汽车电器设备与维修.docx

《汽车电器设备与维修》小总结

第五节 交流发电机的分类与构造
二、交流电发电机结构

图1-24 整体式交流发电机零部件组成
1—抗干扰电容； 2—集成电路调机器与电刷组件总成； 3—电刷端盖； 4—整流器总成；
5—转子总成；6—定子总成；7—驱动端盖；8—风扇；9—驱动带轮
其中定子、转子、整流器和端盖四部分是交流发电机的基本结构。
（一） 转子
转子由两块爪极、磁场绕组、铁心和集电环组成。功用：产生磁场。

图1-26 转子结构
1— 集电环（又称滑环）；2—转子轴；3—爪极；4—铁芯与磁场绕组
（二） 定子
定子由定子铁心与定子绕组组成。功用：产生交流电。

图1-28 定子总成的结构
1、2、3、4—绕组引线；5—定子铁芯
三相绕组的连接方法：有星型连接（Y形连接）和三角形连接（△形连接）两种，如图1-29所示。

图1-29 三相绕组的连接方法
（a） Y形连接；（b）△形连接
（三）整流器
整流器由整流二极管和二极管的散热板组成。功用：将三相定子绕组产生的交流电转变为直流电。

图1-31 整流器总成的结构
1—输出端子“B+”； 2—输出端子“D+”； 3—正整流板； 4—防干扰电容器连接插片；
5—电刷架压紧弹片； 6—磁场二极管； 7—输出整流二极管
车用二极管的结构

车用二极管有正极管和负极管之分。引出电极为二极管正极的称正极管，其上标有红色标记；引出电极为二极管负极的称负极管，其上标有绿色或黑色标记。

二极管安装示意图

图1-33 二极管安装示意图
（a）焊接式；（b）电路图；（c）压装式
1—正整流板；2—负整流板
（四）端盖与电刷组件
端盖：交流发电机的前后端盖均用铝合金压铸或砂模铸造而成，采用铝合金材料的主要目的是减少漏磁。
电刷组件：电刷（要求导电性好且摩擦系数小）是用铜粉和石墨模压而成；电刷架用酚醛玻璃纤维塑料模压而成。

图1-35 电刷组件
1— 电刷架；2、4—“磁场端子；3—电刷与电刷弹簧

图1-36 交流发电机的搭铁型式
(a) 内搭铁型交流发电机；（b）外搭铁型交流发电机
三、交流发电机的型号（P40）

例：JF152:表示电压等级为12V，电流等级为大于50~59A，第二次设计的普通交流发电机。

第六节 交流发电机的工作原理
一、发电原理

图1—38 交流发电机的磁路
1—铁芯；2—磁场绕组；3、6—极爪；4—定子铁芯；5—三相绕组；
7—漏磁；8—转子轴
当点火开关接通时，磁场绕组中有电流（称为磁场电流）通过，磁场电流在转子铁芯中就会产生轴向磁通，其磁通为铁芯→N极→转子与定子间的气隙→定子→定子与转子间的气隙→S极→铁芯，如图1—38所示。转子转动，与定子形成相对运动，使定子绕组切割转子形成的磁场发电。转子磁极制作成鸟嘴形，可使定子绕组感应产生的交流电动势近似于正弦曲线波形。

图1-39 交流发电机的工作原理
（a）汽车交流发电机电路；（b）感应电动势输出波形

二、整流原理
整流：利用二极管的单向导电特性，把交流电变为直流电。

图1-41 三相桥式整流电路及电压波形
（a）整流电路；（b）绕组电压波形；（c）整流电压波形
第七节 交流发电机的工作特性
汽车交流发电机的使用条件与一般工业用交流发电机的最大区别是：转速变化范围很大（0~18000r/min），因此其工作特性的表示方法与工业用交流发电机有所不同。
注意：为防止调节器工作对发电机输出电流产生影响，将12V发电机的试验电压规定为13.5V；24V发电机规定为27V。
图1-43所示为交流发电机的输出特性曲线。

图1-43 交流发电机的输出特性
由特性曲线I=f（n）可以看出：
　　1. 空载转速nA
　　发电机转速小于一定值nA时，对外输出电流为零。当发电机达到额定电压并能对外输出电流时的最小转速为nA，称nA为空载转速。空载转速常用来作为测试发电机性能的参数之一。
2. 零电流转速n0
发电机电压达到规定的试验电压、但尚无电流输出时的转速。
3. 最小工作电流IL
发电机在试验电压Ut、转速nL=1500r/min时的输出电流。转速nL称为最小工作转速，相当于发动机怠速时发电机的转速。
最小工作电流反映了发电机低速充电性能的好坏。最小工作电流越大，发电机的低速充电性能越好。
4. 额定电流IR
发电机在试验电压Ut、额定转速nR时输出的最小电流。
5. 最大电流Imax
发电机在试验电压Ut、最共工作转速nmax时的输出电流。
第八节 新型交流发电机的结构特点
一、八管交流发电机
在不改动交流发电机结构的情况下，加装两只整流二极管后，当发电机中高速时，其输出功率与额定功率相比可增大11﹪~15﹪。

图1-48 八管交流发电机原理图
二、九管交流发电机
九管交流发电机充电系统电路如图1-50所示。当发电机工作时，定子绕组产生的三相交流电动势经6只整流二极管VD1~VD6组成的三相桥式全波整流电路整流后，输出直流电压UB向负载供电并向蓄电池充电。发电机的电磁场则由三只磁场二极管VD7、VD8、VD9与三只负极管VD2、VD4、VD6组成的三相桥式全波整流电路整流后输出的直流电压UD+供给。
九管交流发电机的最大特点是具有反映充电系统工作情况的功能。

图1-50 九管交流发电机充电系统电路
三、 十一管交流发电机
十一管交流发电机是综合八管交流发电机和九管交流发电机的优点而设置的。

图1-51 十一管交流发电机充电系统电路
第九节 交流发电机电子调节器
交流发电机调节器是把交流发电机的输出电压控制在规定范围内的控制装置，又称为电压调节器，简称调节器。汽车采用的调节器有磁振动式和电子式两大类，但目前电磁式调节器已经淘汰。
一、调节器的功用
当发电机转速变化时，自动调节发电机输出电压并使电压保持恒定，防止输出电压过高而损坏用电设备和避免蓄电池过量充电。
二、电压调节原理与调节方法
交流发电机输出电压U与感应电动势成正比关系，而感应电动势EΦ与发电机转速n和每极磁通Φ成正比。
电子式调节器调节磁场电流的方法是利用三极管的开关特性，使磁场电流接通与切断来调节发电机磁场电流。
调节过程：
n↑=C→U↑=U2→调节→If↓→Φ↓→EΦ↓→U↓= U1→调节→If→Φ↑→EΦ↑→U↑

图1-52 发电机转速n一定时的电压调节过程
三、电子式调节器分类与型号
1. 分类：
按结构分为分立元件式调节器和集成电路式两种；
按搭铁型式分为内搭铁型和外搭铁型两种。
2. 型号

图1-53 发电机调节器型号编制方法
例如：FTD152表示电压等级为12V的集成电路式调节器，第二次设计。
四、电子调节器原理
1. 外搭铁型调节器

图1-54 外搭铁型电子调节器基本电路
2 内搭铁型调节器

图1-55 内电子调节器基本电路
第二章 启动系统
汽车发动机由静止状态转为运转状态的过程称为启动。辅助发动机由静止状态进入正常工作循环的系统称为启动系统，现代汽车发动机普遍采用电磁控制式启动系统来完成。
电磁控制式启动系统主要有起动机、启动继电器、点火启动开关和蓄电池组成。

图2-1 电磁控制式启动系统组成
1- 启动继电器；2-点火开关；3-蓄电池；4-起动机
启动系统的功能是在控制装置的控制下，以蓄电池为动力电源，通过离合器将电动机的电磁转矩传递给飞轮使发动机启动。
第一节 起动机的分类与型号
一、 起动机分类
1、按总体结构不同，起动机可分为电磁式、永磁式和减速式起动机。
（1）电磁式起动机：电动机的磁场为电磁场的起动机。
（2）减速式起动机：传动机构设有减速装置的起动机。
（3）永磁式起动机：电动机的磁场由永久磁铁产生的起动机。

2、 按传动机构啮入方式不同，起动机可分为强制啮合式、电枢移动式和同轴齿轮移动式起动机。
（1） 强制啮合式起动机：利用电磁力拉动杠杆机构，使驱动齿轮强制啮入飞轮齿圈的起动机。
（2） 电枢移动式起动机：利用磁极产生的电磁力使电枢产生轴向移动，从而将驱动齿轮啮入飞轮齿圈的起动机。
（3） 同轴移动式起动机：利用电磁开关推动电枢轴孔内的啮合推杆移动，使驱动齿轮啮入飞轮齿圈的起动机。
二、 起动机的型号规格
根据中华人民共和国汽车行业标准QC/T 73-1993《汽车电气设备产品型号编制方法》规定，汽车起动机型号组成如图2-2所示：

图2-2 起动机型号的组成

各代号的含义如下：
（1） 产品代号：有QD、QDJ、QDY三种，分别表示普通电磁式起动机、减速式起动机、永磁式起动机或永磁式减速起动机。字母“Q”、“D”、“J”、“Y”分别为汉字“起”、“动”、“减”、“永”汉语拼音的第一个大写字母。
（2） 电压等级代号：用一位阿拉伯数字表示。
（3） 功率等级代号：用一位阿拉伯数字表示。
（4） 设计序号：按产品设计先后顺序，以1～2位阿拉伯数字组成。
（5） 变型代号：主要电气参数和基本结构不变的情况下，一般电气参数的变化和结构有某些改变称为变型，以汉语拼音大写字母A、B、C…顺序表示。
例如：QD1225表示额定电压为12V、功率为1~2kW，第25次设计的起动机。
第二节 电磁式起动机的结构原理
一、 直流电动机的结构特点与工作原理
（一） 直流电动机的结构特点
1． 磁极
磁极的功用是产生磁场。电磁式直流电动机的磁场为电磁场，其磁极由铁心和磁场线圈两部分组成。如图2-3所示 。

图2-3 电磁式直流电动机磁极的结构

2． 电枢
电枢的功用是产生电磁转矩，结构如图2-4所示，主要由电枢铁心、电枢线圈（电枢绕组）和换向器组成。

图2-4 起动机电枢的结构
（a） 电枢总成； （b） 换向器结构
1—电枢轴； 2—电枢绕组； 3—铁心； 4—换向器；
5—换向片； 6—轴套； 7—压环； 8—焊线凸缘

3． 电刷组件
电刷组件的功用是将直流电引入电枢绕组，结构如图2-5所示，主要由电刷、电刷架和电刷弹簧组成。

图2-5 电刷组件的结构
1—电刷弹簧； 2—电刷；3—电刷架； 4—电刷端盖

（二） 直流电动机的工作原理
电磁式起动机的磁场是由磁场线圈通电产生的电磁场，如图2-6（a）所示。如果将通电线圈放入磁场中，并使电流从B边流入、A边流出，如图2-6（b）所示，那么根据左手定则可以判定线圈的A边将向上运动，B边将向下运动。直流电动机就是根据载流导体在磁场中就会受到电磁力作用的原理而工作的，其工作过程如图2-7所示。

图2-6 通电导体在磁场中的受力方向
（a） 电磁场的产生； （b） 受力方向

图2-7 直流电动机工作原理
（a） 静止状态； （b） 顺时转动； （c） 惯性转过； （d） 顺时转动

（三） 直流电动机转矩自动调节原理
1、电压平衡方程式
反电势E的大小与磁极磁通Φ和电枢转速n成正比，即
E=CeΦn
式中Ce为电机结构常数，取决于电动机的结构。
外加在电枢上的电源电压U，一部分消耗在电枢电阻Ra上，另一部分用来平衡电动机的反电势E，即
U＝E＋IaRa
上式为电动机运转时必须满足的基本条件，称为电压平衡方程式。
2、 转矩调节过程
由电压平衡方程式可知，当负载发生变化时，电动机的转速、电流和转矩将自动发生相应的变化，以满足负载变化的需要，这就是直流电动机的转矩自动调节过程。
二、 传动装置的结构原理
起动机的传动装置由单向离合器和移动叉组成。滚柱式和弹簧式离合器主要用于功率较小的汽油发动机起动机，摩擦片式离合器可以传递较大转矩，主要用于柴油发动机起动机。起动机采用的离合器有滚柱式、弹簧式和摩擦片式三种。
三、 控制装置的结构原理
起动机的控制装置包括电磁开关、启动继电器和点火启动开关等部件，其中电磁开关与起动机制作在一起。
（一） 电磁开关
1、电磁开关结构特点
电磁开关主要由电磁铁机构和电动机开关两部分组成。电磁铁机构由固定铁心、活动铁心、吸引线圈和保持线圈等组成。
电动机开关由开关触盘和触点组成。如图2-8所示。

图2-8 电磁开关端子位置
1—“30”端子； 2—“15a”端子； 3—“50”端子； 4—“C”端子

2、电磁开关工作原理
当吸引线圈和保持线圈通电产生的磁通方向相同时，其电磁吸力便吸引活动铁心向前移动，直到推杆前端的触盘将电动机开关触点接通使电动机主电路接通为止。当吸引线圈和保持线圈通电产生的磁通方向相反时，其电磁吸力相互抵消，在复位弹簧的张力作用下，活动铁心等可移动部件自动复位，触盘与触点断开，电动机主电路切断。
（二） 启动继电器
启动继电器由电磁铁机构和触点总成组成。

第三节 起动机的工作特性
起动机的电磁转矩M、转速n、功率P与电流Ia之间的关系，称为起动机的工作特性。
一、 起动机的工作特性曲线
东风EQ1090型载货汽车用QD124型电磁式起动机的工作特性曲线如图2-9所示。由图可见：

图2-9 QD124型起动机的特性曲线

（1） 当起动机空载运行时，流过起动机的电流称为空载电流I0，起动机转速n0达到最大值。此时起动机对外尚无转矩输出，空载电流产生的转矩用于克服起动机自身的摩擦力和惯性力矩。
（2） 当起动机完全制动时，电枢电流最大（即Ia＝Imax，Imax称为制动电流，一般Imax≥600A）、转矩达到最大值（即M＝Mmax，Mmax称为制动转矩）。
（3）当电枢电流略大于制动电流的一半（Ia＝0.5Imax）时，起动机功率最大。由于起动机运转时间很短（3 ～ 5s），允许以最大功率运转，因此通常将起动机的最大功率确定为启动的额定功率。
二、 影响起动机工作特性的因素
1、 接触电阻和导线电阻的影响
2、 蓄电池容量的影响
3、 环境温度的影响

第四节 启动系统的工作过程
一、 启动发动机时启动系统工作情况
（1） 接通启动开关，启动继电器工作，电磁开关电路接通。
（2）电磁开关与传动机构工作，起动机主电路接通并启动发动机。
（3）当主电路接通时，吸引线圈被触盘短路，保持线圈继续工作。
二、 发动机启动后启动系统工作情况
（1） 断开启动开关启动继电器触点断开。
（2）吸引线圈电流改道，电动机开关断开，齿轮分离。

第五节 减速起动机的结构原理
在传动装置中设有减速装置的起动机，称为减速式起动机，简称减速起动机。减速起动机启动系统除减速装置和直流电动机磁极之外，其他零部件的结构原理与电磁式起动机启动系统基本相同。
一、 减速起动机的结构特点
为了缩小起动机的体积、减小质量和降低故障率，减速起动机一般都采用永磁磁极式直流电动机，因此，又称为永磁式减速起动机。
二、 减速起动机的优点
（1） 启动转矩增大，启动可靠性高，因此有利于低温启动；
（2） 比功率（即单位质量输出的功率）大、质量小。在输出功率相同的情况下，质量可减小25％～35％；
（3） 外部尺寸小，其总长度可缩短20％～30％。因此在汽车上所占空间可大大缩小；
（4） 减轻了蓄电池的负荷，可以相对延长蓄电池的使用寿命。
三、 减速起动机减速增扭的原理
减速起动机采用的是高速、小型、低转矩直流电动机，其转速可达15000～20000 r/min，通过减速装置降低电动机转速使输出转矩增大。减速增扭原理简要分析如下：
电动机输出功率Pi等于电枢轴输入减速装置的转矩Mi与电枢轴的角速度ωi之积，即
Pi=Miωi
减速装置输出轴上的功率Po等于减速装置输出轴上的转矩Mo与其角速度ωo之积，即
Po=Moωo
如果忽略减速装置的机械损失，则减速装置输出轴上的功率应当等于电动机输入速装置的功率，即
Po=Pi 或 Moωo=Miωi

Mo=(ωi/ωo)Mi
由齿轮传动可知，处于啮合中的两个齿轮的角速度与两齿轮的齿数成反比，即

Ωi/ωo=2πni/2πno=zo/zi 或 ωi/ωo=ni/no=zo/zi

式中zi、ni为减速装置主动齿轮的齿数与转速（即电枢轴转速）；zo、no为减速装置从动齿轮的齿数与转速。
Mo=(ni/no)Mi=(zo/zi)Mi
因为减速装置的传动比j（j＝3～5）为
j=ni/no=zo/zi

Mo＝jMi=（3～5）Mi
由此可见，减速装置输出轴上的转矩Mo为电枢轴输入减速装置转矩Mi的3～5倍，即电动机的输出功率经过减速装置减速增扭之后，转速降低了3～5倍，转矩增大了3～5倍，从而达到减速起动机减速增扭之目的。
四、 减速起动机的工作过程
（一） 启动发动机时启动系统工作情况
1、 接通启动开关，电磁开关线圈电路接通
2、 电磁开关与传动机构工作，起动机主电路接通并启动发动机
3、 当主电路接通时，吸引线圈被触盘短路，保持线圈继续工作
（二） 发动机启动后启动系统工作情况
当发动机启动后放松点火钥匙时，点火开关将自动转回一个角度并切断开关电路，此时吸引线圈电流方向将改变，其电路为：蓄电池正极→起动机“30”端子→触盘→起动机“C”端子→吸引线圈→起动机“50”端子→保持线圈→搭铁→蓄电池负极。
可见，此时吸引线圈重又通电，但其电流和磁通方向与启动时相反。由于保持线圈的电流和磁通方向并未改变，因此两个线圈产生的磁力相互抵消。在复位弹簧弹力作用下，活动铁心立即左移复位，触盘在触盘弹簧的弹力作用下迅速向左移动，使起动机主电路切断。与此同时，移动叉绕支点转动，其下端带动离合器向右移动，使驱动齿轮与飞轮齿圈分离，启动过程结束。
第六节 起动机的使用与维修（略）

第七节 起动机的试验
一、 起动机的简易试验
（一） 电磁开关的简易试验
1、 吸引动作试验
（1） 将起动机固定到虎钳上；
（2） 拆下起动机“C”端子上的磁场绕组电缆引线（永磁式起动机为正电刷引线）端子，用带夹电缆将起动机“C”端子和电磁开关壳体与蓄电池负极连接，如图2-10所示；

图2-10 吸引动作试验方法

（3） 用带夹电缆将起动机“50”端子与蓄电池正极连接时，驱动齿轮应向外移出。
如果驱动齿轮不动，说明电磁开关故障，应予修理或更换。
2、 保持动作试验
在吸引动作试验的基础上，当驱动齿轮在伸出位置时，拆下电磁开关“C”端子上的电缆夹，如图2-11所示，此时驱动齿轮应保持在伸出位置不动。

图2-11 保持动作试验方法

3、 复位动作试验
在保持动作测试的基础上，再拆下起动机壳体上的电缆夹，如图2-12所示。此时驱动齿轮应迅速复位。如驱动齿轮不能复位，说明复位弹簧失效，应更换弹簧或电磁开关总成。

图2-12 复位动作测试方法

4、 驱动齿轮端面间隙检测试验
（1）将起动机固定到虎钳上；
（2）将磁场绕组电缆引线连接到起动机“C”端子上，用带夹电缆将起动机壳体与蓄电池负极连接，如图2-13所示；

图2-13 驱动齿轮端面间隙测试方法

（3）用带夹电缆将起动机“50”端子与蓄电池正极连接时，驱动齿轮应向外移，与此同时，用游标卡尺测量驱动齿轮端面与止推垫圈之间的间隙，标准值应该为0.1~ 0.4mm。
间隙不当时，可通过调整活动铁芯连接移动叉挂钩的旋入量或旋出量进行调整。

（二） 空载性能的简易试验
测试起动机的空载性能时，先将蓄电池充足电，然后按下述方法和程序进行。
（1） 将磁场绕组引线（永磁式起动机为正电刷引线）电缆连接到电磁开关“C”端子上；
（2） 用带夹电缆将蓄电池负极与电磁开关壳体连接，将量程为0～100 A以上的直流电流表连接在蓄电池正极与电磁开关的“30”端子之间，如图2-14（a）所示；
（3） 当将“50”端子与“30”端子连接时，如图2-14（b）所示，驱动齿轮应向外伸出，起动机应平稳运转。测量电流、电压和转速等各项指标应符合空载性能指标规定。
一般说来，当蓄电池电压大于或等于115 V时，消耗电流应不超过90 A，转速不低于5 000 r/min（减速起动机不低于3 000 r/min）。

图2-14 起动机简易空载试验线路与方法
（a） 试验线路； （b） 试验方法

二、 起动机的性能试验
起动机的性能试验包括空载性能与制动性能两项试验。
1、空载性能试验
空载试验又称为空转试验，根据中华人民共和国汽车行业标准QC/R 29064-1992《汽车用启动机技术条件》规定，启动机的空载性能试验应在专用试验台上进行，试验电路如图2-15所示。试验之前，先将蓄电池充足电。

图2-15启动机试验电路

汽车启动机一般都没装在发动机侧面，将其安装在汽车上操作十分不便。为了检查启动机维修质量和减少维修工作量，修复后的启动机可固定在虎钳上，按图2-16所示连接线路进行简易的空载性能试验，主要目的是检查启动机有无机械故障。试验之前先将蓄电池充足电，试验方法如下。
（1）将磁场线圈引线电缆连接到电磁开关C”端了上；
（2）用带夹电缆将蓄电池负极与电磁开关壳体连接，将量程为0~100A以上的直流电流表连接在蓄电池正极与电磁开关的“30”端了之间；
（3）将点火开关拨到启动挡位置，待电机运转平稳后，测量电流、电压和转速等各项指标应当符合标准规定。

图2-16 启动机简易试验线路

2、制动性能试验
制动试验又称为扭矩试验，是一种锁止启动机驱动齿轮，接通电枢电流使其输出转矩的试验。根据中华人民共和国汽车行业标准QC/T 290064-1992《汽车用启动机技术条件》规定，启动机的制动性能试验应在专用试验台上进行，试验电路如图3-25所示。
试验之前，先将蓄电池充足电。试验时，将启动机固定在专用试验台上，给驱动齿轮加上负载，接通开关S,测量电源电压、启动机电流和输出转矩等指标应当符合标准规定。
启动机在使用过程中，进行制动性能试验的主要目的是检查启动机有无电气故障。如果制动转矩小、电流大，说明磁场绕组或电枢绕组有匝间短路或搭铁故障，导致产生转矩的有效线圈减少。
如果转矩和电流都小于标准值，说明主电路接触不良，如电刷与换向器接触不良或电刷弹簧压力不足等。如果在驱动齿轮锁止的情况下电枢轴仍能缓慢转动，则说明单向离合器打滑。