1.4 交流发电机调节器（教案）《汽车电气设备构造与维修》同步精品课堂（高教版·第3版）

《汽车电气设备构造与维修》教案 课 题 1.4 交流发电机调节器 课 型 理论课 课 时 4 授课班级 授课时间 授课教师 教材分析 本节课的内容是关于《汽车电气设备构造与维修》中第一章电源系统第四节交流发电机调节器，要求学生学生能够准确阐述交流发电机调节器的作用和分类，并理解其工作原理，能够熟练掌握各种类型调节器的检查与调整方法，并能应用所学知识解决实际问题。选用的教材是由高等教育出版社出版的《汽车电气设备构造与维修》（第三版）。 学情分析 知识储备：对交流发电机的作用分类、工作原理、构造有基础了解。 能力水平：对于交流发电机调节器尚不了解。 学习特点：学习、接受新知识能力较弱，尤其是理论性强的知识，不能充分利用课余时间学习。 学习目标 知识目标：学生能够准确阐述交流发电机调节器的作用和分类，并理解其工作原理。 能力目标：学生能够熟练掌握各种类型调节器的检查与调整方法，并能应用所学知识解决实际问题。 情感目标：激发学生对汽车电子技术领域的兴趣，培养探索精神和求知欲，使其主动关注汽车技术的发展动态。 学习重难点 学习重点：交流发电机调节器的作用、分类及工作原理。 学习难点：熟练掌握电磁振动式调节器的检查与调整方法，以及针对不同问题的调整策略。 教学方法 讲授法、讨论法、演示法、实物教学法 课前准备 教师准备：教学课件 学生准备：课前预习 教学媒体 多媒体教室、多媒体课件 教学过程 教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图 导入新课 简述汽车电气系统的重要性，引出交流发电机调节器的关键作用。 学生认真听讲，思考交流发电机调节器在汽车电气系统中的作用。 激发学生兴趣，明确本节课的学习目标。 一、交流发电机调节器的作用与分类 1. 介绍交流发电机调节器的作用。 交流发电机是由发动机带动而发电的,发动机转速因汽车运行工况的不同而变化,因此发电机的转速也随汽车运行工况的不同而变化。另外汽车上用电设备的使用是频繁变化的。由发电机特性可知,随着发电机转速升高或用电设备减少,电压将上升。因此,交流发电机必须配备用来调节电压的装置,称为交流发电机调节器,以保证交流发电机输出电压在转速和用电设备变化时不超过设定值,防止输出电压过高而损坏用电设备或者输出电压过低影响用电设备正常使用。 2. 分类讲解：触点式、晶体管式、集成电路式、电脑控制式。 交流发电机调节器按照控制原理分为电磁振动式调节器和电子调节器两类。电子调节器可通过较大的励磁电流,电压调节精度高,对无线电干扰小,体积小,无运动件,耐振,故障少,可靠性高,广泛应用。电子调节器又包括晶体管调节器和集成电路调节器两种。随着集成电路技术的发展,集成电路调节器体积越来越小,可直接装于发电机内部,省去了与发电机的外部连线,因而增强了工作的可靠性,并具有防潮、防尘等优点,已经成为主流。交流发电机调节器按照适用的交流发电机搭铁类型分为内搭铁发电机用调节器和外搭铁发电机用调节器两类。内搭铁发电机用调节器通过控制发电机磁场绕组电源(火线)工作,外搭铁发电机用调节器通过控制发电机磁场绕组搭铁工作。 如果直接通过计算机控制交流发电机励磁电路,来控制发电机的输出电压,就可以省去单独的调节器。 1. 认真听讲，记录关键点。 2. 小组讨论交流发电机调节器的分类及其特点。 了解调节器的作用和分类，为后续学习奠定基础。 二、交流发电机调节器原理 1. 电磁振动式调节器： (1)双级电磁振动式调节器 图1-59是双级电磁振动式调节器的基本电路,其中K为低速触点,动断。K,为高速触点,动合。高速触点的固定触点直接搭铁,X是磁化线圈,绕在铁心上,承受发电机的电压。工作原理如下: 起动。发动机起动,低速触点K，是闭合的,励磁电流由蓄电池提供,发电机他励发电。 自励。随转速的升高,发电机的电压上升,当发电机电压高于蓄电池电动势时,发电机自励发电。 ③低速调压区。当发电机输出电压稍高于第一级调整值时,流过X线圈电流产生的电磁吸力矩大于弹簧拉力矩,吸下触点臂,使K,断开(K,不闭合),调节电阻R,串人励磁电路,励磁电流减小,磁场变弱,发电机电压下降。由于电压下降,使流过X线圈的电流减小,电磁吸力变弱,于是 K,复位(闭合),R,被短路,励磁电流加大,磁场变强,电压又上升,K,又断开。K的不断断开、闭合,控制发电电压基本保持不变。转速越高,K,断开的时间越长,励磁电流平均值越小。 ④ 失控区。当发电机转速继续升高到一定值时,K,一直断开(K,不闭合),R,一直串人励磁回路。发电机输出电压将随转速的升高而升高,调节器失去调压作用,即失控。 ⑤ 高速调压区。当发电机端电压超过第二级调压值时,磁化线圈的电磁吸力使K,闭合将励磁绕组短路,励磁电流急剧减小到零,电压迅速下降。电压下降又使磁化线圈电流减小,吸力变弱,K,又断开(K,仍断开),励磁绕组又有电流通过,发电机电压又上升。如此反复,通过K,的断开、闭合实现高速范围内的电压调节。转速越高,K,闭合的时间越长,励磁电流平均值越小。 (2)具有灭弧系统的单级电磁振动式调节器 图1-60、图1-61所示为具有灭弧系统的FT111型单级电磁振动式调节器的结构图及电路原理图。这种调节器只有一对触点。为了有效地减少触点断开时的火花,延长触点的使用寿命,在电路中增加了一个由二极管VD、扼流线圈L,和电容器C组成的灭弧系统,起保护触点和提高触点振动频率的作用。 调压原理:接通点火开关,蓄电池经触点飞向发电机励磁绕组供电,进行他励。当发电机转速升高到其端电压高于蓄电池电动势时,发电机由他励发电转为自励发电。随着发电机转速的继续升高,当其端电压稍高于调节电压时,磁化线圈L,的电磁吸力吸下衔铁断开触点K,使加速电阻R,和附加电阻R,串联接入励磁回路,减小了励磁电流,发电机端电压下降。当发电机端电压降至略低于调节电压时,触点K又重新闭合,电阻R,R,被短路,励磁电流增大,发电机电压又上升。如此反复,触点K不断振动,调节励磁电流,使发电机的电压稳定在一定的范围。其平均值就是调节器的调节电压。单级电磁振动式调节器的调节电压一般为 13.5~14.5 V和 27~29 V。 灭弧系统的工作原理:在触点打开的瞬间,由于励磁电流减小,在励磁绕组中就产生了自感电动势,并正向加在二极管 VD上,再通过扼流线圈L,构成回路形成感应电流,限制了自感电动势的快速增长。同时电容器C与扼流线圈工,串联后并联在触点两端,也用来吸收自感电动势、限制自感电动势的增长,达到减轻甚至消除触点火花、保护触点的目的。扼流线圈的作用是,触点断开时,感应电流通过它产生退磁作用,以加快触点的闭合,提高触点的振动频率使输出电压波动范围减小;而触点闭合时它又有缓冲电容器放电的作用。 具有灭弧系统的单级电磁振动式调节器的优点: ① 只有一对触点,调试方便。 ②)采用灭弧系统减小了触点火花,延长了触点的使用寿命,减小了对无线电的干扰。 ③ 提高了触点的振动频率,使调节器调压特性得到改善。 （3）附加磁场继电器的调节器 汽油发动机中,通常利用点火开关对交流发电机的励磁电路进行控制。在停车时,只要断开点火开关即可切断上述电路,防止蓄电池向其放电。因为柴油机没有点火开关,所以在调节器与交流发电机之间加装了一个电源开关,由电源开关控制磁场回路的接通或断开;如果电源开关不能及时断开,就会造成蓄电池向发电机励磁绕组和电压调节器电磁线圈放电浪费蓄电池电能。为了防止这种情况发生,有些柴油机装用的调节器加装了磁场继电器,保证发动机熄火后能自动切断磁场回路;有些汽油车也采用了磁场继电器电路,如图1-62所示。 附加磁场继电器的调节器也分为单级触点式调节器和双级触点式调节器两种。双级触点式调节器主要用于柴油机。现以FT61A型调节器为例,对双级触点式调节器的构造和工作原理作简要叙述。其控制电路如图1-63所示。图中0,为起动线圈,起动时承受蓄电池电压;Q,为维持线圈,承受发电机中性点电压:K,为继电器动合触点,接通与切断发申机的励磁电路。 2. 晶体管调节器：优点、工作原理、实例 晶体管调节器与电磁振动式调节器相比具有以下优点: ① 故障少,工作可靠。 晶体管调节器中无触点,无线圈,无振动元件,不会产生触点烧蚀、熔焊、绕组损坏等现象故障减少,工作可靠。 ② 调压质量高。 晶体管调节器利用晶体管开关电路,不存在机械惯性和电磁滞性。开、关时间短,速度快,所以可使发电机输出电压脉动小。 ③ 无触点火花,对无线电设备的干扰小。 ④寿命长,晶体管调节器的寿命一般是电磁振动式调节器寿命的2~3倍。 3. 集成电路调节器：输人电压信号的检测、实例 集成电路调节器输入电压信号的检测方法根据检测点不同可分为发电机电压检测法和蓄电池电压检测法两种,其基本电路如图1-66所示。 1. 观看教师展示的实物和动画，理解工作原理。 2. 分组讨论，每组选择一种调节器进行深入研究，并准备汇报。 通过实物展示和动画演示，帮助学生理解复杂的原理。 三、交流发电机调节器的型号 介绍不同型号调节器的命名规则和主要技术参数。 汽车交流发电机调节器的型号由以下五部分组成: 产品代号用2或3个汉语大写拼音字母表示,有FT、FDT两种,分别表示发电机调节器和电子式发电机调节器(F、T、D分别为发、调、电的汉语拼音第一个字母)。 电压等级代号用1位阿拉伯数字表示,1表示12V,2表示 24 V。 结构型式代号 用1位阿拉伯数字表示,1表示单联,2表示双联,3 表示三联,4表示晶体管,5表示集成电路。 设计序号 按产品的先后顺序,用1、2位阿拉伯数字表示。 变型代号、用汉语拼音大写字母A、B、C……顺序表示(不能用0和I)。例如:FT126C表示12V的双联机械电磁振动式调节器,第六次设计,第三次变型FDT152表示12V集成电路调节器,第二次设计。 学生查阅相关资料，尝试解读不同型号调节器的含义。 掌握型号解读方法，提高实践能力。 四、调节器的检查与调整 1. 电磁振动式调节器的检查与调整 (1)外部检修。检查触点是否被氧化、烧蚀,如有轻微烧蚀,可用白金砂条或 00号砂布磨平并予以清洁,不易修复时应更换。修复后的触点接触面要平整,中心线应重合,其偏移量不得超过0.2 mm,以保证触点接触面积。 检查电阻和线圈,表面无烧焦痕迹及机械损伤,其阻值应符合要求。 (2)调节器的测试。测试在电器试验台上进行,现以FT61 型调节器为例,介绍调节器的测试方法。测试电路如图1-70所示,电路连接好后,闭合开关S,,由蓄电池给发电机励磁,并且逐渐提高发电机的转速,待发电机电压略高于蓄电池电压时闭合开关S,,切断开关S,,使发电机自励。当发电机转速提高到3000m/min时改变可变电阻R的阻值,调节发电机的输出电流为4A(低载状态),观察电压表的读数是否与规定的电压调整值(14V)相符;如不符合规定,可改变弹簧拉力予以调整。 3)各间隙的调整。在电磁振动式调节器中,活动触点与磁化线圈铁心之间空气间隙(衔铁间隙)对电压调节值的影响较大,可做粗调:弹簧拉力对电压调节值影响较小,可做微调。如果通过改变弹簧拉力无法将电压调到规定值,则应对各部间隙做必要的调整。 在单级式调节器中,衔铁间隙不能调得过大,以免触点压力不足,接触不良。在双级式调节器中,因为高速触点间隙较小,所以调整比较困难。一般调整步骤为:先调整衔铁间隙使之符合标准,然后再调整固定触点的位置,使高速触点的间隙符合规定值。衔铁间隙和触点间隙调整好后,应进行电压调节值的测量和调整(改变弹拉力)。 2. 晶体管调节器的检测与修理 晶体管调节器因为有内搭铁式和外搭铁式之分,所以应先判别其搭铁形式,然后检测调节器的好坏。 (1)判断晶体管调节器是内搭铁式还是外搭铁式。调节器的搭铁类型不明确时可采用下面方法来判别:对12V的调节器,用一个12V的蓄电池和两个12V的灯泡(或LED)按图1-71所示接线。如果接在“-(E)”与“F”接线柱之间的灯泡发亮,而接在“+(B)”与“F”接线柱之间的灯不亮,即 HL,亮、HL,不亮,则该调节器为内搭铁式的;反之,如果HL,不亮而HL,亮,则该调节器为外搭铁式的。如果调节器是四个引出端(D、B、F、D_),试验时,可将D与B短接,再进行测试;如调节器有五个引出端(D.、B、F、D、L),则将L端悬空,并将D与B短接,再按上述方法试验即可。 (2) 判断晶体管调节器的好坏。准备一个输出电压为0~30V、电流为3~5A的可调直流稳压电源,参照图1-71所示连接,线路连接好后,由0V逐渐调高电源电压,此时一个灯泡的亮度应随电压升高而增强,当电压调高到调节器电压值(12V系统为13.5~14.5V.24V系统为 27~29V)或者略高于调节器电压值时,若亮的灯变暗,原来不亮的灯点亮,则调节器是好的;若一个灯始终发亮,或两个灯始终同样亮,则调节器是坏的。晶体管调节器出现故障后,一般是更换新件。 3. 集成电路调节器的检查 (1) 集成电路调节器技术状态的检测方法与晶体管调节器的检测方法相同。 (2)集成电路调节器管压降的检测。调节器管压降大小说明其质量高低,如管压降过大(大于1.5 V),磁场电流就会减小,功率管的耗散功率就会增大,不仅会使发电机输出功率降低,而且会使调节器的使用寿命大为缩短。图1-72为内搭铁发电机用调节器管压降的检测电路,接通开关S,调节可变电阻R使电流表的读数为4A时,电压表的读数应不大于1.5V。若图1-72换作外搭铁发电机用调节器,则只要将可变电阻R和电流表串联在开关 S和 D-之间,测量D。、D_之间的压降即可。 集成电路调节器出现故障后,只能更换。有些车的集成电路调节器与电刷组件为一总成,不可分离,因此更换调节器时需与电刷组件一同更换。 4. 调节器的代用原则 如果备件不足或在缺少配件需选用其他型号的调节器代用时,应注意以下几点: (1)调节器的标称电压必须相同。 (2)调节器的限流值应等于或略大于被代替的调节器。 (3)调节器必须与原调节器的搭铁形式相同,否则发电机会由于磁场电路不能构成回路而无法工作。 (4)调节器与原调节器的功能完善程度尽量相近,这样可使线路变动较小。 1. 观看教师演示的检查与调整方法。 2. 分组实践，模拟检查与调整过程。 掌握检查与调整方法，提高动手能力和解决问题的能力。 五、计算机控制的交流发电机 1. 介绍计算机控制的交流发电机的工作原理。 计算机通过检测蓄电池电压和发动机转速,从而控制磁场电路开、关的时间来控制发电机输出电压,保证电气系统正常工作,既使蓄电池充电充足,又能减轻发动机负荷,提高燃油经济性。 具体工作情况结合图1-74说明。为了保证发电机输出电压在规定范围内,ECU根据蓄电池电压检测点3的电压和发动机转速,通过大功率晶体管控制发电机的激磁电路的搭铁,其激磁电路为:蓄电池或发电机正极、ASD继电器的动合触点、发电机磁场接柱F,、激磁绕组、发电机磁场接柱 F,ECU 的发电机激磁检测点 20、大功率晶体管、搭铁、蓄电池或发电机负极。 如果点火开关没接通,或虽然点火开关处于“接通"或“起动”位置,但是ECU在3s内未接收到发动机转速信号,则 ASD继电器不工作,激磁绕组的电源电路和搭铁电路都断开,激磁电路不通， 当点火开关处于“接通”或“起动”位置并且发动机正常运转时,ASD继电器工作,动合触点闭合。如果ECU 检测到蓄电池电压检测点3的电压低于规定值,就使大功率晶体管导通,发电机激磁检测点 20搭铁,接通激磁电路,增大激磁电流,提高发电机输出电压。 如果ECU检测到蓄电池电压检测点3的电压高于规定值,就使大功率品体管截止,发电机激磁检测点 20无法搭铁,激磁电路断开,减小激磁电流,降低发电机输出电压。这样,通过ECU的控制,使发电机的输出电压不超过规定值。 根据检测点3电压的高低,ECU调节发电机的激磁电流,使发电机的输出电压保持在规定值,起到调节电压的作用:在发动机怠速运行时,ECU根据该信号电压的高低,通过控制发动机的怠速转速,调节充电率,以免怠速时蓄电池放电。 2. 故障诊断方法。 如果指示灯、仪表显示或电气设备的工作情况表明充电系统可能有故障,则应立即停车诊断和排除故障,ECU控制充电系统故障的一般诊断步骤如下: (1)如果ECU自诊断系统具有诊断充电系统故障的功能,则应先读取故障码,明确故障的种类后再做进一步检查。 (2)检查交流发电机传动带是否打滑,用试灯或万用表检查线路有无断路或线束连接器是否接触不良,用万用表检查交流发电机励磁绕组是否有断路或短路故障,检查ASD继电器工作是否正常。 (3)如果交流发电机传动带、线路、交流发电机励磁绕组和ASD继电器都正常而充电系统有故障,则应拆检交流发电机,如果拆检表明发电机也正常,则应检查 ECU。 1. 认真听讲，理解计算机控制原理。 2. 小组讨论故障诊断方法，提出解决方案。 了解前沿技术，培养创新思维和解决问题的能力。 课堂小结（5分钟） 作用、分类与原理：调节器稳定发电机输出电压，分电磁振动式、晶体管式、集成电路式。电磁振动式靠电磁力控触点；晶体管式利用开关特性，精度高；集成电路式集成度高，性能稳。 型号、检查与调整：型号多样，选型需匹配。电磁振动式查触点、弹簧；晶体管式测晶体管、调基准；集成电路式检信号电路。 计算机控制：ECU控发电机电压，依电池和设备需求调励磁，可故障诊断。 1. 回顾本节课所学内容，总结学习收获。 2. 思考问题，并尝试回答。 3. 提出问题和建议，与教师和同学交流想法。 帮助学生巩固本节课所学内容，了解学生的学习情况和反馈，为后续教学提供调整和改进的依据。 作业布置 1. 查阅相关资料，总结不同型号交流发电机调节器的特点和适用范围。 2. 动手实践，检查并调整一台实际车辆上的交流发电机调节器，记录过程并撰写报告。 板书设计 四、调节器的检查与调整 - 电磁振动式 - 晶体管式 - 集成电路式 - 代用原则 五、计算机控制的交流发电机 - 工作原理 - 故障诊断 一、交流发电机调节器的作用与分类 - 作用 - 分类：触点式、晶体管式、集成电路式、电脑控制式 二、交流发电机调节器原理 - 电磁振动式调节器 - 晶体管调节器 - 集成电路调节器 三、交流发电机调节器的型号 - 命名规则 - 主要技术参数 教学反思 本节课通过实物展示、动画演示和分组实践等多种教学手段，帮助学生理解了交流发电机调节器的复杂原理，但部分学生在理解抽象概念时仍存在一定困难，后续教学中需加强引导和辅导。 学生在实践环节表现出较高的积极性和动手能力，但在解决实际问题时仍需加强逻辑思维和创新能力的培养。 通过本节课的学习，学生对汽车电气系统有了更深入的了解，对交流发电机调节器的重要性有了更深刻的认识，达到了预期的教学目标。 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