第三节 发电机维修
15.什么是普通硅整流发电机？
普通硅整流发电机由三相交流发电机和6只硅整流二极管组成，如某些载货汽车用的发电机和北京切诺基的发电机。其电刷有外装式和内装式之分，前者电刷架可直接在发电机的外部拆装，后者更换电刷时，则必须将发电机解体。
16.什么是整体式硅整流发电机？
整体式硅整流发电机的集成电路（IC）调节器装在硅整流发电机内部。它不仅能减少发电机外部的连接导线，而且还能大大简化制造过程，因而正在日益得到广泛的应用，如丰田YR、YB系列发电机，北京切诺基汽车发电机，夏利汽车发电机，一汽奥迪、上海桑塔纳（JFZ1813Z型）发电机等。
17.什么是无刷硅整流发电机？
无刷硅整流发电机，是指无电刷和集电环的发电机。这种交流发电机，可以减少在运行中由于电刷与集电环引起的各种故障。其结构与一般爪极式交流发电机大致相同，但其磁场绕组是静止的，它通过一个磁轭托架固定在后端盖上。两个爪极中只有一个爪极直接固定在发电机转子轴上，另一爪极则用非导磁连接环固定在前一爪极上。当转子旋转时，一个爪极就带动另一个爪极一起在定子内转动，于是定子的三相绕组中便感应出三相交流电，经整流后再变为直流电。
这种交流发电机也有其缺点，一是两个爪极之间连接的制造工艺较困难；二是由于磁路中增加了两个附加气隙，故在输出功率相同的情况下，必须增大磁场绕组的励磁功率。
18.什么是带有励磁机的无刷硅整流发电机？
带有励磁机的无刷硅整流交流发电机实际上是在爪极式三相交流发电机的基础上增加了一部专为其励磁的小型硅整流发电机，称为励磁机。其特点是磁场绕组固定，而三相绕组是转动的。当发电机转动时，在三相绕组中便感应出三相交流电，在发电机内部经二极管整流后变为直流电，直接供给爪极式三相硅整流发电机的磁场绕组励磁发电。其结构比较复杂，所以仅在需要大功率输出时采用。
19.按整流器结构不同硅整流发电机可分为哪几种？
（1）六管发电机。六管发电机整流器由6只硅整流二极管组成，其工作电路如图1-10所示。
图1-10 六管发电机工作电路
（2）八管发电机。八管发电机有2只与中性点连接的二极管，其整流器共有8只二极管。
8管整流电路中采用了8只硅整流二极管，其中6只组成三相全波桥式整流电路，还有2只是中性点二极管，其中1只正极管接在中性点和正极之间，1只负极管接在中性点和负极之间，对中性点电压进行全波整流，其工作电路见图1-11。
图1-11 八管发电机工作电路
（3）九管发电机。九管发电机有3只磁场二极管，其整流器共有9只二极管。
9管整流器是由6只大功率整流二极管和3只小功率励磁二极管组成。其中6只大功率整流二极管组成三相全波桥式整流电路，对外负载供电。3只小功率管二极管与三只大功率负极管也组成三相全波桥式整流电路，专门为发动机提供磁场。
20.发电机由哪些部件组成？
发电机基本结构见图1-12，发电机主要部件见图1-13。
图1-12 发电机基本结构
图1-13 发电机主要部件
（1）转子（磁场线圈）。如图1-14所示，转子是发电机的磁场部分，主要由转子轴、两块爪极、磁场绕组和集电环等组成。
图1-14 发电机转子
在转子轴的中段轧有纵向滚花，其上压有两块爪极，两块爪极的内腔装有铁芯，称为磁轭，其上绕有磁场绕组，磁场绕组的两引出线分别焊在与轴绝缘的两个铜制集电环上。直流电通过电刷、集电环到磁场绕组，便产生了磁场。转子分解见图1-15。
图1-15 发电机转子分解
（2）定子。定子又叫电枢，由铁芯和三相绕组组成（图1-16）。定子铁芯是由环状硅钢片叠成，硅钢片相互绝缘，其内圆有槽，槽内嵌有三相定子绕组。对于六对磁极的转子，每相绕组中都有六个相互串联着的线圈，称为三相绕组，其功用是产生感应电动势。
图1-16 三相绕组
为了使三相绕组中产生大小相等、相位上互差120°（电角度）的对称电动势，三相绕组有下列特点。
①每相绕组的线圈个数和每个线圈的节距与匝数都必须完全相等。以JF11型发电机为例，磁极对数为6，定子总槽数为36，每相绕组占有的槽数为36÷3=12，并且采用的是单层集中绕法，即每个槽内放置一个有效边（一个线圈有2个有效边，放在两个定子槽内）。因此，每相绕组都由6个线圈串联而成[12（槽）÷2（边）=6]，每个线圈有13匝，则每相绕组共有6×13=78匝。每个线圈的两个有效边间隔的定子槽数叫作线圈节距，相邻两异性磁极中心线之间的槽数称为极距。即线圈节距=定子铁芯总槽数/磁极个数。
②定子绕组有三相，三相绕组采用星形接法或三角形（大功率）接法（图1-17），都能产生三相交流电。三相绕组的必须按一定要求绕制，才能使之获得频率相同、幅值相等、相位互差120°的三相电动势。
图1-17 三相绕组的连接
（3）整流器。整流器的功用是将发电机定子绕组产生的交流电变换为直流电。一般由6～8只硅整流二极管和两片散热板组成。二极管的引线与三相绕组相连接，二极管的外壳分别压装或粘接在两片散热板上，如图1-18所示。
图1-18 二极管安装示意图
电工技能
①正极型二极管，其引线为二极管的正极，外壳为负极（壳体上涂有红色标记）。三个正极管子压装或焊接在一片铝合金制成的散热板上（称为正元件板），并与后端盖绝缘，用螺栓引出后端盖外部，作为交流发电机的输出接线柱，其标记一般为“B”或“+”，或“A”。
②负极型二极管，其引线为二极管的负极，外壳为正极（壳体上涂有黑色标记）。三个负极管子压装或焊接在另一片散热板上（称为负元件板），并与发电机的后端盖连接（国产交流发电机多是将三个负极管子压装在后端盖上），构成负极搭铁。
（4）电刷及组件。电刷及组件由两只电刷、电刷弹簧和电刷架组成。电刷装在电刷架的孔内，由电刷弹簧的压力使电刷与转子总成上的集电环保持紧密接触，用于给转子绕组提供磁场电流。两个电刷的引线分别与后端盖上的磁场接线柱“F”和搭铁接线柱“E”或“-”相连接。
（5）前后端盖。前后端盖为铝合金压铸件，可减少漏磁，并具有轻便、散热性能良好的优点。为了提高轴承孔的机械强度，增加其耐磨性，在端盖的轴承座孔内镶有钢套。在后端盖内固定有一块或两块元件板，发电机的正极输出线由正元件板上的螺杆有绝缘套通过后端盖上的孔输出。后端盖上还装有电刷架。
（6）带轮与风扇。带轮与风扇借助半圆键和螺母固定在转子轴的前端。当带轮由发动机曲轴驱动时，风扇能使空气从后向前高速流过发电机内部进行冷却。
21.发电机调节器有什么作用？
发电机调节器的作用是在发动机转速变化时，通过调节发电机励磁绕组的励磁电流，使发电机的电压保持稳定，防止发电机电压过高而烧坏用电设备和导致蓄电池过量充电，同时也防止发电机电压过低而导致用电设备工作失常和蓄电池充电不足。调节器按元件性质来分可分为触点式和电子式两种，现在常用的主要是电子式。电子式电压调节器又分为晶体管调节器和集成电路调节器。
22.晶体管调节器是怎么工作的？
晶体管调节器是将三极管作为一只开关串联在发电机的磁场电路中，根据发电机输出电压的高低，控制三极管的导通和截止，以调节发电机的励磁电流，使发电机输出电压稳定在规定的范围之内。晶体管调节器有内搭铁式和外搭铁式两种。
电工技能
如图1-19所示为内搭铁式晶体管调节器，调节器内的功率三极管串联在发电机励磁绕组与点火开关之间，发电机励磁绕组有一端搭铁。
图1-19 内搭铁式晶体管调节器
电工技能
如图1-20所示为外搭铁式晶体管调节器，调节器内的功率三极管串联在发电机励磁绕组与搭铁之间，发电机励磁绕组无搭铁端，调节器控制励磁绕组搭铁。
图1-20 外搭铁式晶体管调节器
23.集成电路电压调节器是怎么工作的？
集成电路电压调节器具有体积小、质量轻、灵敏高、寿命长、不需维修等优点。它安装于整体式交流发电机后端盖上，可以减少发电机外部连接导线和充电系统故障，并大大简化了生产制造过程。它的作用是，当发电机转速变化，输出电压超过极限额值时，自动调节发电机的输出电压，使之保持稳定，以防电压过高烧坏用电设备和使蓄电池过充电。
集成电路电压调节器也称IC调节器，其工作原理与晶体管电压调节器相同。集成电路电压调节器装在发电机上，根据电压检测点的不同，可分为发电机电压检测法和蓄电池电压检测法两种。
24.电压调节器置于发电机内的电路原理是什么？
电压调节器一般有三个接线柱，即B（或+、火线、电枢）接线柱、E（或-、接地）接线柱、F（磁场）接线柱。
在典型的整体式发电机充电电路中，整体式发电机将发电机的电压调节器置于发电机内，发电机无磁场接线柱，但有一个充电指示灯接线柱L，L接线柱在发电机内部连接提供励磁电流的整流器输出端。
电压调节器置于发电机内的电路原理见图1-21。
图1-21 整体式发电机充电电路
接通点火开关，当发电机不发电时，充电指示灯及发电机励磁绕组通电，其电流通路为蓄电池正极→点火开关→充电指示灯→发电机L接线柱→发电机励磁绕组→调节器F端子→调节器E端子→搭铁。这时，充电指示灯两端有电位差，充电指示灯亮起。
当发电机正常发电时，通过3只励磁二极管对电压调节器供电，L接线柱端的电压升高，充电指示灯两端的电压差为零（两端电压均为发电机的端电压），充电指示灯熄灭。
25.怎样分析和应用发电机（充电系统）电路？
如图1-22所示为桑塔纳2000轿车电源、启动和点火的充电系统电路。其中交流发电机的B+为电压输出端，D+为充电指示灯控制端。
图1-22 桑塔纳2000轿车电源，启动和点火电路图
发电机工作电路为蓄电池A正极端子→中央线路板单端子插座P端子→中央线路板内部线路→中央线路板单端子插座P端子→点火开关30端子→点火开关D→点火开关15端子→组合仪表盘下方26端子连接器的11端子→两只并联电阻和充电指示灯K2→组合仪表盘下方26端子连接器的26端子→中央线路板A16端子→中央线路板内部线路→中央线路板D4端子→单端子连接器T1d→交流发电机D端子→交流发电机C磁场绕组→电子调节器功率管→电路代号3搭铁→蓄电池负极。
26.怎样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（1）B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，则应将发电机解体，以便进一步检测。
（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（图1-23）。
图1-23 接线柱之间电阻的测量
27.发电机试验台试验有哪几种？
（1）空载试验。空载试验是在交流发电机不带任何负载（不对外输出电流）情况下的一种试验。空载试验的目的是初步测定发电机是否有故障。
（2）负载试验。负载试验就是在交流发电机带有负载（对外输出电流）情况下的一种试验。负载试验的目的是进一步测定发电机是否有故障。
交流发电机的有些故障，在没有电流输出的情况下是表现不出来的，所以，在交流发电机空载试验正常情况下，应再做负载试验。
28.怎样检测与维修转子？
（1）励磁绕组的检修。用万用表测量励磁绕组的电阻阻值，应符合相关标准。每个滑环与转子轴之间的阻值都应该为∞。线圈短路和短路检测见图1-24，绕组搭铁检测见图1-25。
图1-24 线圈短路和短路检测
图1-25 绕组搭铁检测
（2）转子轴和滑环的检修。转子轴的弯曲会造成转子与定子之间间隙过小而摩擦或碰撞，如发现发电机运转时阻力过大或有异响，应检查转子轴是否有弯曲。
滑环应表面光滑，无烧蚀，厚度应大于1.5mm。
（3）轴承的检修。若发现发电机运转时有异响，应仔细检查此异响是否因轴承的损坏而造成。
29.怎样检测与维修整流器？
（1）普通整流器的检测。将二极管的引线与其他连接分离，用指针万用表的两个表笔分别接到二极管的引线与壳体上，测二极管的正向与反向电阻。二极管的正向电阻应符合标准值，反向电阻应在10kΩ以上，见图1-26、图1-27。
图1-26 检测正二极管的正向电阻
图1-27 检测正二极管的反向电阻
（2）整体结构的整流器检测。整体结构整流器的整流板与正、负硅二极管全部焊装在一起，不可分解。图1-28为本田汽车交流发电机的整流器。
图1-28 整体结构的整流器检测
电工技能
检测正极管时，将指针万用表的红表笔接B，黑表笔依次接P1、P2、P3、P4，均应导通；交换两表笔后再测，均应为∞，否则有正二极管损坏，需更换整流器总成。
检测负极管时，将指针万用表的黑表笔接E，红表笔依次接P1、P2、P3、P4，均应导通；交换两表笔后再测，均应为∞，否则有负二极管损坏，需更换整流器总成。
30.怎样诊断和排除发电机充电故障？
以捷达轿车为例，启动发动机后，充电指示灯稍微发亮。
（1）诊断要点。
①确定故障诊断的故障现象。
②尽可能地重现故障。
③执行故障诊断，最大可能地初步把握故障生成部位或零部件。
（2）结合发电机原理分析。捷达轿车采用的是整体式硅流发电机，电压调节器采用的是内装式IC调节器，并用充电指示灯指示蓄电池的充、放电状态，发电机正常工作时，指示灯熄灭。
电工技能
检查时，在“B+”与“D+”接线柱间连接一只电流表，测得静态激磁电流为2.6A，较正常值略低。
取下电流表，启动发电机，测量发电机“B+”端及“D+”端电压，其电压值为12.7V，提高发动机转速，查看电压表，结果“B+”端及“D+”端电压同时升高，表明故障点在发电机。
（3）执行故障排除。拆下发电机并进行解体检查，发现有一只碳刷的连线已经断开。更换新碳刷，修复后装车再试，故障排除。
（4）维修总结。行车时，充电指示灯常亮不灭，表明充电系统有故障，其原因有以下四点。
①激磁二极管断路损坏，“D+”端电压下降，在发电机的“B+”端与“D+”端形成电位差。
②内装IC调节器性能不良，励磁电流减小，发电机输出电压下降。
③励磁绕组局部短路或励磁回路接触电阻增大，磁场强度下降。
④发电机驱动皮带过松或打滑，发电机转速下降。
31.怎样拆解和维修发电机？
发电机拆解和维修要领见表1-3。
表1-3 发电机拆解和维修
