1、知识准备,1、发电机发电机是汽车用电设备的主要电源。在汽车正常运行期间，发电机向除起动机之外的其它用电设备供电，并向蓄电池充电。,汽车上采用硅整流交流发电机，它以硅二极管为整流器，将交流电转变成直流电。具有结构简单、体积小、重量轻、功率高、工作可靠、寿命长、维修方便等特点。,汽车电器实训 第3版,书名：汽车电器实训 第3版 书号：978-7-111-49497-3 作者：徐景波 出版社：机械工业出版社,交流发电机由转子、定子、电刷与滑环机构、三相桥式整流器、轴承、风扇和前后端盖等组成。,发电机原理,发电机交流电动势的变化频率f和转速、磁极对数成正比。交流电动势的幅值是发电机转速的函数。当转速n
2、变化时，三相电动势的波形为变频率、变幅值的交流波形。,2、整流器,整流器是将交流电转换成直流电的一种装置，在车用发电机中，一般采用三相桥式整流电路作整流器。,整流原理,1.交流发电机定子的三相绕组中，感应产生的是交流电，靠六只二极管组成的三相桥式整流电路变为直流电的。 2.二极管具有单向导电性,当给二极管加上正向电压时,二极管导通, 当给二极管加上反向电压时,二极管截止。,二极管的导通原则,当三只二极管负极端相连时，正极端电位最高者导通； 当三只二极管正极端相连时，负极端电位最低者导通。,整流原理,交流发电机定子的三相绕组中，感应产生的是交流电。 是靠六只二极管组成的三相桥式整流电路变为直流电
3、的。 二极管具有单向导电性,当给二极管加上正向电压时,二极管导通, 当给二极管加上反向电压时,二极管截止,二极管的导通原则如下:,整流时二极管导通条件,对于三个正极管子（D1、D3、D5正极和定子绕组始端相联），在某瞬时，电压最高一相的正极管导通。 对于三个负极管子（D2、D4、D6负极和定子绕组始端相联），在某瞬时，电压最低一相的负极管导通。 但同时导通的管子总是两个，正、负管子各一个。,整流过程,三相桥式整流电路中二极管的依次循环导通,使得负载RL两端得到一个比较平稳的脉动直流电压。 发电机输出的直流电压平均值为：U=1.35UL=2.34U,中性点电压,中性点电压的概念（见图） 在定子绕
4、组为星形连接时，三相绕组的公共结点称为中性点，从三相绕组的中性点引一根导线到发电机外，标记为“N”。 中性点对发电机外壳（搭铁）之间的电压Un称为中性点电压，是通过三个负极管整流后得到的直流电压（即三相半波整流） 中性点电压为发电机输出电压的一半。 中性点电压的用途 中心点电压常用来控制各种用处的继电器（如磁场继电器、充电指示灯继电器等） 增大功率输出,3、集成电路式电压调节器,集成电路电压调节器具有体积小、功能强、可靠性高、结构简单、成本低等特点，目前已广泛应用于国内外的汽车上。 集成电路电压调节器由于体积小，目前都装于发电机内，成为整体式交流发电机。,3、集成电路式电压调节器,集成电路电压
5、调节器利用改变磁场电流的占空比，来改变发电机的输出电压。,发动机转速低,发动机转速高,举例：凌志LS430电源控制系统,凌志LS430电源控制系统具有电源管理功能，是利用车上原有的电控网络装置，通过车载局域网形成一个闭环控制系统。,凌志LS430电源控制系统,通过监测和控制发电机的发电量和电负荷，实现对各系统的稳定供电,电源控制 ECU,监测电池状态 内部注册 SOC (充电率) 充放电的整合电流,电流 电压 温度,暗电流控制 驻车时切断电源,发电控制 控制发电电压等,电负荷控制 限制用电零件的工作等,汽车电气设备 运行被限制,凌志LS430电源控制系统,电源ECU是测量蓄电池端电压、电解液温
6、度、蓄电池现有容量及放电电流等信息，以确定蓄电池充电电流的大小。检测出的数据与发动机ECM通过CAN串行数据线进行通讯。 发动机ECM 控制一个5 V的150 Hz固定脉冲，进行脉宽调制信号的调制，即实现0100磁场电流（磁场电流0-8A）占空比调节发电机磁场电流以实现对其输出电压的控制。,凌志LS430电源控制系统方框图,A/C ECU,仪表 ECU,制动控制 ECU,主车身 ECU,发电机,发动机 ECU (ECM),电池,电池电流传感器传感器 (带温度传感器),电源控制 ECU,电源切断继电器,前控制器,车门 ECU (前排乘员席),车门 ECU (驾驶员席),后座椅控制台开关,驾驶员座
7、椅模块开关,行驶支持 ECU,EPS ECU,悬架控制 ECU,凌志LS430电源控制系统,充电控制：电源控制ECU通过来自电池电流传感器的信号检测电池的充电状，根据充电状态计算最佳发电量，并发送充电控制信号至发动机ECU,电池电流传感器 (带电池温度传感器),发电控制 禁止不必要的发电 电量缺乏时请求提高怠速转速 允许充电控制,IC 调节器,Engine ECU (ECM),行驶状况,电流,温度,汽车电源系统由哪些组成部分？ 汽车电源充电系统常见的故障现象有那些？ 充电系统不充电的原因有那些？,EXIT,讨论问题,汽车电源系统的组成,汽车电源系统主要包括：a、发电机（整流器、调节器装在发电机
8、内） b、蓄电池 c、放电警告灯 d、点火开关 e、电流传感器 f、温度传感器、电源控制ECU等。,返回,汽车电源充电系统常见故障现象 不充电 充电电流太小 充电电流太大,返回,汽车电源充电系统发生故障原因 发电机故障 整流器故障 调节器故障 传感器故障 线路故障,返回,四、训练活动,使用示波器对汽车电源系统发电机进行电压波形测试，对照标准数据进行电压波形分析，并对结果进行分析、诊断，根据不同波形产生的故障原因，找出故障部位并排除。,4.1电压波形测试前的准备,当分析发电机的输出电压波形，蓄电池是整个电器系统中非常关键的一个参考点，为了测试充电系统是否正常，首先需要检查蓄电池 检查蓄电池的使用
9、寿命，旧的蓄电池由于不易充电，一般需要较高的充电电压。 检查电解液的充电状态，蓄电池处于亏电状态时充电系统输出电压较低。检查电解液的高度和质量，电解液太少或电解液不会要求较高的充电电压,4.2 电压波形测试,交流发电机电压波形诊断法的原理是： 根据三相交流同步发电机发电和桥式全波整流原理，结构和性能参数正常的发电机工作时，其输出电压波形具有一定的规律；当结构和性能参数发生改变（产生故障） 时， 其输出电压的波形就会发生变化，且波形变化的形式与故障部位及原因具有良好的对应关系。因此， 将实测电压波形与标准波形相比较，就可判断故障部位与原因。,交流发电机电压正常波形,二极管发生短路时的波形,二极管
10、断路或定子线圈断线时的电压波形,交流发电机各种故障时的电压波形,4.3电压波形检测,（一）蓄电池电源正极(B+)测试 通过测试蓄电池或电源供电路的电压波形，进而判断电源的完整性和使用蓄电池供电的其它电路的正常与否。 从图中可以看出，示波器上显示出一条等于蓄电池电压幅值的直线，幅值是电源的唯一的判定性尺度，供电电源应有能力给用电系统或设备提供稳定可靠的电能量。如果电压太低，试着给蓄电池充电，改变表面电荷的分布浓度，然后再测试蓄电池，或试做蓄电池负荷测试。,（二）发电机输出电压测试 正确诊断充电故障，可以避免不必要的更换蓄电池、交流发电机和连线等。可以检测任何常见的充电系统中损坏的交流发电机；蓄电
11、池、连线、连接件(接线、插座、插头、端子) 检查交流发电机和蓄电池的连接件，连接线束和插头及交流发电机皮带的磨损情况，关掉所有的负载并起动发动机。保持发动机在2500转/分钟下运转三分钟，检查交流发电机的输出电压。 发电机的输出电压应比发动机不运转的的静态蓄电池电压高出约0.5-3.0V。超过2V意味着交流发电机属于过充电状态。而小于0.5V则说明发电机没有处于充电状态。,（三）发电机输出电压/电流测试 交流发电机在保持规定的电压的同时提供充电系统所要求电流的能力。 分析结果表明，发电机的输出电流根据电器系统的需要而有所不同。当大负载电器运行时，发电机的输出电流会增大的，检查被测试发电机的最大
12、电流能力，可以在发电机外壳上找到壳上的额定电流值或查看汽车制造商的维修资料。如果交流发电机不能使蓄电池充足电，发动机在2500转/分钟的用蓄电池负载试验仪给蓄电池增加负载，调节器根据负载的变化而增加输出电流，如果输出电流没有增加，说明充电系统有故障。,（四）发电机二极管测试 点火开关打开，发动机不运转，将空调或加热鼓风机开至高档，起动雨刷和后除雾器约3分钟，这就除去了蓄电池的表面电荷并使得发电机调节器全励磁或电荷充分放出 如果发电机的二极管是好的，示波器就会显示出一串背靠背的小山装形，这一串“小山”滚动波形高度大致相等且无间断的平滑波形。 当交流发电机对蓄电池充电时，通常在左侧的“小山”波形中
13、会尖锐起来，这是因为发电机调节器通过改变磁场电路来降低发电机的负载的结果。,（五）发电机磁场控制测试 如果激磁控制电路出现了故障，充电系统或充电过多或亏电，或者造成其它故障。 当分析交流发电机激磁控制，需检查交流发电机、蓄电池连线、电缆和接头，检查发电机皮带是否松动或磨损，起动发动机并在2500转/分钟下运转，打开大灯或其它电器设备，改变汽车电器系统负载。 充电系统调节器根据电器系统的需要改变改变磁场电流的占空比，来改变发电机的输出电压,（六）传感器参考电压测试 传感器根据各种不同的条件产生输出信号，检查传感器正常工作时所需要电压的质量和数值，相对慢的时基500毫秒/格可以将故障波形点显示在屏
14、幕上。 如果波形异常，检查传感器、线路或传感器电源参考电压。 （七）串行数据流测试 CAN用一两根线路或一路光纤来连接大量的汽车控制电脑。随车诊断系统(OBD)用串行数据与扫描器通讯 看到一串变化宽度的脉冲出现在示波器上，就定位波形。,EXIT,4.3交流发电机的整机测试,1.测量各接线柱之间的电阻 （1）测量发电机的输出端子B+和搭铁端E之间的阻值（壳体或搭铁接线柱）。通过测量可以判断交流发电机整流器是否有故障，如有故障应将发电机解体进一步检测。 （2）测量发电机正电刷F接线柱和负电刷E之间的阻值，通过测量各接线柱之间的阻值，不能确定交流发电机是否有无故障时，应进行试验台试验。,2.测量发电
15、机磁场绕组,磁场绕组电阻一般为3-5。 当绕组断路时，用200W/220V电烙铁焊接。 指针式表置R1挡，数字式表置OHM200挡位,3.测量发电机定子绕组,定子绕组电阻一般为0.2-0.8。 转子与定子间气隙不超过1.0mm. 当绕组断路时，用50W/220V电烙铁焊,4.测量整流器,二极管检测：万用表置于“”档的R1位置或二极管检测档。用万用表的两个表笔分别接在被测二极管的两极上检测，然后交换两表笔的位置再检测。若两次测得阻值为一大一小，则二极管正常；否则为短路或断路。 整流器检测：检测正极管和正极型中性点二极管时，先将万用表（R1挡）红表笔接正整流板，黑表笔分别接二极管电极引线端，万用表
16、均应导通。 检测负极管和负极型中性点二极管时，先将万用表黑表笔接负整流板，红表笔分别接负极管引线端，万用表均应导通。,故障排除时必须牢记的要点当电池电量低时，该系统限制一些电气系统的工作。因此，在进行这些系统的故障排除前检查或询问客户是否有“限制电气设备工作”的信息显示。,车辆来到维修店,后窗除雾器有时不工作,没有显示,是否有 “限制电气设备工作” 显示?,车辆来到维修店,检查电池电压和DATA LIST 中关于电源控制系统的内容,进行各系统的检查流程,没显示,5.2 发电机充电故障分析,一、不充电不充电的可能原因有： 连接导线断路、短路、连接处松动等。 发电机损坏。如转子或定子绕组短路或断路
17、、电刷磨损、硅整流二极管损坏等 调节器损坏或电压值太低。 二、过充电过充电引起蓄电池寿命缩短，主要原因是调节器电压值太高。,充电不足的可能原因有： 连接导线有轻微的短路、连接点松动或接触不良等。 发电机故障。如转子或定子绕组层间短路、电刷磨损或弹簧弹力不足、硅整流二极管不良或个别二极管开路、皮带过松等。 调节器电压值调整不当（太低）。 电源控制ECU有故障,EXIT,蓄电池电压波形分析,发电机输出电压,发电机电流/电压波形,整流二极管测试波形,发电机磁场测试波形,反回,传感器参考电压波形,反回,串行通信波形分析,反回,2.1 现代轿车电源系统的组成,4、汽车电器与电路读识及故障诊断思路在进行汽
18、车电路检修前，必须熟读该车的维修手册，读识该车的全车线路图，了解其结构，应用合理的检修程序，并使用合适的工具，才能收到事半功倍的效果。汽车电气电路出现故障时，一般先要搞清楚故障的症状以及伴随出现的现象，判明故障所在的局部电路，然后再对该局部电路进行检验，查明故障所在部位，予以排除。故障诊断流程如下：,4捷达轿车发电机就车检查发电机还可以在汽车上进行试验。将蓄电池搭铁线暂时拆下，把一块0 40 A的电流表串接到发电机火线B接线柱与火线原接线之间，再把一块0 50 V的电压表接到“B”与“E”之间，再恢复蓄电池的搭铁线，以保证操作安全。起动机起动发动机，并提高转速，当发电机转速为2 500 r/m
19、in时，电压应在14 V或28 V以上，电流应为10 A左右。此时打开前照灯、雨刮器等负荷，电流应为20 A左右，表明发电机工作正常。,5电源系统故障诊断与排除 （1）蓄电池故障的诊断蓄电池的工作情况可以通过放电计或万用表通过蓄电池的放电电压来判断。用万用表在起动状态下就车测量蓄电池的放电电压，如果电压小于7.5V应予更换。放电计可以直接测量放电电压。 一般蓄电池的寿命为2年左右，免维护蓄电池稍长，当经常出现冷启动困难，同时放电电压低于规定值，应及时更换蓄电池。更换后的蓄电池应由专业部门进行回收，不可随意丢弃，防止环境污染。,5电源系统故障诊断与排除,（2）充电系统不充电（充电指示灯常亮）故障诊断 1）故障现象 当充电系统正常时，发动机怠速或转速升高到比怠速转速稍高发电机输出电压即可达到调节电压并对蓄电池充电。若发电机中速运转时，电流表仍指示放电或充电指示灯仍然发亮，则说明充电系统不充电。 2）故障原因 交流发电机驱动带过松；充电系统线路故障；发电机故障；电子调节器故障。 3）故障诊断与排除 检查交流发电机驱动带轮与发动机曲轴驱动带轮之间的驱动带挠度是否符合规定。方法是在驱动带上施加100N的力下：新驱动带挠度为57 mm；旧驱动带挠度为1014 mm。如挠度过大应进行调整或更换驱动带。 检查交流发电机，检查电压调节器及线路。,
