其中C 1 为发电机的结构常数，因此，交流发电机端电压的高低，取决于转子的转速n 和磁极磁通。要保持电压恒定，在转速n 升高时，应相应减弱磁通，这可以通过减少励磁电流来实现；在转速n 降低时，应相应增强磁通，这可以通过增大励磁电流来实现。（1）晶体管式电压调节器晶体管式电压调节器是利用晶体管的开关特性，来控制发电机的磁场电流，使发电机的输出电压保持恒定。下面以JFT106 型晶体管电压调节
39、器为例进行分析。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理JFT106 型晶体管电压调节器属于负极外搭铁型电压调节器，其电路原理图如图2.19 所示。该调节器共有“”“F”和“”三个接线柱，其中“”接线柱与发电机磁场绕组的“F2”接线柱连接后经熔断器接至点火开关，“F”接线柱与发电机磁场绕组的“F1”接线柱连接，“”接线柱搭铁。该调节器由电压敏感电路和两级开关电路组成。电路中R1、R2、R3 和稳压管VD1 构成了电压敏感电路，稳压管VD1 为稳压元件，R1、R2、R3 为构成分压器，将交流发电机的端电压进行分压后加在稳压管VD1 的两端；随时感受着发电机端电压的变化。当稳压管VD1 上的电压
40、低于稳压管VD1 的稳压值时，VD1 稳压管截止；当稳压管VD1 上的电压高于稳压管VD1的稳定电压时，稳压管VD1 导通。可见，电压敏感电路可以非常灵敏地感受出交流发电机端电压的变化。晶体三极管VT6、VT7、VT8 组成复合大功率三级开关电路，利用其开关特性控制磁场电路的接通或断开。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理接通点火开关，启动发动机，蓄电池通过分压器R1、R2、R3 将电压加在稳压管VD1 两端，此时电压低于稳压管VD1 的稳定电压值，VD1 截止，则VT6 截止，VT7、VT8 导通，这时蓄电池经大功率三极管VT8供给励磁电流，励磁电路为：蓄电池“+”点火开关S 调节器磁
41、场接线柱F2 发电机磁场绕组调节器磁场接线柱F1 VT8 搭铁发电机负极。由蓄电池提供发电机的励磁电流，处于他励状态。发动机转速逐渐升高，发电机转速随之逐渐升高。当发电机端电压高于蓄电池端电压时，发电机给用电设备供电，并且给蓄电池充电，励磁回路也由发电机供电，此时由他励转为自励。由于此时转速较低，加在稳压管VD1 两端的电压仍然低于稳压管VD1 的稳定电压值，VD1 依然截止，输出电压未达到调节电压值，VT6 仍然截止，VT7、VT8 仍然导通，因此发电机的端电压可以随转速和自励电流的增大而升高，逐渐提高输出电压。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理发动机转速进一步升高，直到转速升至一定
42、值使输出电压达到调压值时，经分压器加至稳压管VD1两端的电压达到稳定电压值，VD1 反向击穿导通，使VT6 导通，VT7、VT8 截止，断开了励磁电路，发电机端电压下降。当发电机端电压下降到调压值以下时，经分压器加至稳压管VD1 两端的电压又低于稳定电压值，使VT6 又截止，VT7、VT8 又导通，又一次接通了励磁电路，发电机端电压又上升。如此循环反复，自动调控发电机的端电压，使其保持恒定。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理图2.19 JFT106 型晶体管电压调节器电路原理图（2）集成电路电压调节器集成电路电压调节器又称IC 电压调节器，是将
43、二极管、三极管的管心都集成在一块基片上，这样就实现了电压调节器的小型化，将其装在发电机内部，减少了外部线，缩小了整个充电系统的体积。下列为某车型的集成电路电压调节器，该发电机调节器装于发电机内部，构成整体式交流发电机，如图2.20 所示。该调节器工作过程如下：T1 控制励磁回路的接通和断开；T2 控制充电指示灯的接通和断开。调节器根据各个检测点的信号控制T1、T2 的基极电压。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理图2.20 夏利轿车用整体式交流发电机电路原理图点火开关S 接通且发动机未转动时，蓄电池端电压经接线柱IG 输入单片集成电路，使三极管T
44、1、T2均有基极电流流过，于是T1、T2 同时导通。T1 导通，发电机由蓄电池进行他励，磁场绕组中有电流流过，电流流向为：蓄电池“+”接线柱B 磁场绕组 T1 搭铁蓄电池“-”；T2 导通时，充电指示灯亮，充电指示灯电路为：蓄电池“+”点火开关S 充电指示灯 T2 搭铁蓄电池“-”，表示发电机不发电。发动机运转后，发电机输出电压逐渐升高，发电机由他励转为自励，并向蓄电池充电。P 点检测的是定子绕组的输出电压，反映发电机的输出电压情况。由P 点输入单片集成电路的发电机的输出电压，发电机运转后，输出电压逐渐升高直到高于蓄电池电压而小于调节电压时，任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原理使三极管T
45、1 继续导通，T2 截止。T1 导通，磁场绕组中仍有电流流过，发电机的端电压可以随转速和自励电流的增大而升高，逐渐提高输出电压，励磁电路与上述相同；T2 截止，故充电指示灯会熄灭，表示发电机工作正常。当发电机电压随转速升高到调节电压时，单片集成电路通过P 点检测出该电压，于是T1 由导通变为截止，磁场绕组中电流中断，发电机电压下降。当电压下降到低于调节电压时，单片集成电路使T1 又导通，如此反复，使发电机输出电压被控制在规定电压范围内。单片集成电路检测各点的信号，当各点信号消失或者超出检测范围，判断此时电路出现了异常后，控制VT2 导通，点亮充电指示灯。任务2.1 汽车电源系统部件结构与工作原
46、理任务实施任务实施2.1汽车电源系统部件使用维护与检测任务2.2任务2.2 汽车电源系统部件使用维护与检测任务导入 2016 年11 月3 日，车主郑先生来到某汽车4S 店反映，他的汽车灯光不太亮、喇叭不太响，可能是电源系统充电不足。作为汽车维修人员，接到检测任务，要求检查蓄电池的技术状况、对交流发电机的工作性能进行检测，必要时应对蓄电池及交流发电机进行维护。那么我们该怎样对这些电源系统部件进行维护和检测呢？要想延长汽车电源系统部件的使用寿命，就必须正确使用和维护蓄电池及交流发电机，以保持其良好的技术状况，发现问题及时处理。（1）蓄电池使用注意事项任务2.2 汽车电源系统部件使用维护与检测2.
47、2.1蓄电池的使用维护与检测1.蓄电池的使用与维护蓄电池内有腐蚀性较强的硫酸，请务必远离儿童。安装、检查等操作时应采取防护措施。如酸液溅到皮肤或衣物上，应立即用5%的苏打水擦洗，再用大量清水冲洗，严重时应立即送往医院治疗。任务2.2 汽车电源系统部件使用维护与检测不要连续使用启动机。每次启动时间应不超过5 s，连续两次启动之间应间隔15s以上，连续三次启动不成功时，应查明原因，排除故障后再启动。在严寒地区冬季冷启动时应预热，以减少启动阻力矩。蓄电池充电和使用时，有大量的氢、氧气体产生。不能接近明火或高温热源，否则可能造成爆炸事故。高温季节严禁蓄电池在阳光下直接暴晒。跨接启动其他车辆或用其他车辆
48、跨接启动本车时，需先断开点火开关，才能装拆跨接蓄电池的连接线。在车身上使用电弧焊之前，应先切断点火开关，才能拆下蓄电池的连接线。蓄电池安装应牢固、可靠，以防行车时振动和移位。（2）蓄电池拆装注意事项任务2.2 汽车电源系统部件使用维护与检测拆装、移动蓄电池时，应轻搬轻放，严禁在地上拖拽。安装前应确认蓄电池型号和车型相符，电解液密度和高度应符合规定。安装时必须将蓄电池固定在托架上，塞好防振垫，以免汽车行驶时蓄电池振动。极桩上应涂抹凡士林或润滑油，以防腐蚀；极桩卡子与极桩要求接触良好。不要将蓄电池的正、负极短路或接反，以免造成电击或火灾事故。拆下蓄电池充电或更换蓄电池后，连接应牢固，搭铁要可靠，以
49、免烧损ECU 中的线路，或因发热而起火。拆下蓄电池时，应先拆负极后拆正极；安装蓄电池时，应先接正极后接负极。（3）蓄电池维护要点任务2.2 汽车电源系统部件使用维护与检测保持蓄电池外表面的清洁干燥，及时清除极桩和电缆卡子上的氧化物，并确定蓄电池极桩上的电缆连接牢固。清洁蓄电池时，最好从车上拆下蓄电池，壳体可用刷子蘸取苏打水溶液清洗；托架可先用腻子刀刮净厚的腐蚀物，再用苏打水溶液清洗，然后用水冲洗，干燥后涂上防腐漆；对极桩和电缆卡子，可先用苏打水溶液清洗，再用专用清洁工具进行清洁。清洁后，在电缆卡子上涂上凡士林或润滑油防止腐蚀。保持加液孔盖上通气孔的畅通，定期疏通。任务2.2 汽车电源系统部件使
50、用维护与检测定期检查并调整电解液液面高度，液面不足时，应及时补充蒸馏水。定期使用密度计或高率放电计检查蓄电池的放电程度，当冬季放电超过25%，夏季放电超过50%时，应及时将蓄电池从车上拆下进行补充充电。根据季节和地区的变化及时调整电解液的密度，以保证蓄电池的性能及防止电解液结冰。冬季给蓄电池添加蒸馏水时，必须在蓄电池充电前进行，以免水和电解液混合不均而引起结冰。冬季蓄电池应经常保持在充足电的状态，以防电解液密度降低而结冰，引起外壳破裂、极板弯曲和活性物质脱落等故障。为了延长蓄电池的使用寿命，必须经常使之保持良好的技术状况。蓄电池的技术状况一般通过外观检查、电解液液面高度检查和放电程度检查，视情
