硅整流发电机与调节器

第四章硅整流发电机及调节器
汽车充电系由蓄电池、发电机、调节器及充电状态指示装置组成，如图4—1所示。

发电机作为汽车运行中的主电源，担负着向起动系之外所有用电设备供电和向蓄电池充电的任务。

由于发电机是由发动机经传动带驱动旋转的，当发动机转速变化时，发电机输出电压是变化的。

为满足汽车用电设备用电及向蓄电池充电的恒定电压要求，充电系设有电压调节器。

电压调节通过调节发电机的励磁电流，保持发电机在转速和负荷变化时输出电压稳定。

充电状态指示装置用于指示充电系统的工作情况，指示蓄电池是处于充电还是处于放电状态。

1．发电机
汽车用发电机又称硅整流发电机，其结构形式多种多样。

柴油机配用的发电机常带有真空系，称带泵型发电机；若调节器置于发电机，则称整体式发电机；
按整流二极管的多少来分，到有六份、八管、九管、十一管发电机；按励磁绕组搭铁方式不同，又分搭铁式和外搭铁式两种。

2．调节器
调节器在结构上分触点振动式和电子式两种。

电子式调节器包括晶体管式和集成电路式两种。

当调节器置于发电机部时，常称装式调节器。

若调节器除控制发电机电压外，兼备控制充电指示灯、过电压保护、充电系统故阵指示灯等功能，则称为多功能调节器。

3．充电状态指示装里
汽车充电系统充电指示装置如图4—2 所示，常用的是充电指示灯，个别车型采用电流表（如BJ2020汽车）或电压表（如切诺基汽车），有的是电流表和指示灯共用《如CA1092、EQ1092载货汽车）。

（汽车发电机上的真空泵
真空泵，顾名思义就是产生真空用的。

一般的小轿车都是液压助力刹车，而通常卡车或大客车都是汽动助力刹车。

真空泵的作用就是产生负压，从而增加制动力。

汽车发电机的真空泵一般都是油泵，也就是真空泵芯跟发电机的轴是一起转动的，通过不断的吸油、抽油，是真空泵泵客产生负压，也就是真空。

真空泵的主要参数是： 1、真空罐容积 2、不同转速下的真空度 3、不同转速下的排气时间 4、不同转速下的油压和油温 5、在0转速时真空度下降值根据上面的主要参数指标，可以采用一些如转速表（测速度）、气压表（测真空度）、液压表（测油压）、秒表（测时间），温度计（测温度）等进行测量。

）
（P69）
图4 一2 充电状态指示装置
第一节硅整流发电机的构造
一、硅整流发电拟整体结构
硅整流发电机由一台三相同步交流发电机及一套硅二极管整流器两大部分组成（图4—3）
主要部件有：转子、定子、整流器、前后端益、风扇、皮带轮等。

带泵型发电机还有真空泵，整体式发电机还有装式集成电路调节器。

典型硅整流发电机的解体如下：
l）普通硅整流发电机
JR522A 发电机解体顺序如下（图4—4 )：
①拆下电剧架紧固银钉，取出电剧架组件。

②拆下接线往．母，防护革固定裸钉，取下防护革。

③做好前后端盖对位记号，拆下前后端益连接娜栓，使装有转子的前端盖与装有定子
的后端班分离。

④将转子夹持在台虎钳（钳口应垫软金属板）上，拆下皮带轮爪固绿母，取下皮带轮、
风扇、隔圈、半圈键，使转子与前端盖分离。

⑤拆下前轴承益，取出前轴承。

⑤拆下前轴承益，取出前轴承。

⑥拆下整流器组件上的定子统组线端的连接螺母及中性抽头线端的连接螺母，使定子
与整流器组件分离，取出定子总成。

⑦拆下后端盖上峨固整流器组件的螺栓及电枢接线柱的紧固级母，取下整流器组件。

2）整体式发电机
桑塔纳JFZ1913z 硅整流发电机解体顺序如下（图4 一5 ) ：
①拆下接线柱固定级母，拆下防护罩防护螺钉，取下防护罩。

②拆下电剧架固定螺钉，拔出电刷架接线端子，取下电刷架。

③拔下电容器引线，拆下电容器固定螺钉，取下电容器。

④用电烙铁熔开定子线头与元件板的四个焊接点。

拆下整流器组件固定螺钉，取下整流器组件，取下整流器组件与后端盖之间的绝缘垫片。

(P70)
图4—5 FZ1913Z 发电机结构
⑤做好前后端盖对位记号，拆下前后端益的连接螺栓，使装有转子的前端盖与定子及后端盖分离。

（P71）
⑥将转子夹持在台虎钳（柑口应垫软金属板）上，拆下皮带轮固定螺母，取下皮带轮、风扇、前端盖及转子。

3）小型高速硅整流发电机
夏利轿车用JFZ1542 型小型高速发电机解体顺序（图4 一6 ) ：
图4—6 JFZ1542型小型高速发电机结构（夏利）
①拆下B接线柱螺母及绝缘套，拆下防护益螺钉，取下防护罩。

②拆下电尉架总成上的两个螺钉及电压调节器总成上的三个螺钉。

取下电翩架调节器
总成：
③取下皮带轮固定螺母，取下皮带轮。

④做好前后端盖对位记号，旋出前后端盆连援耳栓上的绿母，将前后端盖及定子分离。

⑤从前端盖上取下转子。

二、硅整流发电机主要部件
1．转子
普通硅整流发电机转子由转子轴、励磁绕组、铁心、爪形磁极、集电环等组成，如图4一7所示，由低碳钢制成的两块六爪磁极压装在转子轴上，腔装有导磁用的铁心（也称磁轭）。

铁心上绕有励磁绕组，励磁绕组的两根引线分别焊在两个压装在轴上与轴绝缘的集电环上。

集电环与装在后端盖的两个电别相接触。

两个电刷通过引线分别接在两个螺钉接线柱上。

这两个接线柱即为发电机的“F”（磁场）接线柱和“一”（搭铁）接线柱。

当这两个接线柱与直流电源相接时，便有电流流过励磁绕组，从而产生了十二极磁场。

（P72）
无刷式硅镇流发电机转子的励磁绕组是静止的，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。

无刷式硅整流发电机的结构如图4 一8 所示，其特点是励磁绕组装在电机中郊的磁辘托架上，磁扼托架用螺栓固定在发电机后端盖七。

这样，尽管磁极转动，励磁绕组并不转动。

两爪极中，只有一爪极直接固定在转子轴L ，另一爪极用非导磁材料将其与轴上爪极固定在一起。

当皮带轮带动转子轴旋转时，轴上爪极就带动另一爪极一同在定子转动。

固定两爪极的常用方法有：用非导磁连接环固定、用铜焊接。

无刷硅整流发电机突出优点是结构简单、维护方便、工作可靠。

缺点是两块爪极间的连接工艺困难，此外山于主磁路中多r 两个附加气隙，增加了磁场的损耗，所以在输出功率相同的情况下．励磁绕组的励磁电流比有刷式要大些。

图4—7 有刷式发电机转子
图4—8 无刷式发电机转子
2．定子
定子也称“电枢”，由定子铁心和定子绕组组成。

定子铁芯合由相互绝缘的圆带嵌线槽的圈环状硅钢片叠成。

嵌线槽嵌入三相对称的定子绕组。

绕组的接法有星形、三角形两种方式，如图4—9所示。

一般硅整流发电机都采用星形连接，即每相绕组的首端分别与整流器的硅二极管相接，每相烧组的尾端接在一起，形成中性点（N ）。

神龙，康轿车、切诺基轿车用的硅整流发电机定子绕组期采用三角形连接。

3．整流器
整流器的作用是把三相同步交流发电机产生的三相交流电转换成直流电输出，它一般用六个硅二极管接成三相桥式全波整流电路。

有些硅整流发电机还有小功率肠磁二极管和中性点二极管。

硅整流发电机用整流二极管分正极二极管和负极二极管两种。

正极二极管的中心引线为二极管的正极，外壳为负极，管壳底部一般标有红色标记。

正极二极管的外壳压装成焊装在元件板上，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”接线柱以B（或“+”）。

负极二极管的中心引线为二极管的负极，外壳为正极，管壳底部一般有黑色标记。

三个负极管的外壳压装或焊接在另一元件板上（有些压装在后端盖的三个孔），和发电机外壳一起成为发电机的负极，图4—10 为大功率整流二极管的封装示意图。

有些硅整流发电机的整流器采用九只二极管，增加的三只小功率二极，专门用来供给励磁电流，这样可以提高发电机的电压调节精度。

励磁二极管，还可以控制充电指示灯。

（P73）
图4—10 大功率二极管的安装
还有些发电机为了利用中性点电压，提高发电机输出功率，增加了两只大功率中性点二极管。

中性点二极管对中性点电压进行整流，并汇入了发电机的输出端。

同时具备上述两种功能的发电机整流器共有十一只硅二极管，图4 一11 为六管机电路图及标准符号。

汽车硅整流发电机用二极管与其它二极管工作原理基本相同，但外形结构都与一般二极管有所不同，图4 - 10是目前常用的压装及焊接型大功率二极管外形。

图4—12 是小功率励磁二极管及中性点二极管的外形，小功率二极管常见有圆柱形、豆形、焊装型、压装型及组合形多种。

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整流器组件的外形分长方形（如JF13系列硅整流发电机）、马蹄形（如夏利轿车用硅整流发电机）、半圈形（如CA1091型汽车用JF1522A 型硅整流发电机）和圈形（如丰田TOYOTA 汽车硅整流发电机）等多种，如图4一13所示。

整流器组件属易损件，可单独更换。

目4—13 整流器组件的形状
4．前后端盖
硅整流发电机的前、后端盖均用铝合金铸造而成。

铝合金为非导磁材料，可以减少漏磁，另外它还有质量轻、散热性能好的优点。

在后端盖上装有电刷组件，电刷组件由电剧、电剧架和电刷弹簧组成，如图4一14所示。

电刷是用铜粉和石墨粉模压而成，电刷架用酚醛玻璃纤维塑料模压而成。

电刷安装在电刷架的孔，借弹簧力使电刷与集电环保持良好接触。

电刷组件的安装形式有外装式和装式两种，图4一14所示的电刷组件即为外装式结构，其电刷的拆装和更换在电机外部即可进行，拆装检修十分方便，因此被普遭采用。

装式电刷组件的电刷拆装是在电机部进行的，由于拆装不便，因此已很少采用。

硅整流发电机的搭铁形式有搭铁和外搭铁之分．励磁绕组的一端在发电机端盖上搭铁称为搭铁，该发电机称为搭铁式硅整流发电机，如图4一15a所示；励磁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，该发电机称为外搭铁式硅整流发电机，如图4 - 15b 所示。

图4—14 外装式电刷组件
图4—15 励磁绕组的搭铁方式
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5．风扇
发电机的通风散热是靠风扇来完成的，风扇用铝合金制成或用钢板冲压而成，如图4一16所示。

对于只有一个风扇的发电机，其风扇均装在前端盖与带轮之间；对于有两个风扇的发电机，其风扇的安装形式有两种，一种是在前后端盖的转子爪极两侧各焊装一个，如丰田MS122型轿车用ID12V1E5型和夏利轿车用JFZ1542型硅整流发电机；另一种是一个装在前端盖与带轮之间，一个装在后端盖与转子爪极之间，如切诺基汽车用硅整流发电机。

在前、后端盖上侧有通风口，当带轮和风扇一起转动时，空气便从进风口流入，经发电机部再从出
风口流出，由此便将部热量带出，达到散热目的。

图4—16 发电机的通风
6．皮带轮
皮带轮通常用铸铁或铝合金制成，也有的用薄钢板卷压制成，分单槽、双槽和多楔形槽三种，利用半圆健装在风扇外侧的转轴上，再用弹簧垫片和螺母紧固。

7．真空泵
带真空泵式硅整流发电机结构如图4—17所示，把发电机的轴与真空泵的轴联成一个整体。

真空泵为叶片转子式，真空系的吸气口通过软管连接汽车液压制动系统的真空助力器上，其作用是吸出真空简的空气，使其变为真空。

发电机转动时，真空泵按图示旋转方向转动，由于各叶片间的空间变化，就能把空气由进
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气口吸入并送到排气口，将与进气口联通的真空助力器的真空简抽成真空。

真空泵的润滑是由泵盏的进油口供给的，来自发动机润滑系的一部分润滑油进入泵，循环到各个运动部件，最后随空气从排气口排到发动机油底壳中。

三、硅挂流发电饥型号
根据我国汽车行业标准QC/T73—93《汽车电气设备产品型号编制方法》的规定，汽车硅整流发电机的型号组成如下：
1．产品代号
硅整流发电机的产品代号有JF、JFZ、JFB和JFW四种，分别表示硅整流发电机、整体式硅整流发电机，带泵硅整流发电机和无刷硅整流发电机（字母“J ”、“F ”、“Z ”、“B”和“W ”分别为“交”、“发”、“整”、“泵”和“无”字的汉语拼音第一个大写字母）。

2．电压等级代号和电流等级代号
分别用一位阿拉伯数字表示，其含义分别见表4—1 、表4一2。

电压等级代号表4 一l
3．设计序号
按产品设计先后顺序，由1 一2 位阿拉伯数字组成。

4．变形代号
硅整流发电机以调整有位置作为变形代号。

从驱动端看，在中间不加标记书在右边时用Y 表示；在左边时用Z 表示。

例如：桑塔纳、奥迪100 型轿车用JFZ1913Z型硅整流发电机是电压等级为12V 、电流等级为≧90A、第13次设计，调整臂在左边的整体式硅整流发电机。

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第二节硅整流发电机的工作原理与特性
一、三相同步交流发电机工作原理
1．发电原理
在图4—18 所示三相同步交流发电机的工作原理图中，当发电机转子总成由发动机通过传动带驱动旋转时，由于磁场绕组中有电流通过，产生了磁场，使转子轴上的两块爪形磁极磁化，一块为N 极，一块为S 极。

当转子旋转时，磁极交替地在定子铁心间穿过，形成一个旋转的磁场，它与固定不动的三相定子绕组之间产生相对运动，三相定子绕组中产生了三相交流电动势，各相电动势的频率相同、幅值相等、相位互差1200（电角度）。

转子磁极呈鸟嘴形，可使三相定子绕组感应的电动势近似于正弦曲线的波形，如图4一20b所示。

交流发电机每相绕组的电动势有效值E 与发电机结构常数C 、转子转速n 及磁极磁通Φ必成正比。

即：Φ
E
=Cn
2．励磁方式
硅整流发电机在不接外电源时，本身也能自励（即磁场电流由发电机自己供给）发电，由于硅整流发电机磁极尺寸小，保留的剩磁很弱，因此在低速时，仅靠剩磁产生的电动势（小于0 . 6V ）并不能使二极管导通，发电机也就不能自励发电。

硅整流发电机低速不能自励发电，也就不能及时给蓄电池充电。

为了克服这一缺点，在发电机低速运转、发电机电压低于蓄电池电压时，采用他励方式，使发电机具有较强的磁场，从而使发电机电压迅速升高。

从而实现低速便可向蓄电池充电的目的。

图4一19所示为硅整流发电机的励磁电路，当点火开关S 接通时，‘蓄电他便通过调节器向发电机励磁绕组提供励徽电流，发电机他励发电，输出电压随发电机转速升高而升高。

当发电机愉出电压略高于蓄电他电压时，发电机向蓄电池充电，同时励磁电流便由发电机自己提供，发电机由他励发电转为自励发电。

二、整流原理
1．三相桥式整流器工作原理
在图4 一20a 所示三相桥式全波整流电路中，三个正极二极管VD1、VD2、vD3 的负极（外壳）通过元件板连接在一起，它们的正极剧分别与三相绕组的首端相联。

这三只管的导通条件是：在某一瞬间，哪一相的电压最高（相对其他两相而言），则该相的二极管导通。

三个负极二极管VD4、VD5、VD6 的负极也与三相绷组的首端相联，其正极（外壳）通过元件板或端盖连接在一起。

这三支管的导通条件是：在某一瞬间，哪一相的电位最低（相对其他两相而言），则
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该相的二极管导通。

在硅整流发电机运转过程的每一个时间区间，总是一相电压最高，一相电位最低，整流器的六只整流二极管中，始终保持有两个管子导通（一个正极管、一个负极管），负载R 两端得到的是两相间的线电压。

这样依此类推，循环反复，六只二极管中两只两只轮流导通，在R 上得到一个较平稳的脉动直流电压，每个周期有六个波形，如图4 一20b 所示。

图4—20 三相桥式整流电路及电压彼形
在三相桥式整流电路中，由于交流电每个周期T ，每只二极管只有三分之一时间导通，所以流过每只二极管的平均电流D I 仅为负载电流f I 的1/3。

2．九管机的励磁二极管工作原理
图4 一21 所示为九管硅整流发电机充电系统的典型电路。

九管机的励磁二极管能输出与发电机电枢接线柱B 相等的电压，它既能供给发电机励磁电流，还能控制充电指示灯，其工作情况如下：
接通点火开关SW ，蓄电他电流便经点火开关SW ，充电指示灯一调节器，发电机励磁
绕组一搭铁构成回路。

此时充电指示灯发亮，指示励磁电流接通并由蓄电池供电。

在发动机起动后，随着发电机转速升高，发电机D ＋端电压随之升离，充电指示灯两端的电位差降低，指示灯亮度减弱，当发电机电压升高到蓄电池充电电压0U 时，发电机B 、D ＋端电位相等(0U U U D B ==+)，此时充电指示灯两端电位差降低到零，指示灯熄灭，指示发电机已正常工作，励磁电流由发电机自身经励磁二极管VD7、VD8、VD9整流后供给。

当发电机转速降低时，D ＋端电位降低，指示灯两端电位差增大，指示灯又发亮，指示蓄电池放电。

当发电机高速运转充电系统发生故障而导致发电机不发电时，由于D ＋端无电压输出，因此充电指示灯两端电位差增大，指示灯发亮，警告驾驶员应及时停车排除故障。

依维柯、切诺签、神龙富康、一汽CA1041 汽车采用了九管发电机。

3．八管机的中性点二极管工作原理
从三相星形绕组中性点引出的接线柱叫中性点接线柱（记为“N ”，如图4—9 所示），其输出电压为三相桥式整流器输出电压的一半，即B N U U )2/1(=。

N U 是通过三个负极管三相半波整流得到的直流电压。

它通常用来控制磁场继电器、充电指示灯继电器及空调继电器。

随着发电机转速升高，定子绕组中性点的三次谐波电压也升高，如图4—22所示。

发电机高速时，中性点电压的最高瞬时值高于输出电压B U （平均电压为14V )，最低瞬时值低于搭铁电位，这时利用中性点电压就可向外输出电流，从而提高硅整流发电机的输出功率。

（P79）
试验表明，在不改动硅整流发电机结构的情况下，加装中性点二极管，当发电机转速超过2000 r ／min （发动机转速约超900 r ／min ）时，其输出功率与额定功率相比，可以提高10 % ~ 15%。

夏利轿车用JFZ1542 发电机采用八管整流电路。

当中性点电压瞬时值N U 高于输出电压B U （平均值）时，从中性点输出的电流如图4
一23a 所示，其电路为定子绕组一中性点二极管VD7→负载（包括蓄电池）→负极管→定子绕组。

当中性点电压瞬时值N U 低于搭铁电位时，流过中性点二极管VD8的电流如图4 - 23b 所示，其电流路径为：定子绕组→正极管→“B ”接柱→负载（包括蓄电池）→中性点二极管VD8→定子绕组。

4．十一管发电机组流器
十一管硅整流发电机的整流器总成由六只整流二极、三只磁场二极管和两只中性点二极管组成，如图4—24 所示。

桑塔纳、奥迪100、丰田皇冠轿车等均装用此类硅整流发电机。

十一管硅整流发电机兼有整流二极管、磁场二极管以及中性点二极管的特点和功能。

三、输出特性
发电机输出特性是指发电机端电压维持在试验电压t U （对12V 电系：V U t 5.13=；对24V 电系：V U t 27=）时，输出电流I 随转速n 变化的关系。

图4—25 所示为解放CA1092型货汽车用JF1518 型硅整流发电机的输出特性曲线。

由发电机的输出特性曲线可见：
① 当发电机转速低，其端电压低于蓄电池电压时，发电机不能向外供电，只能他励发电，当转速达到空载转速（充电指示灯指示充电开始时的发电机转速）时，发电机开始自励发电。

② 当发电机转速大于零电流转速0n （发电机电压达到规定的试脸电压t U 而尚无电流输出时的转速称为零电流转速）时，发电机才有能力在试验电压下向外供电，输出电流I 将随转
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速n 的升高和电阻R 的减小而增大；当转速等于额定转速R n 时，发电机输出额定电流R I 。

额定电流值是由发电机制造厂规定的，并标示在发电机铭牌上和使用说明书中。

额定转速是反映发电机性能好坏的重要指标，在使用过程中，应定期对发电机进行检测，若发电机
在试验电压t U 和额定转速R n 时，其输出电流达不到额定电流值，则说明发电机有故障。

③ 发电机在试验电压t U 和最高连续转速m ax n 时的输出电流称为最大电流，标记为m ax I 。

硅整流发电机的输出电流达到最大电流后，便不再随转速的升高和负载电阻的减小面增大，这说明硅整流发电机具有自身最大输出电流的能力。

第三节硅整流发电机的使用与维护常识
一、硅整流发电机使用注意事项
①蓄电池必须负极搭铁，不得接反。

否则，蓄电池将通过整流二极管短路放电，使整流二极管立即烧坏。

②发电机运转时，不能用刮火的方法检查发电机是否发电，否则，容易损坏调节器触点及发电机二极管。

应采用万用表、低压试灯检查。

低压试灯可用汽车仪表灯泡（图4—26）或发光二极管制作。

③一旦发现发电机不发电或充电电流很小时，就应及时找出故津并予以排除，不应再继续运转。

如一只二极管短路，发电机就不能正常输出电压，并会导致其他二极管或定子绕组被烧坏。

④整流器的六只二极管与定子统组相连时，禁止用兆欧表（摇表）或220V 交流电源检查发电机的绝缘情况，否则将使二极管击穿而损坏。

⑤发动机自行熄火时，应将点火开关断开，否到蓄电池将长期经励磁绕组和调节器放电。

⑥发动机运行时，不得随意切断发电机与蓄电他之间的导线。

以免产生过电压，损坏电子元器件。

⑦配用专用调节器，确保连线正确可靠。

二、硅整流发电机就车检查项目
1．传动带松紧度检查
（P81）
硅整流发电机一般用两根V 形或单根多棋形传动带由发动机曲轴皮带轮带动旋转。

传动带过松易使发电机发电，减小，发动机水沮过高；传动带过紧易使传动带早期痰劳损坏，加速水泵及发电机轴承磨摄。

检查时，应在发电机传动带轮和风扇传动带轮中间，用30N 一soN 的力按下传动带，如图4 一7 所示，传动带挠度应为10 ～一15nun 。

若过松．应松开发电机前端盖与撑杆的镇紧摄栓，向外扳动发电机进行调整，松紧度合适后，重新旋紧锁紧螺栓。