《充电系结构》PPT课件

充电系结构第一节、充电系的组成及其功用1．发电机：汽车的主要电源。向起动系以外的所有系供电并向蓄电池充电。2．电压调节器：发电机由发动机经皮带驱动旋转。发动机转速变化时，发电机输出电压即变化，电压调节器保持发电机在转速和负荷变化时输出电压稳定。3．充电状态指示装置：充电指示灯或电流表电压表，指示蓄电池处于充电还是放电。第二节交流电压的工作原理一．发电机原理发电机转子的磁场绕组中有电流通过，产生磁场；发电机的三相定子绕组按一定规律分布在发电机的定子槽中，彼此相差120°的交流电动势的电位角，发电机转子由发动机通过传动带旋转时，定子绕组就会切割转子磁力线进而产生频率相同、幅值相等、相位互差120o的交流电动势二．整流原理：在三相桥式全被整流电路中，三个正二极管（引线为正）的负极通过元件板连在一起，它们的正极分别与三相绕组的首端相连。这三只正极管的导通条件是：在某一瞬间，哪一相绕组的电压最高，则与该相绕组相连的正二极管导通。三个负二极管（引线为负）的负极与三相绕组的首端的相连，其负极通过元件板或端盖连在一起。这三只负管的导通条件是：在某一瞬间，哪一相绕组的电压最低，则与该相绕组相连的负二极管导通。在硅整流发电机运转过程的每一个时间区间，总是一相绕组电压最高，一相绕组电压最低，整流器的六只整流二极管中，始终保持有两个管子（一正一负）导通，负载两端得到的是两相绕组间的线电压。第三节硅整流发电机的构造　交流发电机的基本构造转子定子整流器端盖一．转子：①功用：产生磁场②组成：磁扼，磁场绕组。爪级（共两块，每块上都有6个鸟嘴形磁级，一块爪极磁化为N极，另一块爪极磁化为S极。两爪极压装在转子轴上，两爪极间的空腔内装有磁扼和磁场绕组）。集电环（由两个彼此绝缘的铜环组成），磁场绕组的两端分别与集电环相连。发电机的电刷与两集电环相接触，引入励磁电流给转子绕组。与集电环接触的两电刷分别接在发电机外部的两接柱上，成为发电机的“磁场或F”接线柱和“搭铁或一”接线柱。③励磁方式：　　a．他励：硅整流发电机磁极尺寸小，存留的剩磁很弱，在发电机低速时仅靠剩磁产生的电动势（＜0.6v,并不能使二极管导通,不能及时向蓄电池充电。因此在发电机低速，发电机电压低于蓄电池电压时，采用他励供电，（即励磁电流由蓄电池供给），使发电机很快建立磁场，电压迅速升高。　　b．自励：当发电机电压略高于蓄电池电压时，发电机向蓄电池充电，同时向自身励磁绕组提供励磁电流。④无刷式发电机转子：　　励磁绕组装在电机中部的磁扼托架上，固定于发电机后端盖上，工作中，尽管磁极转动，励磁绕组并不转动，因此励磁绕组的两端可直接引到发电机端盖的接线端子上，从而省去集电环和电刷。两个爪极中，只有一个爪极固定在转子上，另一爪极用非导磁材料将其与轴上爪极固定在一起。固定两爪极的常用方法有：用非导磁连接环固定，用铜焊接。 二．定子：（又称电枢）①．功用：产生交流电即相当于电源。②．组成：定子铁心和定子绕组组成。定子铁心由内圆带槽的环状硅钢片叠成，定子绕组为三相对称绕组，安放在定子铁心的槽内。三相绕组的接法有星形联结（即每相绕组的首端分别与整流器相连，每相绕组的尾端接在一起，如：车用发电机定子）和三角形联结。（即每相绕组首尾相连成“△”形，如：神龙富康轿车用发电机定子）三．整流器：①．功用：把定子绕组产生的三相交流电变为直流电输出②．组成：整流器一般由六个硅二极管和负二极管组成；分正二极管和负二极管两种。　　正二极管的中心引线为二极管正极，外壳为负极，管底多标红色标记。正二极管的外壳压装或焊装在元件板上，共同组成发电机的正极，由一个与后端盖绝缘的元件板固定螺栓通至机壳外，成为发电机的“电枢”柱（也叫“B”或“+”）。负二极管的中心引线为负极，外壳为正极，管底有黑色标记。三个负二极管的外壳压装或焊接在另一元件板上或后端盖上，和发电机外壳一起成为发电机的负极。整流器实物四．端盖：　　前、后端盖均用铝合金铸造而成（防漏磁）。在后端盖上装有电刷组件（由电刷、电刷架、电刷弹簧组成）。　　交流发电机的搭铁型式有内搭铁和外搭铁之分，磁场绕组的一端经电刷在发电机端盖上搭铁称为内搭铁。磁场绕组的两端均与端盖绝缘，其中一端经调节器后搭铁称为外搭铁。　　发电机前端盖之间装有传动带轮，有发动机通过传动带驱动带轮和转子转动。　　发电机的通风散热是靠风扇来完成，（由铝合金或钢板冲压而成）发电机有1~2个风扇，对于只有一个风扇的发电机，风扇均装于前端盖与带轮之间；对于有两个风扇的发电机，有的是在转子爪极两侧各焊装一个，有的是一个风扇装于前端盖与皮带轮之间，另一个风扇装在后端盖与转子爪极之间。由于交流发电机的转子是由发动机通过皮带驱动旋转的，且发动机和交流发电机的速比为1．7～3，因此交流发电机转子的转速变化范围非常大，这样将引起发电机的输出电压发生较大变化，无法满足汽车用电设备的工作要求。为了满足用电设备恒定电压的要求，交流发电机必须配用电压调节器，使其输出电压在发动机所有工况下基本保持恒定。一、电压调节器的分类　1．交流发电机电压调节器按工作原理可分为：（1）触点式电压调节器　　触点式电压调节器应用较早，这种调节器触点振动频率慢，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，寿命短，现已被淘汰。（2）晶体管调节器　　随着半导体技术的发展，采用了晶体管调节器。其优点是：三极管的开关频率高，且不产生火花，调节精度高，还具有重量轻、体积小、寿命长、可靠性高、电波干扰小等优点，现广泛应用于东风、解放及多种中低档车型。（3）集成电路调节器　　集成电路调节器除具有晶体管调节器的优点外，还具有超小型，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，现广泛应用于桑塔纳。奥迪等多种轿车车型上。（4）电脑控制调节器　　电脑控制调节器是现在轿车采用的一种新型调节器，由电负载检测仪测量系统总负载后，向发电机电脑发送信号，然后由发动机电脑控制发电机电压调节器，适时地接通和断开磁场电路，即能可靠地保证电器系统正常工作，使蓄电池充电充足，又能减轻发动机负荷，提高燃料经济性。如上海别克、广州本田等轿车发电机上使用了这种调节器。2．电子调节器按所匹配的交流发电机搭铁型式可分为：（1）内搭铁型调节器：适合于与内搭铁型交流发电机所匹配的电子调节器称为内搭铁型调节器；（2）外搭铁型调节器：适合于与外搭铁型交流发电机所匹配的电子调节器称为外搭铁型调节器。二、电压调节器的调压原理由交流发电机的工作原理我们知道，交流发电机的三相绕组产生的相电动势的有效值　　　　　Eφ==CeФn（V）　这里Ce为发电机的结构常数，n为转子转速，Ф为转子的磁极磁通，也就是说交流发电机所产生的感应电动势与转子转速和磁极磁通成正比。根据表达式可知：当转速升高时，Eφ增大，输出端电压UB升高，当转速升高到一定值时（空载转速以上），输出端电压达到极限，要想使发电机的输出电压UB不再随转速的升高而上升，只能通过减小磁通Ф来实现。又磁极磁通Ф与励磁电流If成正比，减小磁通Ф也就是减小励磁电流If。流发电机调节器的工作原理是：当交流发电机的转速升高时，调节器通过减小发电机的励磁电流If来减小磁通Ф，使发电机的输出电压UB保持不变。三、电子调节器结构与工作原理电子调节器有多种型式，其电路个不相同，但一般采用整体封装型式，不可拆卸，不能维修，只能整体更换。　1．外搭铁型电子调节器的基本电路晶体管调节器又称为电子调节器，图2－29所示为外搭铁型电子调节器的基本电路：基本电路是由三只电阻R1、R2、R3，两只三极管VT1、VT2，一只稳压二极管VS和一只二极管VD组成。电阻R3既是VT1的分压电阻，又是VT2的负载电阻　　电阻R1和R2组成一个分压器，分压器R1、R2两端的电压为发电机电压UB，R1上得分压为：　　VT2是大功率三极管（NPN型），和发电机的磁场绕组串联，起开关作用，用来接通与切断发电机的励磁电路；　　VT1是小功率三极管（NPN型），用来放大控制信号；　　VD是续流二极管；磁场绕组由接通转为断开状态时（F端为+，B端为－），经二极管VD构成放电回路，防止三极管VT2被击穿损坏　　稳压管VS是感受元件，串联在VT1的基极电路中，并通过VT1的发射结并联于分压电阻R1的两端，以感受发电机的输出电压；UR1电压加在稳压管VS上，R1的阻值是这样确定的,当发电机输出电压UB达到规定的调整值时（如桑塔纳为13．5—14．SV），UR1电压正好等于稳压管VS的反向击穿电压。2．外搭铁式电子节器的工作原理磁场绕组电路为：　　蓄电池正极→磁场绕组→调节器Ｆ接柱→三极管VT2→调节器Ｅ接柱→搭铁→蓄电池负极。　　发电机电压随转速升高而升高。发电机他励(2)发电机电压虽然升高,但如果蓄电池电动势＜发电机输出电压UB<调节上限时,VT1继续截止，VT2继续导通，发电机自励且开始对外供电。磁场绕组电路为：发电机正极→磁场绕组→调节器Ｆ接柱→三极管VT2→调节器Ｅ→搭铁→发电机负极。发电机电压随转速升高而继续升高。(3)当发电机电压升高到等于调节上限U2时，调节器开始工作。　　电阻R1、R2分压，UR1=UVS+Ube1，VS导通，VT1导通，VT2截止，磁场电路被切断，发电机输出电压迅速下降。　　当发电机电压下降到等于调节下限U1时　　电阻R1、R2分压减小，当UR1＜UW+Ube1，VS截止，VT1截止，VT2重新导通，磁场电路重新被接通，发电机电压上升。发电机电压升到调节上限时，VT2就截止，磁场电路被切断，输出电压下降；降到等于调节下限U1时，磁场电路被接通，发电机电压上升，周而复始，发电机输出电压被控制在一定范围内。　　配装电子调节器的发电机的输出电压上限U2和下限U1的差值很小，所以发电机的输出电压波动非常小，再加上电容的滤波，所以发电机的输出电压很稳定。　2．集成电路调节器集成电路调节器也叫IC调节器，是根据使用要求，将电路中的若干元件集成在同一基片上，制成一个独立的电子芯片。集成电路调节器装于发电机内部，构成整体式交流发电机。发电机外部有2个或3个接线柱。集成电路调节器的工作原理与晶体管调节器的工作原理完全一样，都通过稳压管感应发电机的输出电压信号，利用三极管的开关特性控制发电机的励磁电流，使发电机的输出电压保持恒定。工作特点：分压器R1、R2从发电机输出端（D+端）得到电压，稳压管VS上的电压与发电机的输出电压成正比，所以该电路称为发电机电压检测电路（检测点在发电机上）。发电机电压检测电路的优点：发电机到检测电路距离近，可不用导线连接，直接接在发电机输出端，连接可靠，不致使检测电路检测不到信号。　　发电机电压检测电路的缺点：当发电机到蓄电池之间连接电阻大时，蓄电池充电电压会偏低，使蓄电池充电不足。　②蓄电池电压检测电路检测方法：分压器R1、R2从蓄电池输出端得到电压，稳压管VS上的电压和蓄电池端电压成正比，所以该电路称为蓄电池电压检测电路（检测点在蓄电池上）。蓄电池电压检测电路优点：直接检测蓄电池端电压来控制发电机的输出，可使蓄电池的充电电压有保证。　蓄电池电压检测电路的缺点：当蓄电池和发电机之间的连接不可靠时，会使发电机失控。2）集成电路调节器应用举例　　图2－33a所示为天津夏利轿车发电机使用的集成电路调节器外形图，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端用螺母固定在发电机的输出端子“B”上，IG、L两个端子佣金属线引到调节器的外部接线插座上。①磁场电流控制：VT2是大功率三极管，和磁场串联，由集成片IC控制VT2的导通和截止，从而控制磁场电路通断，使发电机电压得到控制。　　②充电指示灯：充电指示灯串接在VT1集电极上，VT1导通充电指示灯亮，VT1截止充电指示灯熄灭。在集成片IC中有控制VT1导通和截止的电路，控制信号由p点提供，p点提供的是发电机单相电压的交流信号，其信号幅值大小可反映发电机输出电压高低。当发电机输出电压低于蓄电池电压时，IC中控制电路使VT1导通，充电指示灯亮，当发电机输出电压高于蓄电池电压时，IC中控制电路使VT1截止，充电指示熄灭3．发动机电脑控制的调节器广州本田雅阁轿车直列4缸发动机配用的发电机调节器电路图，发电机整流器为八管。调节器为内装式外搭铁型，由发电机电脑控制。　　在汽车电路中有一个负载检测仪，检测电路中总电流负载大小，送信号导电脑，调节器C接线端子送发电机电压信号到电脑，电脑根据这两个信号判断磁场电路应该接通还是断开，输出控制信号到FR端子，驱动调节器的控制电路，适时地接通和断开磁场绕组电路，以此控制发电机的输出电压。发动机电脑控制的调节器BCIGLFRC是输入信号，改变调节点电压的；FR是输出信号，反应负载大小的。美国发电机的调节器的接口，“PLFS”这四个字母代表P=PHASEL=LIGHTF=FEEDBACKS=SENSE F即在正电刷与F之间连个电阻，反应负载大小的频率信号