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1、汽车电气系统检修汽车电气系统检修IndustryIndustry项目三充电系统的检修充电系统的检修Industry一、项目情境引入一、项目情境引入一辆上海大众桑塔纳2000轿车，行驶了5104km，夜间行驶时大灯突然熄灭，经检修发电机工作正常，怀疑发电机调节器故障，经用检测设备对调节器进行试验，确认调节器损坏。此事例中是由于充电系统电压调节器失效，造成瞬间电压过高，使汽车灯泡损坏。很多车主对仪表板上的充电系统指示灯都不太重视。在此介绍有关汽车电气系统中的充电系统与交流发电机的相关知识。Industry汽车上所用发电机采用的是三相交流发电机，主要由三相同步交流发电机和硅二极管整流器组成，所以又称
2、为硅整流发电机，简称交流发电机。目前汽车上所用的交流发电机，按调节器安装位置的不同可分为两大类：一类是调节器单独安装，称为普通整流发电机，目前只有较少车辆还在使用；另一类是调节器安装在发电机内部，称为整体式硅整流发电机，目前使用广泛。Industry图3-1充电系统的元件位置Industry（二）交流发电机的构造（二）交流发电机的构造1交流发电机的分类交流发电机的分类汽车所使用的发电机多为交流发电机，其种类繁多，分类方法也很多，主要的分类方法有以下几种。（1）按总体结构不同分为以下6类。普通交流发电机（使用时需要配装电压调节器的发电机），如JF132型交流发电机。整体式交流发机（发电机和调节器
3、制成一个整体的发电机），如JFZ1913型交流发电机。带泵交流发电机（和汽车制动系统用真空泵安装在一起的发电机），如JFZB292型交流发电机。发电机后面安装有真空泵，它起到制动助力作用，真空泵的叶轮装配在发电机转子的延长轴上。这种带真空泵的发电机仅用在轻型柴油车上。重型车（如大客车）的柴油机真空泵是独立运转的，汽油机的助力真空度是靠进气管气流形成的，所以它们的发电机后面都不会带真空泵。无刷交流发电机（不需要电刷的发电机），如JFW1913型交流发电机。永磁交流发电机（磁极为永磁铁制成的发电机），如JFW1712型交流发电机。水冷交流发电机（无散热风扇，采用水冷系统，赛车一般采用）。Indus
4、try（2）按整流器结构不同分为以下5类。6管交流发电机，如JF1522型交流发电机（东风汽车用）。8管交流发电机，如JFZ1542型交流发电机（天津夏利汽车用）。9管交流发电机，如日本日立LR1140-803、北京BJ1022用的JFZ141型交流发电机。11管交流发电机，如JFZ1913Z型交流发电机（奥迪、桑塔纳汽车用）。12管交流发电机，如丰田汉兰达个别型号安装的交流发电机。（3）按磁场绕组搭铁形式不同分为以下2类。内搭铁型交流发电机。磁场绕组的一端（负极）直接搭铁壳体相联，目前较少采用。外搭铁型交流发电机。磁场绕组的一端（负极）接入调节器，通过调节器后再搭铁。目前广泛应用的整体式发电
5、机都采用外搭铁形式。Industry2交流发电机的结构交流发电机的结构图3-2所示为JFZ1913Z型交流发电机的组件图，图3-3所示为JF132型交流发电机的结构图。Industry图3-2JFZ1913Z型交流发电机的组件1电压调节器与电刷；2后端盖；3绝缘体；4定子；5轴承；6电容；7二极管总成；8转子；9轴承；10前端盖；11冷却风扇；12皮带轮；13螺母；14半圆键Industry图3-3JF132型交流发电机的结构1后端盖；2滑环；3电刷；4电刷弹簧；5电刷架；6磁场绕组；7电枢绕组；8电枢铁心；9前端盖；10风扇；11带轮Industry（1）转子。交流发电机的转子是发电机的磁极
6、部分，它是用来产生磁场的。转子由滑环、转子轴、六爪磁极、磁扼、磁场绕组等部件组成，如图3-4所示。图3-4交流发电机的转子1滑环；2转子轴；3六爪磁极；4磁轭；5磁场绕组Industry（2）定子。交流发电机的定子是发电机的电枢部分，定子用于切割磁力线产生电流，由定子铁心和对称的三相电枢绕组组成。定子铁心由相互绝缘的厚度为0.5mm的内圆带嵌线槽的环状硅钢片叠成，嵌线槽内嵌入三相互相独立三相对称的定子线圈。当转子转动时，定子线圈切割旋转磁场的磁力线而产生三相交流电动势。三相绕组的连接方法可以分为星形（形）连接和三角形（形）连接2种。星形连接在发电机低速旋转时也能发出足够的电量，所以被广泛用在汽
7、车硅整流发电机上。例如，桑塔纳、奥迪等轿车的交流发电机的定子绕组均采用星形连接；而北京切诺基等轿车发电机定子绕组采用三角形连接。定子及定子绕组的连接方式如图3-5所示。Industry图3-5定子及定子绕组的连接方式Industry为保证电枢三相绕组产生大小相等、相位差为120（电角度）的对称电动势，三相绕组的绕制应遵循以下原则。每相绕组的线圈个数和每个线圈的匝数应完全相等，以保证每相绕组所产生的电动势大小相等。每个线圈的节距（两个有效边所跨的定子槽数）必须相同。三相绕组的起端A、B、C在定子槽内的排列必须相隔120。三角形绕组的每条线圈的端点与另一绕组的端点首尾相连，形成一个闭合的串联电路。
8、而星形绕组中，每2个线圈绕组形成串联电路，而3个绕组的公共点为中性点。发电机中最常使用的是星形绕组（70A发电机）。三相绕组用于可使用圈套绕组的大功率发电机（100A旁接线端发电机）。Industry图3-6所示为JF132型交流发电机定子绕组的结构，图3-7所示为JF132型交流发电机定子绕组的展开图，发电机有6对磁极，定子总槽数为36个槽，即1对磁极对应6个槽。图3-6JF132型交流发电机定子绕组结构1定子铁心；2定子绕组；3二极管；4定子中性接点Industry图3-7JF132型交流发电机定子绕组的展开Industry（3）整流器。交流发电机的整流器的作用是将三相定子绕组产生的交流电
9、变换为直流电。整流器由整流二极管和二极管的散热板组成。轿车用交流发电机整流器总称的结构如图3-8（a）所示。图3-9（a）所示二极管（简称a型）是将二极管的外壳用焊锡焊到金属散热板上；图3-9（b）所示二极管（简称b型）是将二极管的整流结（即PN结）直接烧结在金属散热板上；图3-9（c）所示二极管（简称c型）是将二极管做成扁圆型，既可焊在金属散热板上，也可夹在两块金属板之间使用；图3-9（d）所示二极管（简称d型）是将二极管压装在金属散热板上的孔中使用。在这4种类型的二极管中，b型和d型两种应用最广。Industry图3-8交流发电机的整流器Industry图3-9车用二极管的结构Indust
10、ry汽车交流发电机用整流二极管的特点是工作电流大、反向电压高。根据汽车专业标准机动车用硅整流二极管（QC/T4222000）规定：ZQ50型二极管的正向平均电流为50A，浪涌电流为600A，正向峰值电压小于等于1.2V，反向不重复峰值电压为300V。二极管只允许电流流向一个方向，它由外表掺杂的纯硅片制成。汽车交流发电机的整流器，如图3-8所示。二极管的引线为二极管的一极，其壳体部分为二极管的另一极。压装在后端盖（或与外壳相通的接地散热板）上的3只硅二极管的壳体为二极管正极，引线为二极管负极，这种二极管为负极管；压装在外壳绝缘散热板上的3只硅二极管的壳体为二极管负极，引线端为二极管正极，这种二极
11、管为正极管，如图3-10所示。3只正极管和3只负极管的引线端通过3个接线柱一一对应连接，并分别连接三相绕组的A、B、C端，就组成了三相桥式全波整流电路如图3-11所示。Industry图3-10整流二极管图3-11三相桥式整流电流Industry整流板总称的形状各异，有马蹄形、长方形、半圆形和圆形等，定子绕组与整流器的连接关系如图3-12所示。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不仅便于散热冷却，而且便于维修。图3-12定子总成与整流器的连接Industry（4）端盖及电刷组件。
12、交流发电机的前后端盖由铝合金铸成，铝合金为非导磁材料，可减少漏磁，并具有重量轻、散热性好的优点。端盖起着固定转子、定子、整流器和电刷组件的作用。在后端盖内装有电刷组件，电刷组件包括电刷、电刷架和电刷弹簧，如图3-13所示。电刷架有2种形式：一种是外装式，从发电机的外部拆下电刷弹簧盖板即可拆下电刷，如图3-13（a）所示；另一种是内装式，需拆开发电机后才能拆下电刷，如图3-13（b）所示。安装内置电刷发电机时，先用直钢丝从外壳小孔伸入刷架压下电刷，再按普通发电机的其他步骤进行安装，如图3-13（c）所示。Industry图3-13发电机电刷架的形式Industry内搭铁型交流发电机的2个电刷中，
13、一个电刷的引线与固定在发电机端盖上的与端盖绝缘的磁场接线柱（标“F”或“磁场”）相接，另一个电刷的引线与发电机外壳相接，直接搭铁，这种搭铁方式的发电机称为内搭铁型交流发电机，如图3-14（a）所示，东风EQ1090型载货汽车用JF132N型交流发电机即为内搭铁型交流发电机；外搭铁型交流发电机的2个电刷通过引线均与绝缘接线柱（标“F”“F-”或“F1”“F2”）相接，磁场绕组通过“F-”或“F2”接线柱经调节器搭铁，如图3-14（b）所示，桑塔纳、捷达、红旗、奥迪等大多数汽车均采用外搭铁型交流发电机。Industry图3-14交流发电机的搭铁形式Industry（5）带轮及风扇。交流发电机的前端
14、装有带轮，由发动机通过风扇传动带驱动发电机旋转。带动交流发电机转子转动的带轮上有风扇叶片，散热风扇有12个，用铝合金板或钢板冲压或焊接而成。当风扇与带轮一起转动时，通过前、后端盖上的通风口，空气便从进风口流入，经过发电机内部再从出风口流出，由此便将内部热量带出，达到强制通风散热的目的，这称为外装式风扇。叶片外装式如图3-15（a）所示。对于只有一个风扇的发电机，其风扇均装在前端盖与驱动带轮之间；对于有两个风扇的发电机，其风扇的安装形式有以下两种情况。一个风扇安装在前端盖与驱动带轮之间，另一个风扇安装在后端盖与转子爪极之间，如北京切诺基（BJ2021型）吉普汽车用交流发电机；在前、后端盖内的转子
15、六爪磁极两侧各安装一个风扇，如丰田和夏利轿车用交流发电机。为提高发电机的效率，减小发电机的体积，有的发电机风扇叶片设在其转子上叶片内装式如图3-15（b）所示。有些内装风扇的发电机在轴的两端各装有一个风扇，散热效果更好。Industry图3-15交流发电机的通风方式Industry（6）交流发电机的型号。交流发电机的型号规定如下：根据我国汽车行业标准汽车电气设备产品型号编号方法（QC/T7393）的规定，汽车交流发电机的型号组成如下。12345第1部分为产品代号，交流发电机的产品代号用字母表示，如JF、JFZ、JFB、JFW分别表示普通交流发电机、整体式交流发电机、带泵交流发电机和无刷交流发电
16、机。第2部分为电压等级代号和电流等级代号，用1位阿拉伯数字表示，其含义如表3-1所示。第3部分为电流等级代号，用1位阿拉伯数字表示，各代号表示的电流等级如表3-2所示。第4部分为设计序号，按产品设计先后顺序，用12位阿拉伯数字表示产品的顺序。第5部分为变形代号，用字母表示，交流发电机是以调整臂的位置作为变形代号，从驱动端看，Y为右边、Z为左边，调整臂在中间位置时不加标记。例如，JF152表示电压等级为12V，电流等级为5059A，第2次设计的普通交流发电机。Industry表3-1电压等级代号电压等级代号123456电压/V12246表3-2发电机电流等级代号电流等级代号123456789电流
17、范围/A19202930394049505960697079808990Industry（三）交流发电机的工作原理（三）交流发电机的工作原理1感应电动势产生的原理感应电动势产生的原理当导体在磁场间旋转，由于电磁感应将会产生感应电动势。把导体弯成框形，会产生双倍的感应电动势；把导体做成线圈，将会产生更大的感应电动势；线圈中的匝数越多，产生的感应电动势越大。如图3-16所示，感应电动势越大，灯泡就越亮。旋转线圈产生的感应电动势的方向和大小，是随着线圈的位置而变化的。在图3-17（a）中，电流从电刷A流向灯泡；在图3-17（b）中，电流停止流动；在图3-17（c）中，电流从电刷B流向灯泡，因此这种设
18、备产生的电流就叫作交流电，这种设备就叫作交流发电机。Industry图3-16感应电动势的产生Industry图3-17交流电动势的产生Industry2交流发电机的发电原理交流发电机的发电原理汽车用交流发电机是一个三相同步交流发电机。它通过硅二极管组成的三相桥式整流电路将定子绕组所产生的交流感应电流变为直流电流输出，所以称为硅整流发电机。交流发电机产生交流电的基本原理是电磁感应原理。交流发电机是利用产生磁场的转子旋转，使穿过定子绕组的磁通量发生变化，在定子绕组内产生交流感应电动势。三相同步交流发电机的工作原理如图3-18所示。发电机的转子为磁极，磁极绕组通过电刷和滑环引入直流电而产生磁场；发
19、电机的定子为电枢，三相电枢绕组按一定的规律分布在定子的槽中，彼此相差120电角度。三相电枢绕组产生的感应电动势近似按正弦规律变化，其频率相同、幅值相等、相位互差120电角度，如图3-19所示。Industry图3-18交流发电机的工作原理图3-19三相交流电压Industry三相绕组中交流电动势瞬时值的表示式为eA=EsinteB=Esin(t120)eC=Esin(t240)式中：E每相电动势的有效值，V；电角速度=2f，f=Pn/60，P为磁极对数，n为发电机转速（r/min）。交流发电机每相绕组中感应产生的电动势有效值E为E=4.44KfN=Cen（3-1）式中：K绕组系数，采用整距集中
20、绕组时，K=1；f感应电动势的频率，Hz；N每相绕组的匝数，匝；n发电机转速，r/min；每极磁通，Wb；Ce发电机结构常数。Industry从式（3-1）可以看出，定子绕组内感应电动势的大小与每相绕组串联线圈的匝数以及感应电动势的频率成正比，即定子绕组的匝数越多、转子的转速越高，绕组内感应产生的电动势也就越高。当定子绕组采用连接时，任意两个输出端之间的输出电压称为线电压，输出电流称为线电流，分别用UL、IL表示，每相绕组的相电压和相电流分别用U、I表示，如图3-21（a）所示。它们之间的相互关系为UL=UIL=I当定子绕组采用连接时，电压与电流的关系如图3-21（b）所示，即UL=UIL=I
21、三相交流发电机的发电原理从上述公式可以看出，在交流发电机转速相同的条件下，相电压相同，连接比连接具有较高的输出电压；当输出线电压相同时，连接输出电流大。因此，采用连接的交流发电机在发动机转速较低时（如怠速时）便可向蓄电池充电，而采用连接的交流发电机则需较高的发动机转速才能向蓄电池充电。所以，大多数车用交流发电机都采用连接，只有少数大功率交流发电机采用连接。Industry3交流发电机的整流原理交流发电机的整流原理二极管具有单向导电特性。当给二极管加上正向电压时，二极管导通，呈现低阻态；当给二极管加上反向电压时，二极管截止，呈现高阻态。汽车交流发电机定子绕组中感应产生的交流电，通过6只二极管组成
22、的三相桥式整流电路转变为直流电输出。桥式整流电路及电压波形如图3-20所示。图3-20三相桥式整流原理Industry（1）由于3个正极管（VD1、VD3、VD5）的正极分别接在汽车发电机三相绕组的首端（A、B、C），而它们的负极同接在元件板上。因此，这3个正极管导通的条件是在某一瞬间，哪一相的电压最高（相对其他两相来说正值最大），则该相的正极管导通。（2）由于3个负极管（VD2、VD4、VD6）的负极分别接在发电机的三相绕组的首端，而它们的正极同接在后端盖上。因此，这3个负极管的导通条件是在某一瞬间，哪一相的电压最低（相对其他两相来说负值最大），则该相的负极管导通。（3）在同一瞬间，同时导通
23、的二极管就只有2个，即正极管、负极管各一个。三相桥式整流电路中二极管的依次循环导通，使得负载RL两端得到一个比较平稳的脉动直流电压。Industry根据上述原则，其整流过程如下。在t1t2时间内，A相的电压最高，B相的电压最低，故VD1、VD4处于正向电压下而导通，负载RL两端得到的电压为UAB。在t2t3时间内，A相的电压最高，C相的电压最低，故VD1、VD6处于正向电压下而导通，负载RL两端得到的电压为UAC。在t3t4时间内，VD3、VD6导通，RL两端的电压为UBC。以此类推，循环反复，就在RL两端得到一个比较平稳的脉冲直流电压UL，1个周期内有6个波形，如图3-20（c）所示。Ind
24、ustry有的发电机具有中性点接线柱，如图3-21所示。中性点接线柱是从三相绕组的末端引出，标记为“N”，输出电压为UN。由于UN是通过3个搭铁的负极二极管整流后得到的直流电压（即三相半波整流），所以有交流发电机的转速高到一定程度，中性点电压高过发电机输出电压。中性点电压波形如图3-22所示。部分发电机在中性点接上2只中性点二极管，对中性点电压进行全波整流，可以有效利用中性点电压来增加发电机的功率。实验表明：加装中性点二极管的交流发电机，在结构不变的情况下可以提高10%15%的发电机功率。交流发电机中性点电压UN一般用来控制各种用途的继电器，如磁场继电器、充电指示灯继电器等。Industry图
25、3-21交流发电机中性点电压图3-22交流发电机中性点电压波形Industry4交流发电机的励磁方式交流发电机的励磁方式汽车交流发电机的磁场靠励磁产生，即必须给磁场绕组通电才会有磁场产生。由于二极管死区电压的存在，发动机转速低时交流发电机不能自励发电，所以要采用他励发电。他励发电时，先由蓄电池供给励磁电流，当发电机电压达到蓄电池电压时，即由发电机自己供给励磁电流，也就是由他励转变成为自励。在发动机起动期间，需要蓄电池供给发电机磁场电流生磁使发电机发电，这种供给磁场电流的方式称为他励发电。随着转速的提高，发电机的电动势逐渐升高并能对外输出，一般在发动机怠速时发电机就能对外供电了。当发电机能对外供
26、电时，就可以把自身发的电供给磁场绕组生磁发电，这种供给磁场电流的方式称为自励。Industry交流发电机的励磁电路如图3-23所示。励磁电路只是一个基本电路，该电路还存在着一个缺点，即驾驶员如果在发动机熄火后忘记将点火开关S关闭，蓄电池就会通过调节器向发电机励磁线圈长时间放电。针对这一缺点，有很多车型采用了9管交流发电机。如图3-24所示，整流电路中增加了3个功率较小的硅二极管，专供励磁电流，称为励磁二极管，励磁二极管同时控制充电指示灯。3只励磁二极管与3只负极二极管同样组成桥式整流电路，点L与点B电位相等。如图3-24所示，电路起到警告驾驶员停车后必须关断点火开关的作用，同时电路中还连接一个
27、充电指示灯，用来监视发电机的工作情况，指示发电机是否有故障。Industry图3-23交流发电机的励磁电路Industry图3-249管交流发电机的整流电路Industry（四）交流发电机的工作特性（四）交流发电机的工作特性1输出特性输出特性输出特性是指保持发电机的端电压不变时，发电机的输出电流I与转速n之间的关系，即：U为常数时，I=f（n）的曲线。交流发电机的输出特性曲线如图3-25所示。图3-25交流发电机的输出特性曲线Industry根据我国汽车行业标准规定，交流发电机性能用空载转速nA、零电流转速n0、最小工作电流IL、额定电流IR和最大电流Imax5个指标来描述。空载转速nA。它是
28、发电机转速逐渐升高到充电指示灯（或电流表）指示充电开始时的转速。零电流转速n0。它是发电机电压达到规定的试验电压。最小工作电流IL。它是发电机在试验电压Ut、转速nL=1500r/min时的输出电流。额定电流IR。它是发电机在试验电压Ut、额定转速nR时输出的最小电流。额定转速nR是交流发电机在环境温度235和试验电压下，输出额定电流时允许的最高转速（我国汽车行业标准QC/T7292005规定为6000r/min）。最大电流Imax。它是发电机在试验电压、最高工作转速nmax时的输出电流。Industry空载转速与额定转速是测试交流发电机性能的重要依据。发电机出厂时，通过试验，规定了空载转速与
29、额定转速，并列入产品说明书。在使用过程中，可通过检测这2个数据，来判断发电机性能的好坏。国产交流发电机的主要性能指标如表3-3所示。表3-3国产交流发电机的主要性能指标交流发电机型号额定电压/V额定电流/A空载转速/(rmin1)额定转速/(rmin1)使用车型JFZ1913149010506000桑塔纳JFZ1512145510506000广州标致JFZ1918282711505000切诺基JF1314ZD142510003500CA1090Industry2空载特性空载特性空载特性是指发电机空载时，发电机端电压U与发电机转速n之间的关系。即：负载电流IL=0时，U=f（n）的曲线。发电机的
30、空载特性曲线如图3-26所示，从曲线的上升速率和达到蓄电池电压的转速高低可判断发电机的性能是否良好。3外特性外特性外特性是指发电机转速一定时，发电机的端电压U与输出电流I之间的关系，即：n=C时，U=f（I）的曲线，如图3-27所示。Industry图3-26交流发电机的空载特性曲线图3-27交流发电机的外特性曲线Industry2空载特性空载特性空载特性是指发电机空载时，发电机端电压U与发电机转速n之间的关系。即：负载电流IL=0时，U=f（n）的曲线。发电机的空载特性曲线如图3-26所示，从曲线的上升速率和达到蓄电池电压的转速高低可判断发电机的性能是否良好。3外特性外特性外特性是指发电机转
31、速一定时，发电机的端电压U与输出电流I之间的关系，即：n=C时，U=f（I）的曲线，如图3-27所示。Industry图3-26交流发电机的空载特性曲线图3-27交流发电机的外特性曲线Industry交流发电机的端电压与电动势及输出电流的关系为U=ERZI（3-2）式中：E交流发电机等效电动势；RZ发电机等效内阻，包括发电机电枢绕组的阻抗和整流二极管的正向导通电阻；I发电机的输出电流。发电机在某一稳定的转速下的RZ为一定值，如果E是稳定的，则发电机的端电压U将随输出电流增大而呈直线下降。但实际上发电机的端电压随输出电流的增大下降得更多，这是因为E也随I的增大而下降，原因如下。（1）发电机的电枢
32、反应增强。电枢反应是指电枢电流产生的磁场对磁极磁场的影响。当发电机有输出电流时，电枢电流产生的磁场会造成磁极磁场的削弱和扭斜，从而引起电枢绕组电动势下降。随着发电机的输出电流的增大，电枢反应的影响也随之增大，发电机电动势下降也越多。（2）励磁电流减小。发电机端电压下降后，发电机的励磁电流减小，磁场减弱，这又使发电机的电动势进一步下降。从交流发电机的外特性可知，随着发电机输出电流的增加，其端电压下降较快。因此，在发电机高速运转时，如果突然失去负载，则会使发电机的电压突然升高而对汽车上的电子元器件造成损害。Industry（五）限流保护原理（五）限流保护原理当交流发电机转速达到一定值后，输出电流不
33、再随转速升高而增大，这表明汽车用交流发电机自身具有限制输出电流的能力。从而可以避免用电设备接通过多、输出电流过大导致发电机过载而损坏。汽车用交流发电机具有限流保护作用的原因如下。1定子绕组的抗组定子绕组的抗组Z随转速升高而增大随转速升高而增大定子绕组的抗组Z由绕组电阻R和感抗XL合成，即Z=（3-3）XL=2fL式中：L定子绕组的电感；f感应电动势的频率（f=）。由式（3-3）可见，阻抗XL与转速n成正比，而绕组电阻R又很小（200800m），所以当发电机高速时，R与XL相比可以忽略不计，因此定子绕组的阻抗与转速成正比。Industry2电枢反应增强使磁场削弱电枢反应增强使磁场削弱电枢反应是指
34、定子绕组电流产生的磁场对转子磁场的影响。当发电机输出电流增大时，由于定子绕组流过的电流增大，因此电枢反应增强，磁场削弱，使定子绕组感应产生的电动势降低。由此可见，当发电机输出电流增大到一定值后，随着转速继续升高，尽管定子绕组中的感应电动势增加，但是由于定子绕组阻抗增大使内压降增大，同时由于电枢反应使感应电动势降低，因此输出电流不再增大。Industry（六）电压调节器（六）电压调节器交流发电机的转子是由发动机通过带驱动旋转的，且发动机和交流发电机的转速比为1.73。汽车用交流发电机工作时其转速很不稳定且变化范围很大，若对发电机不加以调节，其端电压将随发动机转速的变化而变化，这与汽车用电设备要求
35、电压恒定相矛盾。因此，发电机必须要有一个自动的电压调节装置。交流发电机调节器的作用就是当发动机转速变化时，自动对发电机的电压进行调节，使发电机的电压稳定，以满足汽车用电设备的要求。1交流发电机调节器的类型交流发电机调节器的类型 由交流发电机的工作原理得知，对于某一发电机而言，要实现对其电压的调节，只能通过改变发电机的转速和磁通量的大小来达到目的。而磁通量的大小又取决于励磁绕组电流的大小，因此，发电机的电压调节一般是通过控制励磁电流的大小来实现的。Industry电压调节器的类型较多，按元器件的性质不同可分为触点式（也称电磁振动式）和电子式两大类。其中，触点式按触点的数目又可分单级和双级2种；电
36、子式又分晶体管式、集成电路式等调节器。（1）晶体管式调节器：它是利用分立电子元件组成的调节器，如解放CA1091型载货汽车用的JFT106型电子调节器和东风EQ1090型载货汽车用的JFT149型电子调节器。（2）集成电路式调节器：它是利用集成电路（IC）组成的调节器，目前大多数汽车（如捷达、桑塔纳、天津夏利、奥迪轿车，北京切诺基、和东风EQ2102型越野汽车等）都采用了集成电路调节器。集成电路调节器大都为混合集成电路调节器，常用的集成电路有厚膜集成电路、薄膜集成电路和单片集成电路。Industry与晶体管式调节器相比，集成电路式调节器具有体积小、结构紧凑、电压调节精度高、故障率低等特点。集成
37、电路式调节器多装于发电机的内部，这种发电机也被称为整体式发电机。按搭铁形式不同，调节器可分为内搭铁型调节器和外搭铁型调节器。内搭铁型调节器的特点是第2级开关电路中的晶体管VT2串联在调节器的电源端子“+”与磁场绕组端子“F”之间，如FTD146型调节器；外搭铁型调节器特点是第2级开关电路中的晶体管VT2串联在调节器的磁场绕组端子“F”与搭铁端子“”之间，如FTD106型调节器。内搭铁型调节器只能配用内搭铁型发电机，外搭铁型调节器只能配用外搭铁型发电机，两者不能随意互换；否则，励磁电路不通，发电机不发电。20世纪80年代以来，汽车电子控制技术迅猛发展，现代汽车已广泛采用交流发电机和集成电路调节器
38、组装在一起的整体式交流发电机。随着微机控制技术在汽车上的应用，直接利用微机控制交流发电机的输出电压是电子调节器发展的必由之路。Industry2交流发电机调节器的型号交流发电机调节器的型号根据汽车行业标准规定，汽车交流发电机调节器的型号组成如图3-28所示，图中代号的含义如下。（1）产品代号：交流发电机调节器的产品代号为FT、FTD两种，分别表示发电机调节器和电子式发电机调节器（字母“F”“T”“D”分别为“发”“调”“电”字汉语拼音第一个大写字母）。（2）电压等级代号与交流发电机相同号。（3）结构形式代号：调节器的结构形式代号用1位阿拉伯数字表示，数字“4”表示晶体管式；数字“5”表示集成电
39、路式。（4）设计序号：按产品设计先后顺序，用12位阿拉伯数字表示。（5）变型代号：以汉语拼音大写字母A、B、C顺序表示（但不能用O和I两个字母）。例如，FT126C表示12V的双联机械电磁振动式调节器，第6次设计，第3次变形；FTD152表示12V集成电路调节器，第2次设计；桑塔纳、奥迪100型轿车用JFZ1913Z型交流发电机，其电压等级为12V、电流等级为大于或等于90A、第13次设计，调整臂在左边的整体式交流发电机。Industry图3-28电压调节器的型号编制Industry3交流发电机调节器的工作原理交流发电机调节器的工作原理从式（3-1）可知，发电机的电动势及端电压与磁极磁通量也成
40、正比关系，因此，当发电机转速上升而使发电机的电压上升时，可以通过适当地减小磁极磁通量的方法使发电机电压保持稳定。汽车用发电机电压调节器调节电压的方法如图3-29（a）所示。调节器动作的控制参量为发电机电压，即当发电机的电压达设定的上限值U2时，调节器动作，使磁场绕组的励磁电流If下降或断流，从而减弱磁极磁通量，致使发电机电压降；当发电机电压下降至设定的下限值U1时，调节器又动作，使If增大，磁通量加强，发电机电压又上升；当发电机的电压上升至U2时又重复上述过程，使发电机的电压在设定的范围内波动，得到一个稳定的平均电压Ue。发电机在某一转速下，调节器起作用后的发电机电压波形如图3-29（b）所示
41、。Industry图3-29电压调节器的基本原理Industry理论与实验表明，发电机转速不同时，磁场加强后发电机电压的上升速率和磁场减弱后的发电机电压下降速率均不同，不同转速下发电机电压上升及下降的变化情况如图3-30所示。随着发电机的转速上升，发电机电压的上升速率增大而使发电机电压达到U2的时间缩短（励磁电流大的相对时间减少），同时发电机电压下降速率减小而使发电机电压降至Ul的时间延长（励滋电流小或无的相对时间增加），即发电机的转速上升后，通过其平均励磁电流的减小，磁场的减弱而使发电机的平均电压保持不变，如图3-31所示。Industry图3-30不同转速下发电机电压升降曲线图3-31发电
42、机电压调节器的工作特性n1调节器工作的起始转速；nmax调节器开始失效的发电机转速Industry（1）触点式电压调节器。触点式电压调节器的基本原理。触点式电压调节器以电磁振动的方式工作，通过电磁铁控制触点的开闭来控制磁场绕组的励磁电流，从而实现对发电机电压的调节。因此，触点式电压调节器也称为电磁振动式电压调节器。触点式电压调节器分为单级触点式电压调节器和双级触点式电压调节器。单级触点式电压调节器的原理如图3-32所示。图3-32单级触点式电压调节器的原理1蓄电池；2发电机；3发电机励磁绕组；4调节器电磁线圈；5触点弹簧；Rtj调节器调节电阻；K调节器触点；触点衔铁与铁心间的气隙Industr
43、y普通单级触点式电压调节器的问题。a调节器工作范围与触点火花问题。触点式电压调节器的调节范围与调节电阻Rtj直接相关。增大Rtj，可使调节器调节范围增大。但增大Rtj后会使触点火花增大而迅速烧蚀。到目前为止，触点式电压调节器解决触点火花与调节范围之间矛盾的办法是采用双触点或单触点加灭弧电路。b触点振动频率过低问题。触点部分有机械惯性及电磁线圈的磁滞性，这会使触点的振动频率过低，导致电压脉动频率过低而影响用电设备的正常使用。解决触点振动频率过低问题要从两方面入手：一方面是减小机械惯性，即采用薄而轻的衔铁，并将其一端做成三角形或半圆形，以使重心靠近支点而减小转动惯量；另一方面是减小电磁线圈的磁滞性
44、，在电路中增设一加速电阻Rjs以加速退磁，加速电阻示意如图3-33所示。Industry图3-33加速电阻示意Industry温度变化对调节电压的影响问题。当温度升高时，电磁线圈的电阻会随之增大，在相同的电压下其磁化电流减小，磁力减弱。因此，需要比温度低时要高的电压才能吸动触点，即调节电压Ue将会随温度的上升而升高。（2）电子式电压调节器。触点式电压调节器工作时的触点火花不可能完全消除，触点容易烧蚀而使其故障率高、使用寿命短。触点振动时产生的火花还会造成对无线电的干扰。此外，触点式电压调节器结构复杂，触点的振动频率低。因此，触点式电压调节器已不太适应现代汽车对电源系统的要求，电子式电压调节器避
45、免了触点式电压调节器的不足，必将取代触点式电压调节器。Industry电子式电压调节器的基本原理。不同厂家生产的不同型号的电子式电压调节器的电路结构和元件组成各有不同，但基本原理相同。电子式电压调节器都是利用三极管的开关特性，通过三极管导通和截止相对时间的变化来调节发电机的励磁电流。电子式电压调节器的基本电路如图3-34所示。图3-34电子式电压调节器的基本电路（内搭铁式）Industry三极管电压调节器。所谓三极管电压调节器，是指由分立电子元件焊接于印制电路板而制成的电子式调节器。印制电路板被固定在冲压的铁盒或铝盒内，有的在盒内还加注硅橡胶等，以利于元件的固定和三极管的散热。三极管电压调节器
46、示例如下。aJFT126、JFT246型三极管电压调节器。JFT126、JFT246型三极管电压调节器的电路板固定在钢板冲压的盒内，内部充满了107硅橡胶，其电路如图3-35所示。图3-35JFT126、JFT246型三极管电压调节器的电路IndustrybJFT106型三极管电压调节器。JFT106型三极管电压调节器的电路板封装于铝合金壳体内，适用于外搭铁式交流发电机，其电路如图3-36所示。图3-36JFT106型三极管电压调节器的电路Industry集成电路电压调节器。集成电路电压调节器是指用若干电子元件集成在基片上，具有发电机电压调节全部或部分功能的芯片所构成的电子式电压调节器。相比于
47、分立元件的三极管电压调节器，集成电路电压调节器具有结构紧凑、体积小、电压调节精度高、故障率低等优点。集成电路电压调节器多装于发电机的内部，这种发电机也被称为整体式发电机。集成电路电压调节器的工作原理与三极管电压调节器的工作原理完全一样，都通过稳压管感应发电机的输出电压信号，利用三极管的开关特性控制发电机的励磁电流，使发电机的输出电压保持恒定。集成电路电压调节器根据电压信号输入的方式不同，可分为发电机电压检测方式和蓄电池电压检测方式两类，如图3-37和图3-38所示。Industry图3-37发电机电压检测电路图3-38蓄电池电压检测电路Industrya发电机电压检测方式。发电机电压检测法的原
48、理电路如图3-37所示。加在分压器R1、R2上的电压是发电机励磁输出端L的电压UL，而发电机输出电压为UB。因为UL=UB，故电压调节器检测点P的电压加到稳压管VDW1上，其电压检测点P的电压UP与发电机的端电压UB成正比，所以该线路称为发电机电压检测法线路。b蓄电池电压检测方式。蓄电池电压检测法的原理电路如图3-38所示。加在分压器R1、R2上的电压为蓄电池端电压，由于通过检测点P加到稳压管VDW1上的反向电压与蓄电池端电压成正比，所以该线路称为蓄电池电压检测法线路。两种基本电路相比，如果采用发电机电压检测法线路，发电机的引出线可以少一根。不足之处在于，发电机电压检测原理电路中点B到蓄电池正
49、极之间的电压降较大时，蓄电池的充电电压会偏低，使蓄电池充电不足。因此，一般大功率发电机要采用蓄电池电压检测法线路的调节器。Industry在采用蓄电池电压检测法时，当点B与蓄电池正极之间或点S与蓄电池之间断路时，由于不能检测出发电机的端电压，发电机电压将会失控。为了克服这一缺点，在线路上应采用一定的措施。图3-39所示为实际采用的蓄电池电压检测法的线路，在这个线路中，在调节器的分压器与发电机点B之间增加了一个电阻R4和一个二极管VD2，这样，当点B与蓄电池正极之间出现断路时，由于R4的存在，仍能检测出发电机的端电压UB，使调节器正常工作，可以防止出现发电机电压过高的现象。Industry图3-
50、39实际采用的蓄电池电压检测电路Industry4交流发电机与调节器的试验交流发电机与调节器的试验台架试验是检测交流发电机性能和质量的有效手段。交流发电机性能的优劣以及修理质量的高低，均应通过交流发电机与调节器试验台检测确定。如无试验台，也需装车进行试验。（1）试验电路。根据我国汽车专业标准规定，试验电路应按图3-40所示的电路进行连接（即整体式交流发电机可直接进行试验，普通交流发电机需要连接调节器才能进行试验）。图3-40交流发电机与调节器试验电路Industry（2）技术条件。根据我国汽车专业标准汽车用交流发电机技术条件（QC/T7292005）规定，交流发电机在环境温度为235条件下，其