第3章 电源系统的检测
3.1 电源系统的组成和布置形式
3.1.1 汽车电源系统组成
汽车电源系统的功能是向用电设备提供电能。电源系统主要由蓄电池、发电机、调节器及电源系统工作状况指示装置等组成。
（1）蓄电池和发电机
在汽车上，蓄电池和发电机并联工作。发电机是汽车的主要电源，蓄电池是辅助电源。
当发动机未启动时，蓄电池为辅助电器系统供电；当发动机启动时，蓄电池为启动机供电，同时为供油系统（柴油发动机的断油电磁阀）及相关电器设备供电；当发动机启动后，发电机开始发电，此时由发电机为整车用电设备供电，同时给蓄电池充电。
（2）调节器
所有发电机配有调节器，其主要作用是在发电机转速升高到一定程度时，自动调节发电机的电压并使其保持稳定。
（3）电源系统工作状况指示装置
在汽车上蓄电池由发动机进行充电，其充电系统工作状况的指示方式有电流表指示、充电指示灯指示和电压表指示3种形式。
3.1.2 电源系统的布置形式
目前，汽车普遍采用交流发电机与电子调节器。不同车型采用交流发电机和电子调节器的结构形式各不相同，因此，电源系统部件的布置形式及其线路的连接关系各有不同。按电子调节器的安装方式不同，电源系统的布置形式可分为分离式和整体式两种。
（1）分离式电源系统的布置形式
当电子调节器与交流发电机分离安装时，电源系统的组成与线路连接关系如图3-1所示。
图3-1 调节器与交流发电机分离安装时的线路
这种布置形式的优点是：当电源系统发生故障时，能够就车诊断出故障发生在交流发电机还是发生在电子调节器，只需更换故障部件即可继续行驶。调节器分离安装的特点是：发电机与调节器之间需用导线连接，因此电源系统的故障率较高。
（2）整体式电源系统的布置形式
当电子调节器安装在交流发电机上组合成整体式交流发电机时，电源系统的组成与线路连接关系如图3-2所示，调节器一般都采用多功能集成电路调节器，通常简称为IC调节器。整体式交流发电机电源系统的显著特点是：交流发电机与IC调节器之间无需使用导线连接，因此，电源系统线路大大简化，故障率大大降低。但是，一旦电源系统发生故障时，不能就车诊断出故障发生在交流发电机还是发生在电子调节器，需要更换整体式交流发电机才能继续行驶。
图3-2 整体式交流发电机电源系统线路
3.1.3 交流发电机的结构
交流发电机在汽车上使用40多年以来，虽然局部结构有所改进，但是基本结构都是由定子、转子、整流器和端盖四部分组成，整体式交流发电机的不同点是在基本结构的基础上增加了电压调节器，且都采用集成电路调节器。整体式交流发电机零部件组成如图3-3所示。
图3-3 整体式交流发电机零部件组成
1—螺母；2—皮带轮；3—螺栓；4—前端盖；5、10—轴承；6—轴承挡板；7—沉头螺栓；8—定子；9—转子；11—后端盖；12—调节器；13—电刷盒；14—护套；15—防尘罩；16—整流器总成
（1）转子
转子的作用是产生磁场，它由两块爪极、磁场绕组和滑环等组成。两块爪极（各具有六个鸟嘴形磁极）压装在转子轴上，在两块爪极的空腔内装有磁轭，磁轭上绕有磁场绕组，如图3-4所示。
图3-4 交流发电机转子
1—滑环；2—转子轴；3—爪极；4—磁场绕组
如图3-5所示，磁场绕组的两引出线分别焊接在与轴绝缘的两个滑环上，两滑环之间彼此绝缘，滑环与压装在后端盖上的两个电刷相接触。当两个电刷与直流电源接通时，磁场绕组中便有电流流过，并产生轴向磁通，使一块爪极磁化为N极，另一块爪极磁化为S极，从而形成六对磁极。
图3-5 转子的磁场
（2）定子
定子的作用是产生三相交变电动势。它由定子铁芯和定子绕组组成，其结构如图3-6所示。定子铁芯由内圆带有凹槽的硅钢片叠成。定子绕组为三相对称绕组，采用高强度漆包线在专用模具上绕制后，再按一定规律嵌入铁芯线槽内。
图3-6 定子总成
1～3—定子绕组的引线；4—定子铁芯
如图3-7、图3-8所示，嵌装后的三相绕组的连接方法有星形接法（简称Y形接法）和三角形接法（简称△接法）。
图3-7 星形接法的定子绕组
图3-8 三角形接法的定子绕组
（3）整流器
整流器的作用是将三相定子绕组产生的三相交流电变换为直流电。整流器一般由六只硅整流二极管和安装整流管的散热板组成，其结构如图3-9所示。
图3-9 整流器的总成
1—输出端子“B+”；2—输出端子“D+”；3—正整流板；4—防干扰电容器连接插片；5—电刷架压紧弹片；6—磁场二极管；7—输出整流二极管
汽车交流发电机用整流二极管有正极管与负极管之分。引出电极为二极管正极的称为正极管，其上标有红色标记；引出电极为二极管负极的称为负极管，其上标有绿色或黑色标记。
如图3-10所示，安装整流二极管的铝质散热板称为整流板。安装三只正极管的整流板称为正整流板；安装三只负极管的整流板称为负整流板。有的交流发电机将三只负极管直接压装在发电机的后端盖上。正整流板与负整流板或后端盖之间用绝缘材料隔开，并用螺栓通至后端盖外部，作为发电机的火线接柱“B”（“+”或“电枢”接柱）。
图3-10 二极管安装示意图
1—正整流板；2—负整流板
目前整流器总成大多数都装于交流发电机后端盖的外侧，在整流器总成外面再加装一个用薄铝板或薄铁板冲压而成的防护盖。这与整流器总成装于交流发电机后端盖内侧相比具有两大优点：一是便于散热冷却；二是便于维修。
（4）端盖与电刷组件
交流发电机的前、后端盖均用铝合金压铸或用砂模铸造而成，具有漏磁少、质量轻、散热性能好等优点。在后端盖上装有电刷组件，它由电刷、电刷架及电刷弹簧组成。电刷用铜粉和石墨模压而成，电刷架用玻璃纤维塑料模压而成。电刷安装在电刷架内，借弹簧的压力与滑环保持接触。电刷的功用是将电流引入磁场绕组中，如图3-11所示。
图3-11 磁场绕组的电路
交流发电机前端装有皮带盘、风扇叶，工作时使发电机内部强行通风散热。后端盖后侧装有薄铝板冲压而成（或尼龙塑料制成）的防护罩，以保护整流器不被损坏。
3.1.4 交流发电机的调节器
交流发电机电压调节器是把交流发电机的输出电压控制在规定范围内的控制装置，简称调节器。汽车采用的调节器有电磁振动式和电子式两大类，电磁振动式调节器已经淘汰，故下面只介绍电子调节器。
（1）调节器的功用
电压调节器的功用就是：在发电机转速变化时，自动调节发电机输出电压，使其保持恒定以防止输出电压过高而损坏用电设备和避免蓄电池过充电。
（2）电子调节器
电子调节器是利用晶体三极管的开关特性，将晶体三极管串联在发电机磁场电路中，根据发电机输出电压的高低，控制晶体三极管的导通和截止，从而控制发电机的磁场电流，使发电机的输出电压稳定在某一规定的范围之内。
由于汽车交流发电机有内搭铁与外搭铁之分，因此，与之匹配使用的电子调节器也有内搭铁与外搭铁两类。图3-12所示为一外搭铁电子调节器的基本电路原理图，由电压监测电路、信号放大电路及功率放大电路三部分组成。图3-13所示为内搭铁电子调节器的基本电路原理图。
图3-12 外搭铁电子调节器基本电路
图3-13 内搭铁电子调节器基本电路