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第二章 交流发电机及调节器
一、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（怠速以上），向所有用电设备（起动机除外）供电，同时向蓄电池充电。
二、发电机的分类
汽车用发电机可分为直流发电机和交流发电机，由于交流发电机在许多方面优于直流发电机，直流发电机已被淘汰，目前所有汽车均采用交流发电机，交流发电机按照不同的分类方法分为以下几类： 1.按结总体结构分五类
普通交流发电机(使用时需要配装电压调节器的发电机)例JF132（EQ东风140用）整体式交流发电机(发电机和调节器制成一个整体的发电机)例别克轿车的发动机上装配的发电机
带泵交流发电机(和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起的发电机)机。无刷交流发电机(不需要电刷的发电机)例JFW1913 永磁交流发电机(磁极为永磁铁制成的发电机)2.按整流器结构分四类
六管交流发电机 例JF1522（东风汽车用）
八管交流发电机 例JFZ1542（天津夏利汽车用）
九管交流发电机 例（日本日立、三凌、马自达汽车用）十一管交流发电机 例JFZ1913Z（奥迪、桑塔纳汽车用）3.按磁场绕组搭铁形式两分类
内搭铁型交流发电机 磁场绕组的一端（负极）直接搭铁（和壳体相联）
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。
三、交流发电机的型号
根据中华人民共和国汽车行业标准QC/T73-93《汽车电器设备产品型号编制方法》的规定，汽车交流发电机型号组成如下： 1.产品代号
产品代号用中文字母表示，例：JF——普通交流发电机 JFZ——整体式（调节器内置）交流发电机 JFB——带泵的交流发电机 JFW——无刷交流发电机 2.电压等级代号
电压等级代号用一位阿拉伯数字表示，1表示12V系统2表示24V系统 第二节 交流发电机工作原理 整流原理
交流发电机发电原理图
一、交流发电原理
1.在发电机内部有一个由发动机带动转子（旋转磁场）
2.磁场外有一个定子绕组, 绕组有3组线圈(3相绕组)，3相绕组彼此相隔120度 3.当转子旋转时，旋转的磁场使固定的电枢绕组切割磁力线（或者说使电枢绕组中通过的磁通量发生变化）而产生电动势。定子3相绕组感生电动势的大小为： 定子每相电动势的有效值 交流电动势波形
交流电动势的幅值是发电机转速的函数。
因此，当转速n变化时，三相电动势的波形为变频率、变幅值的交流波形。定子三相绕组的接法
定子三相绕组的接法有两种星形接法三角形接法
二、整流原理
交流发电机定子的三相绕组中，感应产生的是交流电
是靠六只二极管组成的三相桥式整流电路变为直流电的。
二极管具有单项导电性,当给二极管加上正向电压时,二极管导通, 当给二极管加上反向
电压时,二极管截止,二极管的导通原则如下: 二极管的导通原则
当三只二极管负极端相连时，正极端电位最高者导通； 当三只二极管正极端相连时，负极端电位最低者导通。2.整流过程分析
整流时二极管导通条件
对于三个正极管子（D1、D3、D5正极和定子绕组始端相联），在某瞬时，电压最高一相的正极管导通。
对于三个负极管子（D2、D4、D6负极和定子绕组始端相联），在某瞬时，电压最低一相的负极管导通。
但同时导通的管子总是两个，正、负管子各一个。整流过程
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。
发电机输出的直流电压平均值为： U=1.35UL=2.34UΦ 二极管平均电流Id=Il/3
二极管最大反向电压Udrm=1.41UL=2.45UΦ=1.05U 3．中性点电压
有的发电机具有中性点接线柱，如图2-4，是从三相绕组的中性点引出来的，标记为“N”。输出电压为UN，称为中性点电压 图2-4带中心抽头的交流发电机
中性点电压的瞬时值是一个三次谐波电压，中性点电压的平均值为发电机输出电压（平均值）的一半 中性点电压 中性点作用
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。
有的发电机没有中性点接线柱，但是也把中性点电压充分的利用了（如夏利、桑塔纳发电机），这些发电机在中性点处接上两只整流二极管，和三相绕组的六只整流二极管一道输出，可提高发电机功率。
三、8管交流发电机
8管交流发电机（如夏利车用）和6管交流发电机的基本机构是相同的，所不同的是整流器有8只硅整流二极管 8管交流发电机
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，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，对中性点电压进行全波整流。
试验表明：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发电机的功率10%～15%。之间。
中性点二极管提高发电机功率的原理
交流发电机中性点电压为三次谐波，随着发电机转速的提高，中性点三次谐波电压也升高。
中性点二极管提高发电机功率的原理
当中性点电压瞬时值高于三相绕组的最高值时，中性点正极管导通对外输出电流；电流回路为：中性点→中性点正极管→负载→某一负极管→定子绕组→中性点。视频 当中性点电压瞬时值低于三相绕组的最低值时，中性点负极管导通对外输出电流；电流回路：中性点→定子绕组→某一正极管→负载→中性点负极管→中性点。视频
四、交流发电机的励磁
除了永磁式交流发电机不需要励磁以外，其他形式的交流发电机都需要励磁，因为它们的磁场都是电磁场，也就是说必须给磁场绕组通电才会有磁场产生。
将电源引入到磁场绕组使之产生磁场称为励磁，交流发电机励磁方式有自励和他励两种。他励
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 当发电机能对外供电时，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。交流发电机励磁电路
9管交流发电机的基本结构和6管交流发电机相同，所不同的是整流器。9管交流发电机的整流器是由6只大功率整流二极管和3只小功率励磁二极管组成的交流发电机。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电机磁场供电。所以称3只小功率管为励磁二极管。九管交流发电机电源系电路 九管交流发电机电源系电路
在发动机起动期间，发电机电压(为0)UD+＜蓄电池电压时，整流二极管截止，发电机不能对外输出，由蓄电池供给磁场电流。路径：蓄电池+→点火开关→充电指示灯→调节器→磁场绕组→搭铁→蓄电池-。充电指示灯亮 九管交流发电机电源系电路
当发动机转速升高到怠速及其以上时，发电机应能正常发电并对外输出，此时，发电机电压＞蓄电池电压，发电机自励。UB=UD+，充电指示灯两端压降为零，灯熄灭,若没有熄灭,说明发电机有故障或充电指示灯电路有搭铁
五、11管交流发电机（如桑塔纳车用发电机）
11管交流发电机的整流器由8只大功率整流二极管（其中2只中性点二极管）和3只磁场二极管组成。其它结构和6管交流发电机相同。
11管交流发电机的整流器，相当于9管交流发电机的整流器加2只中性点整流管。由于11管交流发电机既能提高率又使充电指示灯电路简化，因此应用较广。第三节 交流发电机的结构
交流发电机一般由转子、定子、整流器、端盖四部分组成。JF132型交流发电机组件图见图 交流发电机的结构
一、转子
转子的功用是产生旋转磁场。转子由爪极、磁轭、磁场绕组、集电环、转子轴组成，转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有六个鸟嘴形磁极,爪极空腔内装有磁场绕组(转子线圈)和磁轭。
集电环由两个彼此绝缘的铜环组成，集电环压装在转子轴上并与轴绝缘，两个集电环分别与磁场绕组的两端相连。转子产生旋转磁场
当两集电环通入直流电时（通过电刷），磁场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，从而形成六对相互交错的磁极。当转子转动时，就形成了旋转的磁场。
二、定子
定子由定子铁心和定子绕组成。见图
定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。
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，都能产生三相交流电。三相绕组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。
三、整流器
交流发电机整流器的作用是将定子绕组的三相交流电变为直流电
6管交流发电机的整流器是由6只硅整流二极管组成三相全波桥式整流电路 6只整流管分别压装（或焊装）在两块板上。整流器电路
汽车用硅整流二极管特点
工作电流大，正向平均电流50A，浪涌电流600A；
反向电压高，反向重复峰值电压270V，反向不重复峰值电压300V；
只有一根引线见图。并且有的二极管引线是正极，有的二极管引线是负极，引出线为正极的管子叫正极管，引出线为负极的管子叫负极管，所以说整流二极管有正二极管和负二极管之分。
汽车用二极管结构 整流管的安装
将正极管安装在一块铝制散热板上，称为正整流板；
将负极管安装另一块铝制散热板上，称为负整流板，也可用发电机后盖代替负整流板。见图。
整流管的安装
在正整流板上有一个输出接线柱B（发电机的输出端）。负整流板上直接搭铁。负整流板上一定和壳体相联接。整流板的形状各异，有马蹄形、长方形、半圆形等见图 整流管的安装
四、端盖
端盖一般分两部分（前端盖和后端盖），起固定转子、定子、整流器和电刷组件的作用。端盖一般用铝合金铸造，一是可有效的防止漏磁，二是铝合金散热性能好。
后端盖上装有电刷组件，有电刷、电刷架和电刷弹簧组成。电刷的作用是将电源通过集电环引入磁场绕组。五 电刷架
第四节、交流发电机工作特性
交流发电机的工作特点是转速变化范围大，对于一般汽油发动机来说，其转速变化约为1：8，柴油机约为1：5，因此分析汽车用交流发电机的特性必须以转速的变化为基础。交流发电机的特性有输出特性（负载特性）、空载特性和外特性，其中以输出特性最为重要。输出特性
输出特性是指在发电机端电压U不变的情况下（对12V系列的交流发电机规定为14V），输出电流与转速之间的关系，即U=常数时，I＝f（n）的函数关系。由特性曲线I=f（n）可以看出 （1）空载转速n1
发电机转速小于一定值n1时，对外输出电流为零。当发电机达到额定电压并能对外输出电流时的最小转速为n1，称n1为空载转速。空载转速常用来作为选择发电机与发动机转速比的主要依据。输出特性
(2)额定转速n
2发电机达到额定电流IA时的转速定为额定转速，图中用n2表示，额定电流一般定为最大
输出电流的2／3。
空载转速与额定转速是测试交流发电机性能的重要依据。输出特性
发电机出厂时，通过试验，规定了空载转速与额定转速。在使用过程中，可通过检测这两个数据来判断发电机性能的好坏。由特性曲线I=f（n）可以看出 （3）最大电流Imax
发电机输出电流能力随转速的升高而增大，但是曲线越来越平坦，当转速达到一定值时，无论转速增加多少电流都不再增加，即一定结构的发电机输出最大电流Imax有一定限制。由此可见，交流发电机自身具有限制输出电流防止过载的能力，又称为自我保护能力。交流发电机自我限流的原理
交流发电机定子绕组具有一定的阻抗Z，它由绕组的电阻r及感抗XL两部分组成，XL＝2лfL=лpnL/30
交流发电机自我限流的原理
由于XL 与n成正比，故发电机定子绕组的阻抗Z随发电机的车速升高而增加。高速时，由于R与XL相比可忽略不计，故阻抗Z约等于XL，定子阻抗Z与转速n成正比，其值较大，产生较大的内压降。
定子电流增加时，由于电枢反应的增强，也会使感应电动势下降。(所谓电枢反应是指定子电流形成的磁场对转子磁场有去磁作用）
两者共同作用的结果，当发电机的转速升高且负载电流达到最大值时，输出电流几乎不随负载电阻的减小或转速的增加而增大。交流发电机自我限流的原理结论 结论
发电机电压（输出）一定时，发电机电流存在最大值。（无论转速多高）即发电机功率存在最大值。
限制发电机输出功率，只要限制发电机输出电压即可。
限制输出电压后，发电机转速增加，不会出现由于电流过高，烧坏发电机的情况。如果发电机电压过高通常会损坏用电设备。空载特性
空载特性是研究发电机在空载运行时，其端电压随转速变化的关系，即I＝0时，U=f（n）的曲线，如图 外特性
外特性是研究当发电机转速一定时，其端电压与输出电流的关系，即n=常数时，U=f（I）的曲线，如图所示。外特性
从外特性曲线可以看出发电机电压受负载影响的程度：
如果发电机在高速运转时，突然失去负载，发电机电压会突然升高，致使发电机及调节器等内部电子元件有被击穿的危险。第五节 交流发电机的电压调节器 电压调节器的分类电压调节器的调压原理
电子（晶体管）调节器结构与工作原理电子调节器应用实例 交流发电机的电压调节器
由于交流发电机的转子是由发动机通过皮带驱动旋转的，因此交流发电机转子的转速变
化范围非常大，这样将引起发电机的输出电压发生较大变化，无法满足汽车用电设备的工作要求。
为了满足用电设备恒定电压的要求，交流发电机必须配用电压调节器，使其输出电压在发动机所有工况下基本保持恒定。
一、电压调节器的分类
交流发电机电压调节器按工作原理可分为： 触点（振动）式电压调节器 晶体管调节器 集成电路调节器 电脑控制调节器 触点式电压调节器
触点式电压调节器应用较早，这种调节器触点振动频率慢，存在机械惯性和电磁惯性，电压调节精度低，触点易产生火花，对无线电干扰大，可靠性差，寿命短，现已被淘汰。晶体管调节器
随着半导体技术的发展，采用了晶体管调节器。其优点是：三极管的开关频率高，且不产生火花，调节精度高，还具有重量轻、体积小、寿命长、可靠性高、电波干扰小等优点，现广泛应用于东风、解放及多种中低档车型。集成电路调节器
集成电路调节器除具有晶体管调节器的优点外，还具有超小型，安装于发电机的内部（又称内装式调节器），减少了外接线，并且冷却效果得到了改善，现广泛应用于桑塔纳。奥迪等多种轿车车型上。电脑控制调节器
电脑控制调节器是现在轿车采用的一种新型调节器，由电负载检测仪测量系统总负载后，向发电机电脑发送信号，然后由发动机电脑控制发电机电压调节器，适时地接通和断开磁场电路，即能可靠地保证电器系统正常工作，使蓄电池充电充足，又能减轻发动机负荷，提高燃料经济性。如上海别克、广州本田等轿车发电机上使用了这种调节器。电压调节器选配
在使用过程中，对于晶体管调节器，最好使用汽车说明书中指定的调节器，如果采用其他型号替代，除标称电压等规定参数与原调节器相同外，代用调节器必须与原调节器的搭铁形式相同，否则，发电机可能由于励磁电路不通而不能正常工作。对于集成电路调节器，必须是专用的，是不能替代的。
二、电压调节器的调压原理
由交流发电机的工作原理我们知道，交流发电机的三相绕组产生的相电动势的有效值
Eφ==Ce*Ф*n（V）
这里Ce为发电机的结构常数，n为转子转速，Ф为转子的磁极磁通，也就是说发电机所产生的感应电动势与转子转速和磁极磁通成正比。
二、电压调节器的调压原理
当转速升高时，Eφ增大，输出端电压UB升高，当转速升高到一定值时（空载转速以上），输出端电压达到允许极限，要想使发电机的输出电压UB不再随转速的升高而上升，只能通过减小磁通Ф来实现。又磁极磁通Ф与励磁电流If成正比，减小磁通Ф也就是减小励磁电流If。
二、电压调节器的调压原理
交流发电机调节器的工作原理是：当交流发电机的转速升高时，调节器通过减小发电机的励磁电流If来减小磁通Ф，使发电机的输出电压UB保持不变。
触点式电压调节器通过触点开闭，接通和断开磁场电路，来改变磁场电流If大小；晶体
管调节器、集成电路调节器等利用大功率三极管的导通和截止，接通和断开磁场电路，来改变磁场电流If大小。
四、晶体管调节器结构与工作原理
晶体管调节器有多种型式，其电路各不相同，但一般采用整体封装型式，不可拆卸，不能维修，只能整体更换。
这里向大家介绍晶体管（电子）调节器的基本电路，实际电路要复杂的多，但工作原理可用基本电路工作原理去理解。电子调节器的基本电路
晶体管调节器又称为电子调节器，图2－29所示为电子调节器的基本电路：基本电路是由三只电阻R1、R2、R3，两只三极管VT1、VT2，一只稳压二极管VS和一只二极管VD组成。电子调节器的基本电路（视频）电子调节器的基本电路
检测电路：电阻R1和R2组成一个分压器，检测发电机电压。比较电路:检测的电压与稳压管电压比较
开关电路：大于14V，VT1饱和导通，反之截止。功放电路：复合三级管 电子调节器的基本电路
VD是续流二极管；磁场绕组由接通转为断开状态时（F端为+，B端为－），经二极管 VD构成放电回路，防止三极管VT2被击穿损坏
稳压管VS是感受元件，串联在VT1的基极电路中，并通过VT1的发射结并联于分压电阻R1的两端，以感受发电机的输出电压；
UR1电压加在稳压管VS上，R1的阻值是这样确定的,当发电机输出电压UB达到规定的调整值时（如桑塔纳为13．5—14．SV），UR1电压正好等于稳压管VS的反向击穿电压。具体实例：JFT106电子调节器的电路 JFT106型晶体管调节器
JFT106型调节器属于外搭铁式晶体管调节器，调节电压为13．8～14．6V，可与14V。750W的外搭铁式九管式交流发电机配套，也可与14V、功率小于1000W的外搭铁式六管交流发电机配套。
JFT106型晶体管调节器
VT2、VT3接成复合管，目的是提高放大倍数，其作用与前述基本电路中的VT2相同； VT1、VD3、R5的作用与前述基本电路相同； R6、R7、R8是偏流电阻；
R4是正反馈电阻，起提高三极管开关速度，延长三极管寿命的作用； R1、R2、R3组成分压器，R3是调整电阻。JFT106型晶体管调节器
C1、C1是降频电容，起降低三极管开关频率，提高三极管寿命的作用； VD1是VS1的温度补偿管;
VD2是分压二极管，防止VT2、VT3的误导通；
VS2起过压保护作用，限定发电机的输出电压不超出某定值，保护汽车上的用电设备不因瞬时过电压二损坏。
五、集成电路调节器
集成电路调节器也叫IC调节器，是根据使用要求，将电路中的若干元件集成在同一基片上，制成一个独立的电子芯片。集成电路调节器装于发电机内部，构成整体式交流发电机。发电机外部有2个或3个接线柱。
集成电路调节器的工作原理与晶体管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，使发电机的输出电集成电路调节器通常与整体式发电机相配。
集成电路调节器
第六节 交流发电机充电系的过压 过电压的产生过电压的保护 一过电压的产生
非瞬变性过电压瞬变性过电压 抛负载瞬变磁场衰减瞬变 点火系瞬变 切换电感性负载瞬变2 过电压的保护稳压管保护电路 缺点
可控硅过压保护电路
一、交流发电机与调节器的使用注意事项
交流发电机与调节器的结构简单，维护方便，若正确使用，不仅故障少而且寿命长；若使用不当，则会很快损坏。因此在使用和维护中应注意以下几点：
1． 蓄电池的极性必须是负极搭铁，不能接反。否则，会烧坏发电机或调节器的电子元件；
一、交流发电机与调节器的使用注意事项
2． 发电机运转时，不能用试火的方法检查发电机是否发电，否则会烧坏二极管；
3．整流器和定子绕组连接时，禁止用兆欧表或220V交流电源检查发电机的绝缘情况； 4． 发电机与蓄电池之间的连接要牢靠，如突然断开，会产生过电压损坏发电机或调节器的电子元件；
5． 一旦发现交流发电机或调节器有故障应立即检修，及时排除故障，不应再连续运转
一、交流发电机与调节器的使用注意事项
6． 为交流发电机配用调节器时，交流发电机的电压等级必须与调节器电压等级相同，交流发电机的搭铁类型必须与调节器搭铁类型相同，调节器的功率不得小于发电机的功率，7． 线路连接必须正确，目前各种车型调节器的安装位置及接线方式各不相同，故接线时要特别注意；
8． 调节器必须受点火开关控制，发电机停止转动时，应将点火开关断开，否则会使发电机的磁场电路一直处于接通状态，不但会烧坏磁场线圈，而且会引起蓄电池亏电；
二、交流发电机与调节器的维护
交流发电机在使用中，应定期进行以下检查：
1．检查发电机驱动带2．检查导线的联接3．检查运转时有无噪声4．检查是否发电 查发电机驱动带
检查驱动带的外观：用肉眼观看应无裂纹或磨损现象，如有则应更换。
检查驱动带的挠度：用100N的力压在带的两个传动轮之间，新带挠度约为5～10mm,旧带约为7～14mm。
检查导线的联接（1）接线是否正确；（2）接线是否牢靠；（3）发电机输出端接线螺丝必须加弹簧垫。检查是否发电
（1）观察充电指示灯的熄灭情况：若充电指示灯一直亮着，说明发电机或调节器有故障，也可能是充电指示灯线路有故障，应及时维修。（2）用万用表直流电压档测量电压：在发电机未转动时测量蓄电池端电压，并记录下来，起动发动机并将转速提高到怠速以上转速，测量蓄电池端电压，若能高于原记录，说明发电机能发电，若测量电压一直不上升，说明发电机或调节器有故障，应及时维修。发电机拆下解体检修
当发现发电机或调节器有故障需要从车上拆下检修时，首先关断点火开关及一切用电设备，拆下蓄电池负极电缆线，再拆卸发电机上的导线接头。关于发电机极调节器的维修、试验请参看实践课堂。
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