本科汽车电器设备讲稿1-10.docx

第一章 绪论
1.1 汽车电气设备的作用
1.作用：
汽车电气设备（electrical device）是汽车的重要组成部分之一，其性能的好坏直接影响到汽车的动力性、经济性、可靠性、安全性、排气净化及舒适性。
2.组成：
蓄电池、发电机（电源部分）、起动机、点火系统、照明信号系统、仪表信息（用电设备）等传统的汽车电气设备是汽车的基础组成部分，也是汽车电子控制系统的基础。
1.2 汽车电气系统的特点
1. 双电源：
在汽车电气系统中，采用两个电源（蓄电池和交流发电机），两者互相配合，协同工作。即使是在极端条件下（如发电机损坏，不发电），光靠蓄电池供电，汽车也能行驶一定里程。
2. 低电压：
汽车电气系统的额定电压（rated voltage）有6V、12V、24V 三种。汽油发动机汽车普遍采用12V电源，柴油发动机汽车多采用24V电源（由两个12V蓄电池串联而成），摩托车采用6V电源。汽车运行中的实际工作电压，一般12V系统为14V左右，24V系统为28V左右。
3. 直流供电：
现代汽车发动机是靠电力起动机起动的，起动机由蓄电池供电，而向蓄电池充电又必须用直流电源，所以汽车电气系统为直流系统。
4. 单线制：
单线制（单线连接）是汽车电路的突出特点之一。汽车上所有用电设备都是并联的，电源到用电设备只用一根导线连接，而将汽车的金属机体作为公共回路，这种连接方式称为单线制。由于单线制导线用量少，线路清晰，接线方便，因此广为现代汽车所采用。
5. 负极搭铁：
指汽车上所有电器设备的正极均采用导线相互连接；而负极则直接或间接通过导线与金属车架或车身的金属部分相连，即搭铁（Put up iron，亦称接地，earthing或grounding）。
6. 并联连接：
各用电设备均采用并联连接。由于采用并联连接，所以汽车在使用中，当某一支路用电设备损坏时，并不影响其他支路用电设备的正常工作。
7. 设有保险装置：
为了防止因电源短路（火线搭铁）或电路过载而烧坏线束，电路中一般设有保护装置，如熔断器（短路保护）、易熔线（过载保护）等。
8. 汽车电线（导线）有颜色和编号特征：
为了便于区别各电路的连接，汽车所有低压导线必须选用不同颜色的单色或双色线，并在每根导线上编号，编号由生产厂家统一编定。
1.3 汽车电气系统的发展趋势——电压升级
1. 发展趋势：
在现代汽车中，电气设备越来越多，电气负荷越来越大，这就要求汽车电源系统提供更多的电能，电压升级已经成为汽车电气系统的发展趋势。
2. 电压方案：
42V单电压方案，14V/42V双电压方案。

第三章 蓄电池
汽车电源系统用于向汽车用电设备提供低压直流电能，以保证汽车在行驶中和停车时的用电需要。

图2-1
2.1 蓄电池的作用与分类
1. 蓄电池：
Battery，俗称电瓶，是一种可逆的直流电源，有放电和充电两种工作状态。

图2-2
2.蓄电池的作用：
（1）发动机起动时，蓄电池向起动机和点火系统以及燃油喷射系统供电。
（2）发动机低速运转、发电机电压较低时，蓄电池向用电设备和交流发电机磁场绕组供电。
（3）发电机出现故障不发电时，蓄电池向用电设备供电。
（4）发电机过载时，蓄电池协助发电机向用电设备供电。
（5）发动机熄火停机时，蓄电池向电子时钟、汽车电子控制单元（ECU/ECM，亦称计算机、微机、电脑）、音响设备以及汽车防盗系统供电。
（6）因为蓄电池相当于一只大容量的电容器，所以不仅能够保持汽车电气系统的电压稳定，而且还能吸收电路中出现的瞬时过电压，保护电子元件不被损坏。
3. 对蓄电池的要求：
容量大、内阻小，以保证蓄电池具有足够的起动能力。起动发动机时，蓄电池必须能在短时间（5～10s）内向起动机连续提供强大的起动电流：汽油发动机一般需要200～600A；柴油发动机一般需要500～1000A，甚至更大。起动型铅酸蓄电池的突出特点是内阻小、起动性能好、电压稳定，此外还有成本低、原料丰富等优点，所以在汽车上广泛应用。
4. 蓄电池的分类：
铅酸蓄电池（Lead-acid Battery）和碱性蓄电池（Alkaline Secondary battery）两大类。
5. 蓄电池的安装位置：
蓄电池在汽车上的安装位置根据车型和结构而定，原则上离起动机越近越好。大多数轿车的蓄电池装在发动机舱内（图2-4），也有装在行李箱内（图2-5），甚至装在后排乘客座椅下方的；货车蓄电池的安装位置以空载时质量平衡为原则，一般装在车架前部的左侧或右侧；客车的蓄电池多装在车厢内。
2.2 铅酸蓄电池的构造与型号
1. 铅酸蓄电池的构造
现代汽车用铅酸蓄电池由六只单格电池串联而成，每只单格电池的电压约为2Ⅴ，串联后蓄电池电压为12Ⅴ。其构件主要有极板、隔板、电解液、外壳、联条、接线柱等。
a. 极板（Plate）：是蓄电池的核心构件，由栅架和活性物质组成。栅架是用铅锑合金浇铸而成的，活性物质就涂覆在栅架上。（加锑的目的是提高栅架的机械强度和改善浇铸性能。但是锑有副作用，会加速氢的析出而加快电解液消耗。锑还易从正极板栅架中解析出来而引起蓄电池自放电和栅架腐蚀，缩短蓄电池的使用寿命。）国内外大都采用低锑合金栅架，含锑量为2％～3％。活性物质，主要由铅粉、添加剂与一定密度的稀硫酸混合形成。为防止龟裂和脱落，铅膏中还掺有玻璃纤维等牵引附着物。
b.隔板：为了防止相邻正负极板彼此接触而短路，正、负极板之间要用隔板隔开。
c.电解液：俗称电瓶水，是用纯净硫酸和纯净蒸馏水按一定比例配制而成的稀硫酸溶液。
d.外壳：用来盛装电解液和极板组，使蓄电池构成一个整体。
e.接线柱
f.联条：将单格蓄电池串联起来，提高整个蓄电池的端电压。
2. 铅酸蓄电池的型号
按机械行业标准JB 2599－1985《铅酸蓄电池产品型号编制方法》的规定，铅酸蓄电池型号由三部分组成：串联单格电池数、电池类型与特征、额定容量（A·h）。
3. 蓄电池的选用
首先要选起动型，然后再选电压和容量。主要根据起动机要求的电压和容量来选择蓄电池，一般应满足连续起动三次以上的要求。
2.3 蓄电池的工作原理与特性
1. 蓄电池的基本工作原理

蓄电池放电时，正极板上的PbO2和负极板的Pb都变成了PbSO4，电解液中的硫酸减少，水增多，电解液密度下降。 在蓄电池处于过充电时，会引起水的
电解。
2.蓄电池的工作特性
a.静止电动势：蓄电池处于静止状态（不充电也不放电）时，正、负极板间的电位差（即开路电压）称为静止电动势。
b.内阻：电流流过铅酸蓄电池时所受到的阻力称为铅酸蓄电池的内阻。铅酸蓄电池的内阻包括极板、隔板、电解液和联条的电阻。内阻随温度降低而增大
c.放电特性：指在恒流放电过程中，铅酸蓄电池的端电压和电解液密度随放电时间而变化的规律。
d.充电特性：指在恒流充电过程中，铅酸蓄电池的端电压和电解液密度随充电时间而变化的规律。
2.4 蓄电池的容量及其影响因素
1. 蓄电池的容量
蓄电池在规定条件（包括放电温度、放电电流和放电终止电压）下放出的电量多少或放电时间长短称为蓄电池的容量，单位为A·h或A·min
a.理论容量：假定活性物质全部参加放电反应，由活性物质质量按法拉第电化当量定律计算所得容量称为理论容量。
b.实际容量：当恒流放电时，实际容量C等于放电电流If与放电时间tf之积，C =If *tf 。
c. 20h放电率额定容量：国标GB 5008.1—1991《起动用铅酸蓄电池技术条件》的规定，以20h放电率的放电电流在电解液初始温度为25℃，电解液密度为1.28g／cm3的条件下，持续放电到单格蓄电池电压下降到终止电压（1.75V）。在此过程中，蓄电池所输出的总电量，称为该蓄电池的20h放电率额定容量，单位为A·h（安培·小时）。我国采用20h放电率额定容量作为起动用铅酸蓄电池的额定容量。
e.额定储备容量：指完全充足电的蓄电池，在电解液初始温度为25℃条件下，以25A的电流持续放电，直至单格蓄电池电压下降到1.75Ⅴ。在此过程中，蓄电池的持续放电时间，称为该蓄电池的额定储备容量，单位为min（分钟）。
f.起动容量：蓄电池的起动容量有常温起动容量和低温起动容量两种定义方法。常温起动容量是指完全充足电的蓄电池，在电解液初始温度为25℃条件下，以5min放电率的电流持续放电5min，直至单格蓄电池电压下降至1.50V。在此过程中，蓄电池所输出的总电量，称为该蓄电池的常温起动容量。低温起动容量是指完全充足电的蓄电池，在电解液初始温度为-18℃条件下，以5min放电率的电流持续放电2.5min，直至单格蓄电池电压下降至1.00V。在此过程中，蓄电池所输出的总电量，称为该蓄电池的低温起动容量。
2.影响蓄电池容量的因素
a.构造因素对蓄电池容量的影响：① 极板厚度的影响；② 极板面积的影响；③ 同性极板中心距的影响。
b.使用因素对蓄电池容量的影响：① 放电电流的影响；② 电解液温度的影响；③ 电解液密度的影响。
2.5 蓄电池的充电
1.充电设备
是指某种直流电源，汽车上采用的充电设备是由发动机驱动的交流发电机，充电室采用的多为硅整流充电机、晶闸管整流充电机等。
a.硅整流充电机的型号：硅整流充电机的型号由五部分组成，第一部分是元件种类代号，硅元件用“G”表示，晶闸管元件用“KG”表示；第二部分是用途代号，“C”表示充电用；第三部分是元件的冷却方式代号，“A”表示自然冷却，“S”表示水冷，“F”表示强迫冷却，“J”表示油冷；第四部分用数字表示额定整流电流值（A）；第五部分用数字表示额定整流电压值（V）。
b.硅整流充电机的特点：硅整流充电机主要由交流电源与硅二极管组成，通过整流电路将交流电转变为直流电，以供蓄电池充电之用。

图2-3
c.可控硅充电机
2. 充电方法
a.定流充电：在充电过程中，保持充电电流恒定的充电方法称为定流充电。
b.定压充电：在充电过程中，保持充电电压恒定的充电方法称为定压充电。定压充电电压选择：一般每单格电池约需2.5Ⅴ，即6Ⅴ电池需要充电电压约为7.5Ⅴ，12Ⅴ电池需要充电电压约为15V。定压充电的特点是充电效率高，开始4～5h内，就可获得90％～95％的充电量，可大大缩短充电时间。
汽车上的充电系统采用电压调节器实现对充电电压恒定的控制。
c.快速脉冲充电：采用自动控制电路对蓄电池进行正反向脉冲充电，可以提高充电效率，使用中的蓄电池补充充电只需0.5～1.5h。正脉冲充电→前停充→负脉冲瞬间放电→后停充→正脉冲充电→充足。
3. 充电种类
a.初充电：对新蓄电池或更换极板的蓄电池在使用前进行的首次充电。初充电一般采用定流充电，全部充电时间约为60～70h。
b.补充充电：蓄电池使用后的充电，称为补充充电。蓄电池在汽车上由发电机进行的定压充电，由于不能保证蓄电池彻底充足，而使蓄电池容量下降时，为防止产生硫化，每隔两个月应进行一次补充充电。补充充电一般需要13～17h。
c.快速脉冲充电
d.去硫充电：蓄电池产生硫化故障后，其内阻将显著增大，开始充电时充电电压较高（严重硫化者高达2.8Ⅴ以上），温升亦较快。对严重硫化的蓄电池，只能报废；对硫化程度较轻的蓄电池，可以通过充电予以消除。这种消除硫化的充电工艺称为去硫充电。
4.充电时的注意事项
2.6 改进型铅酸蓄电池
1.干荷电式蓄电池--提高了抗氧化性能
普通铅酸蓄电池负极板在储运过程中，活性物质微粒表面易被氧化，这样新电池灌入电解液就会损耗一部分能量。为把这部分物质还原，需进行比较烦琐的初充电。
2.免维护蓄电池（Maintenance-Free Battery，MF Battery）
3.螺旋状极板胶体型免维护蓄电池
蓄电池极板及隔板呈螺旋紧密捆绑状，使得同样容积极板反应面积增大（比普通蓄电池几乎大一倍），低温起动电流更高，起动性能更好。胶体状电解液粘附于极薄的纤维隔板网材料上，－40℃低温也不会结冰，高温65℃时不会漏液、漏气。可以以任何角度固定电池。
4. 宝马车用蓄电池新技术
a.AGM免维护蓄电池：在宝马车（E46/E60等）上，配装铅-钙合金栅架AGM免维护蓄电池（Absorbed Glass Mat，即采用可吸收玻璃纤维网袋式隔板的免维护蓄电池），安装在行李箱右侧。
b.智能蓄电池传感器IBS（Intelligent Battery Sensor）：是一个自身带有微型控制器的传感器。IBS 持续测量蓄电池端电压、蓄电池充电/放电电流和蓄电池电解液温度，监控蓄电池的工作状态和健康状态。
c.安全蓄电池端子：在宝马车上，蓄电池正极上连接有安全蓄电池端子，用于在紧急状态（如剧烈撞车时如果燃油泄漏可能导致的爆炸）下的断电防护。
2.7 蓄电池的使用、维护与故障排除
1.蓄电池的使用
a.蓄电池的拆装：1）蓄电池正、负接线柱的识别；2）蓄电池的拆卸，将点火开关置于断开位置，使全车用电设备与电源断开。拆卸时应先拆负极柱上的搭铁线，后拆正极柱上的起动机线；3）蓄电池的安装，先接起动机（正极）线，再接（负极）搭铁线。
b.蓄电池的正确使用：（1）三抓，正确及时充电，正确操作使用，清洁维护；（2）五防，一防充电电流过大和长时间过充电；二防过度放电；三防电解液液面过低；四防电解液密度过高；五防电解液内混入杂质。
c.蓄电池的储存
d.蓄电池冬季使用注意事项
2. 蓄电池的维护
a. 蓄电池的日常维护
b. 蓄电池放电程度的检查：1）测量电解液的密度；2）用高率放电计测量电压；3）用万用表测量蓄电池的端电压，如果蓄电池刚充过电或车辆刚行驶过，应接通前照灯远光30s，消除“表面充电”现象，然后熄灭前照灯，切断所有负载再测量 。
3. 蓄电池常见故障的排除
极板硫化、活性物质脱落、自行放电
第三章 交流发电机
交流发电机与电压调节器配合工作，其主要任务是对除起动机以外的所有用电设备供电，并向蓄电池充电。交流发电机主要由三相同步交流发电机和二极管整流器组成，一般称为硅整流交流发电机，亦简称交流发电机。
3.1 交流发电机的构造与工作原理
1.汽车用交流发电机的分类
a.按总体结构分：1）普通交流发电机；2）整体式交流发电机，(integrate alternator)是内装电压调节器的交流发电机；3）带泵交流发电机，是带有真空泵的交流发电机；4）无刷交流发电机，（brush-less alternator）是无电刷、滑环结构的交流发电机；5）永磁交流发电机，（permanent-magnet alternator）是转子磁极采用永磁材料的交流发电机。
b.按磁场绕组搭铁方式分：1）内搭铁式交流发电机，磁场绕组的一端与发电机壳相连接；2）外搭铁式交流电发机，磁场绕组的一端经电压调节器后搭铁。
c.按装用的二极管数量分：1）六管交流发电机，整流器由六只硅二极管组成，这种型式应用最为广泛；2）八管交流发电机，是具有两个中性点二极管（neutral-point diode）的交流发电机，其整流器总成共有八只二极管；3）九管交流发电机，是指具有三个磁场二极管的交流发电机，其整流器总成共有九只二极管；4）十一管交流发电机，是指具有中性点二极管和磁场二极管的交流发电机，其整流器总成共有十一只二极管。
d.按冷却方式分：1）风冷式发电机，按通风方式不同可分为单风扇式和双风扇式，单风扇式是风扇安装在交流发电机的前端，风扇旋转产生的轴向空气流经发电机内部，对定子绕组进行冷却。而双风扇式交流发电机是在转子两端各装有一个风扇，产生的是轴向和径向的两个方向的空气流；2）水冷式发电机，在高档轿车上，出于降低运行噪音和增强冷却效果的考虑，多采用新型水冷式(water-cooled )发电机。
2. 交流发电机的构造

图3-1国产JF系列交流发电机解体图
1—紧固螺母及弹簧垫圈；2—带轮；3—风扇；4—前轴承油封及护圈；
5—组装螺栓；6—前端盖；7—前轴承；8—定子；9—转子；
10—“+”（电枢）接柱；11—散热板；12—“—”（搭铁）接柱；
13—电刷及压簧；14—电刷架外盖；15—电刷架；16—“F”（磁场）接柱；
17—后轴承；18—转轴固定螺母及弹簧垫圈；19—后轴承纸垫及护盖；
20—安装臂钢套；21—后端盖；22—后端盖轴承油封及护圈；
23—散热板固定螺栓

图3-2 整体式交流发电机的结构
1—连接螺栓；2—后端盖；3—散热板；4—防干扰电容器；5—滑环；
6—全封闭轴承；7—转子轴；8—电刷；9—磁场接线柱；10—输出接线柱；
11—电压调节器；12—电刷架；13—磁极；l4—电枢绕组；l5—定子铁心；
16—风扇叶轮；17—带轮；18—紧固螺母；19—全封闭轴承；20—励磁绕组；
21—前端盖；22—定子槽楔子；23—电容器插接片；24—输出整流二极管；
25—磁场整流二极管；26—电刷架压紧片
a.转子总成：（rotor assembly）是交流发电机的磁场部分，作用是产生磁场，主要由两块低碳钢爪形磁极、磁轭、磁场绕组、转子轴和滑环等组成。

图3-3 转子磁场的磁力线分布与磁场电路原理
b.定子总成：（stator assembly）也称电枢，由定子铁心和定子绕组组成，作用是产生三相交变电动势。三相绕组的连接方法可分为星形连接和三角形连接两种。

图3-4 定子绕组的连接方法
c.整流器：作用是把交流发电机产生的三相交流电转变成直流电输出，整流器一般由六只整流二极管和散热板组成。整流二极管分为正极二极管和负极二极管两种。正极二极管的中心引线为正极，外壳为负极，管壳底部一般有红字标记。
负极二极管的中心引线为负极，外壳为正极，管壳底部一般有黑字标记。

图3-5 二极管命名及符号
例如ZQ10表示为汽车用整流二极管，额定正向电流为10A。
d.前、后端盖：作用是支承转子总成并封闭内部构造。后端盖内装有电刷与电刷架，两只电刷装在电刷架中的导孔内，借助弹簧的弹力与滑环保持接触。两个电刷中与发电机外壳绝缘的称为绝缘电刷，其引线接到发电机后端盖外部的接线柱“F”上，成为发电机的磁场接柱。另一个电刷是搭铁的，称为搭铁电刷。
e.带轮及风扇
3. 交流发电机的工作原理
a.发电原理：

图3-6交流发电机的工作原理图
E＝CnΦ，式中 E——每相绕组中电动势的有效值，Ⅴ；C——发电机结构常数；n——发电机转速，r／min；Φ——磁极磁通，Wb。
b.整流原理：硅整流器是利用二极管的单向导电性，将交流电转变为直流电的。
1） 六管交流发电机整流电路
有些交流发电机带有中心抽头，它是从三相绕组的中性点引出来的，其接线柱标记为“N”。 中性点对发电机外壳（搭铁）之间的电压称为中性点电压，其数值等于发电机输出电压的一半。中性点电压用途很广，常用来控制充电指示灯和各种用途的继电器，如控制空调继电器、磁场继电器等。

图3-7 三相桥式整流电路及电压波形

图3-8 带有中心抽头的交流发电机
2）八管交流发电机整流电路
图3-9 八管交流发电机整流电路
试验表明，在不改变交流发电机结构的情况下，在定子绕组的中性点处加装中性点二极管后，发电机输出功率与额定功率相比，可以提高10%～15%，并且转速越高输出功率增加越明显。
3） 九管交流发电机整流电路
在有些交流发电机中，除了有普通交流发电机用来整流的六只二极管外，又多装了三个功率较小的二极管，组成九管交流发电机。三个功率较小的二极管专门用来供给磁场电流，所以又叫磁场二极管。

图3-10九管交流发电机充电系统电路
4） 十一管交流发电机整流电路

图3-11 十一管交流发电机整流和充电电路
十一管交流发电机，不仅能增大输出功率，还可以用充电指示灯来指示发电机工作状况。
c.励磁方式：向交流发电机的磁场绕组供电使其产生磁场的过程，称为励磁（excitation，亦称激磁）。交流发电机磁场绕组的励磁方式有两种形式，一种是由蓄电池供电，称为他励（separately excited，亦称他激）；另一种是由发电机自身所发电能供电，称为自励（self–excitation，亦称自激）。
3.2 交流发电机的工作特性与型号
1.交流发电机的工作特性
a.输出特性：也称负载特性或输出电流特性。输出特性是指在发电机保持输出电压一定（即U=const）时，发电机的输出电流与转速之间的关系。空载转速值是选择发电机与发动机传动比的主要依据。满载转速值是判断在用发电机技术性能优劣的重要指标之一。

（a）输出特性 （b）空载特性
图3-12 交流发电机的工作特性
b.空载特性：指在无负荷（即I=0）时，发电机端电压与转速之间的变化规律。
c.外特性 ：是指转速保持一定（即n=const）时，发电机的端电压与输出电流之间的关系。

图3-13 交流发电机的外特性
2. 交流发电机型号
依次为：产品代号、电压等级代号、电流等级代号、设计序号、变型代号
3.3 交流发电机的检测与维修
1.交流发电机的车上检查
检查传动带的外观、检查传动带的挠度、检查有无噪音、检查导线连接情况、发电机电压测试、“B”接线柱电流测试
2. 交流发电机的拆卸与不解体检测
a. 整机测试：1）测量各接线柱之间的电阻， 利用万用表的(R×1)挡测量“F”与“-”之间的电阻值，测量“+”与“-”之间和“+”与“F”之间的正、反向电阻值，也可以判断交流发电机内部的技术状况；2）空载转速的测试，空载电压的测试在万能试验台上进行，接线方法如图3-13所示；3）满载转速的测试，有些故障，在没有电流输出的情况下是表现不出来的，所以在对发电机进行空载转速测试后，应再作满载转速测试，满载转速测试可以接着空载转速进行；4）用示波器观察输出电压波形
表3-1 交流发电机各接线柱之间的电阻值
交流发电机
型号
“F”与“-”
之间的电阻值
“+”与“-”之间的电阻值
“+”与“F”之间的电阻值
正向
反向
正向
反向
JF11
5～6
40～50
>1000
50～60
>1000
JF13
JF21
JF12
19.5～21
40～50
>1000
50～70
>1000
JF22
JF23
JF26

图3-14 交流发电机的空载和满载测试

图3-15 交流发电机出现各种故障时输出电压的波形
3. 交流发电机的解体检修
a.转子的检修：用万用表可检测励磁绕组是否短路和断路，如果阻值低于标准值，则说明励磁绕组短路；如果阻值为无穷大，则说明励磁绕组断路。用万用表可检测励磁绕组是否搭铁。

图3-16 用万用表可检测励磁绕组是否短路和断路

图3-17 用万用表可检测励磁绕组是否搭铁
b.定子的检修：用万用表可检测定子绕组是否断路、是否搭铁。

图3-18 用万用表可检测定子绕组是否断路

图3-19 用万用表可检测定子绕组是否搭铁
c.二极管的检修
d.电刷的检测
4.交流发电机的装复与检测
3.4 交流发电机电压调节器
1.交流发电机电压调节器的作用与工作原理
a.电压调节器（voltage regulator）：可以保证交流发电机输出电压不受转速和用电设备变化的影响，使其保持稳定，以满足用电设备的需要。
b.电压调节器的工作原理
c.交流发电机电压调节器的分类：触点式电压调节器，晶体管式电压调节器， 集成电路式电压调节器。
2. 触点式电压调节器
a.工作原理：通过电磁力和弹簧弹力的平衡改变触点闭合和断开的时间，改变励磁电流大小，从而改变磁通，进而实现对发电机输出电压的调节。

1-固定触点支架； 2-衔铁； 3-电磁线圈；4-触点弹簧；5-磁轭；6-电刷；
7-滑环（集电环）；8-励磁绕组（磁场绕组）； 9-定子（电枢）绕组；
10-点火开关；R1-加速电阻； R2-调节电阻；R3-温度补偿电阻；
K1-低速触点；K2-高速触点
图3-20 FT61 型双触点式电压调节器电路
b.带附加磁场继电器的电压调节器

图3-21 FT61 A型双级电压调节器电路
Q1-起动线圈；Q2-维持线圈；Ⅹ-电压调节器磁化线圈；S-电源开关；
SB-起动按钮；K1-低速触点；K2-高速触点；K3-磁场继电器动合触点；
R1-加速电阻；R2-调节电阻；R3-温度补偿电阻
3.晶体管式电压调节器
a.工作原理：是利用晶体管的开关特性来控制发电机的励磁电流，使发电机的输出电压保持稳定的。晶体管电压调节器大多采用NPN型晶体管制成，与外搭铁式交流发电机匹配。

图3-22 JFT106型晶体管调节器原理图
4.集成电路式电压调节器（IC voltage regulator也称IC电压调节器）
a.工作原理：根据发电机的电压信号（输入信号），利用晶体管的开关特性控制发电机的励磁电流，进而实现稳定发电机输出电压的目的。集成电路电压调节器也有内、外搭铁之分，而且以外搭铁形式居多。

图3-23 JFT152型混合集成电路电压调节器电路图
b.分类：全集成电路电压调节器和混合集成电路电压调节器，全集成电路是把晶体管、二极管、电阻、电容等同时印制在一块硅基片上。混合集成电路是指由厚膜或薄膜电阻与集成的单片芯片或分立元件组装而成，目前使用最广泛的是厚膜混合集成电路电压调节器。
c.集成电路电压调节器输入电压信号的检测：根据检测点不同可分为发电机电压检测法和蓄电池电压检测法两种。

（a）蓄电池电压检测法 （b）发电机电压检测法
图3-24 集成电路电压调节器的输入电压信号的检测
d.整体式交流发电机的电压调节器

图3-25 内装集成电路式电压调节器的十一管交流发电机电路
5. 交流发电机电压调节器的型号
依次是产品代号、电压等级代号、结构型式代号、设计序号、变型代号。
6. 电压调节器的检查与调整
a.电磁振动式电压调节器的检查与调整：1）外部检修；2）电压调节器的测试。

图3-20 电压调节器的测试与调整
b.晶体管电压调节器的检查与修理：1）判断晶体管电压调节器是内搭铁式还是外搭铁式；2）判断晶体管电压调节器的好坏，准备一个输出电压为0～30V，电流为3～5A的可调稳压电源，参照图3-58所示连接，线路连接好后，由0Ⅴ逐渐调高直流电源电压，此时一个小灯泡的亮度应随电压升高而增强，当电压调高到调节器电压值（12V系统为13.5～14.5Ⅴ；24Ⅴ系统为27～29Ⅴ）或者略高于调节器电压值时，若亮的灯变暗，两个灯亮度相近，则电压调节器是好的；若一个灯始终发亮，或两个小灯始终同样亮，则电压调节器是坏的。

（a）内搭铁式电压调节器 （b）外搭铁式电压调节器
图3-21 判断晶体管电压调节器搭铁类型的方法

图3-22 内搭铁式晶体管调节器的测试

图3-23 外搭铁式晶体管调节器的测试
c.集成电路电压调节器的检查
整体式交流发电机的励磁绕组一般是通过调节器搭铁的。

图3-24 集成电路调节器的测试
d.电压调节器的代用原则
7.交流发电机电压调节器新技术
带有蓄电池温度传感器的发电机电压调节器、利用车载计算机直接控制发电机输出电压

图3-25 用车载计算机进行调压控制的充电系统电路
3.5 充电指示灯控制电路与瞬变过电压保护电路
1.充电指示灯控制电路
通过充电指示灯继电器控制；通过起动复合继电器控制；通过磁场二极管控制（九管和十一管交流发电机即利用三个磁场二极管控制充电指示灯电路）；通过隔离二极管控制（沃尔沃汽车采用这一方式。它的交流发电机与一般的交流发电机相同，仅在充电电路中增加了一个功率较大的隔离二极管，利用二极管的单向导电特性控制充电指示灯）。

国产FT126型电压调节器电路，其中K2为继电器动断触点，控制充电指示灯的亮、灭。充电指示灯HL亮表示不充电。
图3-26 充电指示灯继电器控制电路

东风EQ1091型汽车的控制电路。K2为保护继电器动断触点，除对起动机进行锁止外，还用来控制充电指示灯的亮、灭；Q2为保护继电器电磁线圈，承受发电机中性点电压；充电指示灯HL亮表示不充电。
图3-27 起动复合继电器充电指示灯控制电路

图3-28 沃尔沃汽车充电指示灯电路
2.瞬变过电压保护电路
半导体元件对瞬变电压是很敏感的，当瞬变电压达到一定值时，就会使半导体元件损坏。由于交流发电机的励磁电流及转速都很高，产生的瞬变能量也很大。
所以现代汽车都加有过电压保护电路，用以保护半导体元件不受损坏。
a.瞬变过电压的产生及危害：1）抛负载瞬变；2）切断电感负载瞬变；3）磁场衰减瞬变。
b.瞬变过电压的保护方法：防止因过电压而损坏半导体元件的方法有两种，一是提高半导体元件的承压能力；另一种方法是增加过电压保护装置，吸收各种瞬变过电压能量，以保护电子元件。常用方法有稳压管保护、晶闸管过压保护等几种。

图3-29 稳压二极管过电压保护电路

1—过电压保护电路；2—电压调节器；3—交流发电机
图3-30 晶闸管过压保护电路
3.6电源系统的使用与维修
1.电源系统的使用
a.交流发电机的正确使用：1）蓄电池搭铁极性不能接错；2）充电系统的导线连接要牢固可靠；3）发电机和电压调节器二者的规格型号要相互匹配；4）发动机熄火后，应将点火开关（或电源开关）断开，以免蓄电池长时间向励磁绕组和电压调节器磁化线圈放电，浪费电能。
b.交流发电机电压调节器的正确使用
2电源系统的检修
a.不充电
b.充电电流过小
c.充电电流过大
d.充电不稳
e.发电机工作中有异响
f.充电指示灯故障
附录：

图3-1 夏利轿车所用的整体式交流发电机的电路图

1—励磁绕组 2—电压调节器 3—励磁二
极管 4—充电指示灯 5—防干扰电容器
图3-2 奥迪、红旗轿车所用的交流发电机电路图
第四章 起动系统
4.1 起动系统概述
1. 起动系统的作用
就是供给发动机曲轴起动转矩，使发动机曲轴达到必需的起动转速，以便使发动机进入自行运转状态。当发动机进入自行运转状态后，便结束任务立即停止工作。电力起动机简称为起动机（俗称马达），均安装在汽车发动机飞轮壳的座孔上，用螺栓紧固。
2. 起动系统的组成
由蓄电池、起动机和起动控制电路等组成，起动控制电路包括起动按钮或开关、起动继电器等。起动机与曲轴的传动比：汽油机一般为13～17，柴油机一般为8～10。

图4-1 起动系统的组成
3. 起动机的组成及分类
a. 起动机的组成：起动机（Starter）由直流电动机、传动机构和控制机构三大部分组成。
b. 起动机的分类：1）按励磁方式分为励磁式起动机和永磁式起动机。励磁式起动机靠励磁绕组和磁极铁心建立磁场，结构稍显复杂，但输出转矩和功率都很大，故应用极为广泛。永磁起动机以永磁材料作为磁极，取消了励磁式起动机中的励磁绕组和磁极铁心，结构简化，体积小，质量轻，并节省了金属材料。但永磁起动机的功率一般较小，使用范围在一定程度上受到限制。2）按控制机构分为机械控制式起动机和电磁控制式起动机（亦称电磁操纵式起动机）。机械控制式起动机由驾驶员利用脚踏（或手动）直接操纵机械式起动开关接通或切断起动电路，通常称为直接操纵式起动机。电磁控制式起动机由驾驶员旋动点火开关或按下起动按钮，通过电磁开关接通或切断起动电路。3）按啮合方式分为惯性啮合式起动机、强制啮合式起动机和电磁啮合式（电枢移动式）起动机。惯性啮合式起动机的离合器靠惯性力的作用产生轴向移动，使驱动齿轮啮入或退出飞轮齿圈。由于可靠性差，现代汽车已不再使用。强制啮合式起动机靠人力或电磁力经拨叉推移离合器，强制性地使驱动齿轮啮入或退出飞轮齿圈。因其具有结构简单，动作可靠，操纵方便等优点，故被现代汽车普遍采用。电磁啮合式起动机靠电动机内部辅助磁极的电磁力，吸引电枢作轴向移动，将驱动齿轮啮入飞轮齿圈，起动结束后再由回位弹簧使电枢回位，让驱动齿轮退出飞轮齿圈。所以，又称电枢移动式起动机，多用于大功率柴油机。4）按传动机构分为普通式起动机和减速式起动机。普通式起动机将电动机电枢产生的起动力矩直接通过离合器、驱动齿轮传给飞轮齿圈的起动机称为普通式起动机。减速起动机基本结构与普通式起动机相同，只是在电枢和驱动齿轮之间，装有减速齿轮（一般减速比为3～4），经减速、增矩后，再带动驱动齿轮。减速式起动机是今后车用起动机的发展方向。

图4-2 起动机的组成
4.起动机的型号
依次是产品代号、电压等级代号、功率等级代号、设计序号、变型代号。
4.2 起动机用直流电动机
1. 直流电动机的工作原理

图4-3 直流电动机的工作原理
2.直流电动机的结构组成
主要由定子、转子、换向器、电刷及端盖等组成。

图4-4 起动机用直流电动机结构
a.定子：定子亦称磁极，其作用是产生磁场，分励磁式和永磁式两类。为增大转矩，汽车起动机通常采用四个磁极，两对磁极相对交错安装，定子与转子铁心形成的磁力线回路下图所示，低碳钢板制成的机壳是磁路的一部分。1）励磁式定子，铁心为低碳钢，铁心磁场要靠绕在外面的励磁绕组通电建立。采用励磁式定子的电动机，其励磁绕组与转子串联连接，故称串励式电动机（先将励磁绕组两两串联后并联再与电枢绕组串联）。2）永磁式定子。由于结构尺寸及永磁材料性能限制，永磁起动机的功率一般不大于2kW。

图4-5 电动机磁路 图4-6 励磁式电动机定子

图4-7 串励式电动机
b.转子：亦称电枢，由电枢轴、铁心、电枢绕组和换向器等组成。转子的作用是产生电磁转矩。

图4-8 起动机转子
c.电刷端盖
d.驱动端盖：驱动端盖上有拨叉座和驱动齿轮行程调整螺钉，还有支撑拨叉的轴销孔。

图4-9 驱动端盖
3. 直流电动机工作特性
直流电动机按励磁方式可分为永磁式和电磁式两大类，电磁式按励磁绕组与电枢绕组的连接关系又可分并励式、串励式和复励式三种。并励式直流电动机励磁绕组与电枢绕组联在同一电源上，具有较“硬”的机械特性；串励式直流电动机的励磁绕组与电枢绕组相串联，具有较“软”的机械特性；复励式电动机的磁极上有两组励磁绕组，一组同电枢串联，另一组则同电枢并联，它的机械特性比并励式软，较串励式硬。

（a）永磁式 （b）并励式 （c）串励式 （d）复励式
图4-10 直流电动机类型
4.起动机与发动机、蓄电池的匹配
a.起动机的功率及其影响因素：1）起动机的功率；2）影响起动机功率的因素。
b.起动机基本参数的确定：1）起动机功率的选择，取决于发