第三章　交流发电机的维修

第一节　了解交流发电机

一、交流发电机的功用与线路连接

1 交流发电机与电压调节器的功用

① 交流发电机由汽车发动机驱动，是汽车电器的主要电源，它在正常工作时，对除起动机以外的所有用电设备供电，并向蓄电池充电以补充蓄电池在使用中所消耗的电能。

② 调节器是一种电压调节装置，其功用是在发电机转速变化时自动调节发电机的输出电压并使其保持稳定。

2 交流发电机的安装位置

交流发电机安装在发动机的前端，由发电机V带传递动力，安装位置如图3-1所示。

3 交流发电机的线路连接

交流发电机的线路连接如图3-2所示。

二、交流发电机与电压调节器的分类

1 交流发电机的分类

（1）按总体结构分类

① 普通交流发电机　既无特殊装置，也无特殊功能和特点的汽车交流发电机，称为普通交流发电机，如图3-3所示。

② 整体式交流发电机　机体内装电子调节器的交流发电机，如上海桑塔纳等轿车用JFZ1813Z型交流发电机，如图3-4所示。

③ 带泵交流发电机　带动真空制动助力泵工作的交流发电机，如图3-5所示。

④ 无刷交流发电机　没有电刷和滑环的交流发电机，如图3-6所示。

（2）按磁场绕组搭铁方式分类

① 内搭铁式交流发电机　磁场绕组的一端经滑环和电刷在发电机端盖上搭铁的发电机，如图3-7（a）所示。

② 外搭铁式交流发电机　磁场绕组的两端均与端盖绝缘，其中一端经调节器后搭铁的发电机，如图3-7（b）所示。外搭铁式交流发电机现被广泛采用。

（3）按装用的二极管数量分类。

① 六管交流发电机　其整流器由六只硅二极管组成，这种发电机应用最为广泛。六管交流发电机电路简图如图3-8所示。

② 八管交流发电机　其整流器总成共有八只二极管，其中有两个中性点二极管，如天津夏利TJ7100微型轿车所用的JFZ1542型交流发电机。八管交流发电机电路简图如图3-9所示。

③ 九管交流发电机　其整流器总成共有九只二极管，其中有三个磁场二极管。九管交流发电机电路简图如图3-10所示。

④ 十一管交流发电机　其整流器总成共有十一只二极管，其中包括中性点二极管和磁场二极管，如桑塔纳轿车用JFZ1813Z型交流发电机。十一管交流发电机电路简图如图3-11所示。

2 电压调节器的分类与结构

（1）电压调节器的分类　交流发电机电压调节器可分为触点式电压调节器、晶体管式电压调节器和集成电路式电压调节器，如图3-12所示。三种电压调节器的基本原理都是以转速为基础，通过改变励磁电流，来维持发电机的输出电压保持恒定。

触点式电压调节器应用较早，这种调节器触点振动频率低，存在机械惯性和电磁惯性，电压调节精度低，触点易产生火花，对无线电干扰大，可靠性差，使用寿命短，现已被淘汰。随着半导体技术的发展，采用了晶体管式电压调节器。晶体管的开关频率高，且不产生火花，调节精度高，还具有重量轻、体积小、使用寿命长、可靠性高、无线电干扰小等优点。

集成电路式电压调节器除具有晶体管式电压调节器的优点外，还具有超小型的特点，安装于发电机的内部（又称内装式调节器），减少了外接线，并且冷却效果得到了改善。现广泛用于桑塔纳、奥迪等中高档车型。

（2）电压调节器的结构及外形举例

① 夏利轿车用电压调节器　图3-13所示为天津夏利轿车发电机使用的集成电路式电压调节器外形，该发电机为整体式交流发电机，调节器为内装式外搭铁型。

该调节器有6个接线端子，F、P、E三个端子用螺钉直接和发电机连接，B端子用螺母固定在发电机的输出端子B上，IG、L两个端子用导线连接到调节器的外部接线插座上。

② 桑塔纳轿车用电压调节器　该车电压调节器为集成电路式，调节器与电刷组件制成一个整体，并采用外装式结构。当电刷磨损或调节器损坏需要更换时，拆下总成部件的两个固定螺钉，即可取下总成，检修十分方便。

电压调节器与电刷组件总成如图3-14所示。两只电刷的引线分别用导电片与电压调节器电路的正极（D+）和磁场（DF）连接，主视图中右边一个安装孔用导电片与调节器电路的负极（D–）连接。当调节器发生故障时，只能更换。

三、交流发电机的构造

1 普通交流发电机的结构

普通交流发电机由前、后端盖及电刷架、电刷、硅二极管、元件板、转子、定子、风扇和带轮等组成，分解图如图3-15所示。

2 整体式交流发电机的结构

整体式交流发电机由定子、转子、整流器和端盖等组成。整体式交流发电机与普通交流发电机的不同点是在基本结构的基础上增加了电压调节器，且都采用集成电路式调节器。

整体式交流发电机结构如图3-16所示，分解图如图3-17所示。

3 交流发电机各部件的结构

（1）定子　功用是产生交流电，其结构如图3-18所示，由定子铁芯和定子绕组组成。定子铁芯由内圆带槽的环状硅钢片叠成，定子绕组为三相对称绕组，安放在定子铁芯的槽内。三相绕组的连接方法采用星形连接，绕组引线端子共有四个，三相绕组各引一个，中性点引出一个。

（2）转子　功用是产生磁场，转子主要由转子铁芯、磁场绕组、爪极和滑环（也称集电环）组成，转子的结构如图3-19所示。

① 爪极　有两块，每块上都有六个鸟嘴形磁极，两块爪极压装在转子轴上，爪极间的空腔内装有转子铁芯和磁场绕组。磁场绕组绕在铁芯上，铁芯压装在两块爪极之间的转子轴上。

② 滑环　由彼此绝缘的两个铜环组成，压装在转子轴一端并与转子轴绝缘。磁场绕组的两端分别从内侧爪极上的两个小孔中引出，其中一端焊接在滑环的内侧铜环上，另一端则穿过内侧铜环上的小孔并焊接在外侧铜环上，两铜环分别与发电机的两个电刷接触。当两个电刷与直流电源接通时，磁场绕组中便有电流流过，并产生轴向磁通，使一块爪极磁化为Ｎ极，另一块爪极磁化为S极，从而形成六对相互交错的磁极。

（3）整流器　功用是将三相绕组产生的交流电变为直流电。其整流二极管的特点是工作电流大、反向电压高。交流发电机整流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为正极管，引出电极为二极管负极的称为负极管。整流器外形如图3-20所示。

六管交流发电机的整流器上各元件的安装位置如图3-21所示。三个正二极管压装在正整流板上，三个负二极管压装在负整流板上，其中，一个正极管和一个负极管连接在一起。

十一管交流发电机的整流器上各元件的安装位置如图3-22所示（桑塔纳系列车型发电机）。发电机输出接柱端子标记为“B+”为发电机正极。发电机整流器设有十一只二极管，其中包括三只正极管，三只负极管，三只磁场二极管和两只中性点二极管。

三只正极管和中性点二极管压装在正整流板上；磁场二极管焊接在正整流板与电刷架压紧弹片之间，压紧弹片与发电机磁场电流输出端子（“D+”）相通，同时又是IC调节器的电源输入端。负极管和中性点二极管压装在负整流板上。发电机三相绕组的始端分别与正极管引线和磁场二极管的正极引线焊接在三个点，中性点引线与中性点二极管引线焊接在一点。需用电烙铁（220V/35W左右）将这些焊点焊开之后，才能对发电机进行分解或维修。

（4）端盖　前、后端盖如图3-23所示。交流发电机的前、后端盖均用铝合金铸造而成，具有重量轻、散热性好、不导磁等优点。

在发电机前端盖前安装有风扇和带轮，由发动机通过V带来驱动发电机带轮和转子转动。发电机的通风散热依靠风扇来实现。在后端盖上安装有电刷组件与调节器总成。

（5）电刷及电刷架　如图3-24所示，电刷组件由电刷、电刷架和电刷弹簧组成。电刷安装在电刷架的孔内，借弹簧张力使电刷与滑环保持良好接触。每只电刷都有一根引线，该引线直接引到电压调节器内部，从而将磁场绕组与调节器工作电路连接起来。

四、交流发电机基本工作原理

1 交流发电机发电原理

交流发电机产生交流电的基本原理是电磁感应原理，即交流发电机是利用产生磁场的转子旋转，使穿过定子绕组的磁通量发生变化，在定子绕组内产生交流感应电动势。图3-25所示为交流发电机的工作原理。

当励磁绕组有电流通过时，励磁绕组便产生磁场，转子轴上的两个爪极分别被磁化为N极和S极。当转子旋转时，磁极交替地在定子铁芯中穿过，形成一个旋转的磁场，磁力线和定子绕组之间产生相对运动，在三相绕组中产生交流感应电动势。

2 交流发电机整流原理

硅整流二极管具有单向导电性，当给硅整流二极管加上正向电压（正极电位高于负极电位）时导通，硅整流二极管呈低电阻状态；当给硅整流二极管加一反向电压（正极电位低于负极电位）时截止，硅整流二极管呈高电阻状态。利用硅整流二极管的这种单向导电性，制成了交流发电机的硅整流器，使交流电变为直流电。硅整流器实际上是一个由六只硅整流二极管组成的三相桥式整流电路，如图3-26所示。

三相桥式整流电路的整流原理如下［图3-26（a）］。

① 由于三个正极管（VD1、VD3、VD5）的正极分别接在发电机三相绕组的首端（U1、V1、W1），而它们的负极同接在元件板上，因此这三个正极管导通的条件是：在某一瞬间，哪一相的电压最高（相对其他两相来说正值最大），则该相的正极管就导通。

② 由于三个负极管（VD2、VD4、VD6）的负极也分别接在发电机三相绕组的首端，而它们的正极同接在后端盖上，所以这三个负极管的导通条件是：在某一瞬间，哪一相的电压最低（相对其他两相来说负值最大），则该相的负极管就导通。

③ 在每一瞬间，同时导通的管子只有两个，即正极管和负极管各一个。