汽车电气与电子技术
汽车电气与电子技术
• 书名：汽车电气与
电子技术
• 书号：978-7-111-
45615-5
• 作者：张克明 主
编
• 出版社：机械工业
出版社
任务三 蓄电池的充电
一、充电方法
1．恒流充电
恒流充电是指充电电流保持恒定的充电方法。恒流充电
的接线方法如图1—12a）所示，充电特性曲线如图1—
12b）所示。
图1—12 恒流充电
a）接线方法 b）特性曲线
2．恒压充电
恒压充电是指充电过程中，充电电源电压保持恒定的充
电方法。恒压充电的接线方法如图1—13a）所示，充电特
性曲线如图1—13b）所示。
图1—13 恒压充电
a）接线方法 b）特性曲线
3．脉冲快速充电
在充电后期的化学反应过程中，蓄电池两极板间电位差
会高于两极板间活性物质的平衡电极电位(每单格为)
，这种现象称之为极化。
（1）欧姆极化
欧姆极化是在充电过程中，由于蓄电池内阻上的电压降，
引起端电压升高而产生的。
（2）浓差极化
在充电过程中，由于在极板孔隙中形成硫酸，致使极板
附近电解液的相对密度较其他地方稍高而形成浓度差，由
此引起极板电位“升高”而产生浓差极化。
（3）电化学极化
在充电的终期，由于水的电解，H+集聚，使负极板与
电解液之间产生附加电位，由此引起负极板电位下降而产
生电化学极化。
脉冲快速充电，可极大地克服充电过程中所产生的极化
现象，有效地提高充电效率。其充电电流波形如图1—14
所示。
图1—14 脉冲快速充电的电流波形
4．充电时蓄电池正负极性的识别
充电时应将蓄电池的正负极对应地和充电机的正负极相
连。因此，需要正确判断蓄电池的极性。 蓄电池的极柱
上一般都标有“十”、 “—”记号；或正极柱上涂红色。
如果标计模糊不清，可用下述方法进行识别：
（1）观察极柱的颜色，使用过的蓄电池正极柱呈深棕
色，负极柱呈淡灰色。
（2）用直流电压表接蓄电池的两极，按照指针偏摆方
向判断其正负极。
（3）利用电解液进行识别，将蓄电池的两极接上导线，
分别插入电解液中(不要使两导 线相碰)，导线周围产生气
泡多的为负极。
二、充电种类
1．初充电
新蓄电池或修复后的蓄电池在使用之前的首次充电称
为初充电，其目的在于恢复蓄电池在存放期间，极板上
部分活性物质缓慢硫化和自放电而失去的电量。
2．补充充电
蓄电池在车辆上使用时，常有充电不足的现象，尤其
是短途运输车辆，应根据需要进行补充充电。一般每月
一次，如有下列现象发生，必须随时进行补充充电：
(1)电解液相对密度下降到以下；
(2)冬季放电超过25％，夏季放电超过50％；
(3)灯光暗淡、起动机运转无力，表明电力不足时。
3．循环锻炼充电
蓄电池在使用中常处于部分放电的情况，参加化学反应
的活性物质有限，为迫使相当于额定容量的活性物质都能
参加工作，以避免活性物质长期不工作而收缩，可每隔3
个月进行一次循环锻炼充电。
4．去硫化充电
当极板硫化较严重时，可进行“去硫化充电”。
5．均衡充电
蓄电池在使用过程中，由于制造、使用等因素，会出现
各单体电池的端电压、电解液密度、容量等的差异，采用
均衡充电的方法可消除这种差异。
项目二 交流发电机
学习目标
1．了解交流发电机的功用、型号及特性；
2．掌握交流发电机的结构、工作原理；
3．了解电压调节器的工作原理。
任务一 交流发电机的构造与型号
一、交流发电机的功用
发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动机正常运转
时，向所有用电设备（启动机除外）供电，同时给蓄电池
充电。
二、交流发电机的分类
1．按结构分类
（1）普通交流发电机(外装电压调节器式)
（2）整体式交流发电机(内装电压调节器式)
（3）带泵交流发电机
（4）无刷交流发电机
（5）永磁交流发电机
2．按磁场绕组搭铁方式分类
（1）内搭铁式交流发电机
（2）外搭铁式交流发电机
3．按装用的二极管数量分类
（1）6管交流发电机
（2）8管交流发电机
（3）9管交流发电机
三、交流发电机的构造
普通交流发电机从整体上看，由一台三相同步交流发电
机和6只硅二极管构成的三相桥式全波整流器所组成。如
图2—1所示，它主要由转子、定子、电刷、整流器、前后
端盖、风扇、皮带轮等组成。
•
图2—1 交流发电机的构造
1—后端盖 2—电刷架 3—电刷 4—弹簧压盖 5—二极管 6—散热板 7—转子总成
8—定子总成 9—前端盖 10—风扇 11—带轮
1．转子
转子的功用是产生磁场，转子由铁心、励磁绕组(又称
磁场绕组)爪极和滑环组成，如图2—2所示。
图2—2 交流发电机转子总成的结构
当给两滑环通入直流电时，励磁绕组中就有电流通
过，并产生轴向磁通，使爪极一块被磁化为N极，另
一块被磁化为S极，从而形成六对（或八对）相互交
错的磁极。如图2—3所示。
图2—3 交流发电机转子总成分解图
1—滑环 2—轴 3—爪极 4—磁轭 5—磁场绕组
2．定子
定子的功用是产生感应电动势，它由定子铁心和定子绕
组组成，结构如图2—4所示。
图2—4 交流发电机定子的结构及其星形连接方法
1—定子铁心 2—定子槽 3—铆钉 4—定子绕组
3．整流器
交流发电机整流器的作用是将发电机定子绕组产生的三
相交流电变换为直流电。如图2—5所示。
图2—5 二极管的外形及符号
a）负极管 b）正极管
三个正极管的外壳压装在散热板的三个孔中，这三只
正极管的壳体和散热板一起成为发电机的正极，由固定
散热板的螺栓(此螺栓与后端盖绝缘)通至外壳外，作为
发电机的火线接线柱“B”(“S”、“十”、“A”或“
电枢’’)，如图2—6所示。
图2—6 散热板及正极管
图2—6 散热板及正极管
三个负极管的外壳压装在后端盖的三个孔中，有些发电
机装在另外一块散热板上，它们的外壳与发电机外壳一起
成为发电机的负极。硅二极管的安装示意图如图2—7所示。
图2—7 硅二极管的安装示意图
4．端盖和电刷总成
交流发电机的前后端盖均由铝合金压铸或用砂模铸
造而成。电刷总成由两只电刷、电刷弹簧和电刷架组成，
如图2—8所示。
图2—8 电刷弹簧和电刷架
根据电刷和外电路的连接型式不同，发电机分为
内搭铁型和外搭铁型两种，如图2—9所示。
图2—9 交流发电机的搭铁形式
a）内搭铁型交流发电机 b）外搭铁型交流发电机
5．带轮及风扇
交流发电机的前端装有带轮和风扇，由发动机通
过传动带驱动发电机的转子轴和风扇一起旋转。发电
机工作时，定子绕组和励磁绕组中都会有热量产生，
温度过高会烧坏导线的绝缘导致发电机不能正常工作，
所以为发电机散热是必须的，为了提高散热能力，有
的发电机装有两个风扇（前后各一个）。
四、无刷交流发电机
1.爪极式无刷交流发电机
爪极式无刷交流发电机外形及其分解图如图2—10所
示。
图2—8 爪极式无刷交流发电机的外形及其分解图
1—外形 2—后轴承 3—防护罩 4—元件板及二极管 5—磁场绕组及后轴承支架
6—定子总成 7—磁轭 8—磁场绕组接头 9—磁场绕组 10—爪极及转子轴总成
11—前端盖 12—风扇 13—带轮
图2-11为爪极式无刷交流发电机机构原理及磁路图。
图2—9 爪极式无刷交流发电机机构原理及磁路图
1—转子轴 2—磁轭托架 3—端盖 4—爪极 5—铁芯 6—连接环 7—磁场绕组 8—磁轭
二、感应式无刷交流发电机
感应式无刷发电机的构造如图2—12所示。
图2—12 感应式无刷交流发电机机构原理及磁路图
任务二 交流发电机的原理与特性
一、交流发电机的发电原理
如图2—12所示当转子旋转时，磁通交替地在定子绕组中变化，
根据电磁感应原理可知，定子的三相绕组中便产生交变的感应电动
势。这就是交流发电机的发电原理。
图2—12 交流发电机发电原理示意图
1－定子铁心 2－定子绕组 3－转子 4－励磁绕组 5－整流二极管 6－电刷
当转子旋转时，由于定子绕组与磁力线有相对的切割
运动，所以在三相绕组中产生频率相同，幅值相等，相位
互差120°电角度的正弦电动势为eA、eB和eC。硅整流发
电机每相绕组中产生的电动势的有效值与发电机的转速和
磁场的磁通量成正比。
三相绕组中电动势的瞬时值方程式为：
eA=Emsinωt=2EΦsinωt
eB=Emsin(ωt—120°)= 2EΦsin(ωt—120°)
eC=Emsin(ωt—240°)= 2EΦsin((ωt—240°)
式中 Em－每相电动势的最大值
EΦ－每相电动势的有效值
ω－电角速度
二、整流原理
和过程
在交流发电机中，
整流器是利用硅二极
管的单向导电性能进
行整流的。图2—132
为6只二极管组成的
三相桥式全波整流电
路及产生的电压波形
图。
图2—13 三相桥式整流电路电压波形
a）整流电路 b)整流前三相交流电压波形 c)整流后负载上的电压波形
在定子绕组为星形连接时，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”。“N”
点电压称为中性点电压。中性点电压的瞬时值是一个三次谐波电压,
如图2—130所示。
图2—14 交流发电机中性点电压波形图
带有中性点接线柱的发电机，可用中性点电压来控制各种用途
的继电器工作。利用中性点电压提高发电机功率。有的发电机-的整
流器有8只整流管，其中两只整流管接在中性点处（1只正极管和1
只负极管），如图2—15所示。
图2—15 具有中性点二极管的整流电路
三、交流发电机的励磁方式
1．他励
由蓄电池供给磁场电流发电的方式称为他励发电。
2．自励
如图2—16所示为6管内搭铁型交流发电机的励磁电路。
图2—16 6管内搭铁型交流发电机的励磁电
路
图2—17所示为11管外搭铁型交流发电机的励磁电路。
图2—17 11管外搭铁型交流发电机的励磁电路
四、交流发电机的特性
1．输出特性
交流发电机的输出特性曲线，如图2-18所示。
图2-18 输出特性
2．空载特性
发电机空载时，发电机端电压与转速的关系，称为空载特
性。即I=0时，U=f(n)的函数关系，如图2—19所示。
图2-19 空载特性
3。外特性
外特性是指转速一定时，发电机的端电压与输出电流的关系。
即n=常数时，U=f（I）的曲线，如图2—20所示。
图2-20 外特性
任务三 电压调节器的原理与应用
一、电压调节器的分类
随着电子技术的发展，目前交流发电机几乎全部采用电子调节
器，如图2-21所示。电子调节器有晶体管调节器和集成电路调节器
两种，前者是由各分立元件组成的电子电路；后者则是将许多晶体
管和其他电路元件组合在一块硅基片上的电子电路。
图2-21 电子调节器的外形
a）晶体管调节器 b）集成电路调节器
二、电压调节器的工作原理
1．外搭铁型电压调节器的工作原理
电压调节器有多种型式，其内部电路各不相同，但工作原理可
用图2-22所示的基本电路工作原理去理解。
图2-22 外搭铁型电压调节器的基本电路
2．内搭铁型电子调节器的工作原理
如图图2-23所示，内搭铁型电子调节器基本电路的特点是晶体
管VT1、VT2采用PNP型，发电机的励磁绕组连接在VT2的集电极
和搭铁端之间，与外搭铁型电路显著不同，电路工作原理和结构与
外搭铁型电子调节器类似。
图2-23 内搭铁型电压调节器的基本电路
项目三 起动机
学习目标
1．掌握起动机的组成与分类；
2．掌握起动机的构造及工作原理；
3. 了解起动机的工作特性。
任务一 起动机概述
起动机的功用是由直流电动机产生动力，经传动机构带动发
动机曲轴转动，从而实现发动机的起动。起动系统包括以下部件：
蓄电池、点火开关(起动开关)、起动机总成、起动继电器等，如
图3-1所示。
图3—1 起动系统电路
1—电磁开关2—起动机3—控制电路 4—起动继电器
5—点火开关6—蓄电池 7—起动电路
一、起动机的组成
起动机是起动系统的核心部件。起动机由直流串励电动机、传动
机构和控制装置三大部分组成。起动机总成如图3—2所示。
1—电磁开关 2—触点 3
—蓄电池接线柱 4—动触
点 5—前端盖 6—电刷弹
簧 7—换向器 8—电刷
9—机壳10—磁极 11—
电枢 12—磁场绕组 13
—导向环 14—止推环
15—单向离合器 16—电
枢轴 17—驱动齿轮 18—
传动机构 19—制动盘
20—啮合弹簧 21—拨叉
22—活动铁心 23—复位
弹簧 24—电磁开关
图3—2 起动机总成
二、起动机的分类
1。按控制装置分类
（1）直接操纵式起动机
（2）电磁操纵式起动机
2。按传动机构的啮合方式分类
（1）惯性啮合式起动机
（2）强制啮合式起动机
（3）电枢移动式起动机
（4）齿轮移动式起动机
任务二 起动用直流电动机构造与原理
一、起动用直流电动机的构造
直流电动机由磁极、电枢、换向器等组成如图3—4所示，电枢绕
组与磁场绕组串联的直流电动机称为串励式直流电动机。
图3—4 起动用直流电动机的构造
1—端盖 2—电刷和电刷架 3—磁极 4—铁芯 5—外壳 6—电枢 9—后端盖
二、直流电动机的工作原理及特性
直流电动机由磁极、电枢、换向器等组成如图3—4所示，电枢绕
组与磁场绕组串联的直流电动机称为串励式直流电动机。
图3—12 起动用直流电动机的工作原理
图3-13 直流串励直流电动机的特性曲线
2．工作特性
串励式直流电动机的转矩M、转速n和功率P随电流变化的规律，
称为直流串励式电动机的特性。图3-13为直流串励直流电动机的特
性曲线，其中曲线M、n和P分别代表转矩特性、转速特性和功率特
性。
三、影响起动电动机工作特性的因素
1．蓄电池容量和充电状况的影响
2．起动电动机电路影响
3．环境温度的影响
任务三 起动传动机构的工作原理
起动机的传动机构由驱动齿轮、单向
离合器、拨叉等组成，单向离合器的作用
是单方向传递转矩，即起动发动机时将起
动机的转矩传给发动机曲轴，而当发动机
起动后，它又能自动打滑，不使飞轮齿环
带动起动机电枢旋转，以免损坏起动机。
单向离合器有滚柱式，摩擦片式、弹簧式、
棘轮式等不同型式。其中，摩擦片式的单
向离合器多用于大功率起动机。
图3—14 滚柱式单向离合器的结构
1—外壳 2—档板 3—弹簧 4—铜套 5—驱动齿轮 6—滚柱
7—凸缘 8—缓冲弹簧 9—离合器外环
一、滚柱式单向离合器
滚柱式单向离合器的结构如图3—14所示。
图3—15 滚柱式单向离合器工作原理
1—楔形槽 2—弹簧 3—滚柱 4—外环 5—驱动齿轮 6—电枢轴旋转方向
滚柱式单向离合器的工作原理如图3—15所示。
二、摩擦片式单向离合器
图3—16所示为摩擦片式单向离合器的结构。
图3—16 摩擦片式单向离合器的结构
1—驱动齿轮 2—螺母 3—弹簧圈 4—压环 5—调整垫圈 6—被动摩擦片 7、12—卡环
8—主动摩擦片 9—内接合鼓 10—花键套筒 11—移动衬套 13—缓冲弹簧 14—挡圈
三、弹簧式单向离合器
弹簧式单向离合器如图3—17所示。
图3—17 弹簧式单向离合器的结构
1—驱动齿轮 2—垫圈 3—月形键 4—扭力弹簧 5—护圈 6—花键套筒 7—垫圈
8—缓冲弹簧 9—移动衬套 10—卡簧
任务四 典型起动控制电路
及其工作原理
一、ODl24型起动机
ODl24型起动机电磁开关结构如图3—18所示。
图3—18 ODl24型起动机电磁开关的结构
1、13—主接线柱 2—附加电阻短路接线柱 3—导电片 4—接触盘 5—固定铁芯
6—吸引线圈和保持线圈 7—推杆 8—活动铁芯 9—复位弹簧 10—调节螺钉
11—拨叉 12—接线柱
图3—19 ODl24型起动机控制电路
1—起动继电器 2—点火开关 3—吸引线圈 4—保持线圈 5—活动铁芯 6—拨叉 7—推
杆 8—接触盘 9—起动机主接线柱 10—接线柱 11—磁场绕组 12—电枢绕组 13—辅助
接线柱 14—导电片 15—吸引线圈接线柱 16—电磁开关接线柱
ODl24型起动机的控制电路如图3—19所示。
二、减速起动机
如图3—20所示为国产QD254型减速起动机的控制电路。
图3-20 起动机减速装置的常见型式
图3—21 OD254型起动机控制电路
1—起动开关 2—磁化线圈 3—继电器触点 4—主触点5—接触盘 6—吸引线圈 7—保持线
圈 8—活动铁芯 9—拨叉 10—单向离合器 11—花键轴组 12—减速齿轮 13—主动齿轮 14
—电枢绕组 15—励磁绕组
如图3—21所示为国产QD254型减速起动机的控制电路。
三、永磁减速起动机、
图3—22所示为永磁减速起动机的结构图。
图3—22 永磁减速起动机的结构
1—永久磁铁 2—起动机构 3—减速器总成 4—滚子轴承 5—单向离合器 6—电枢
7—电刷 8—焊接连接 9—球轴承 10—焊接连接 11—活动铁芯 12—行星齿轮架
13—电枢 14—太阳轮 15—齿环
