汽车交流发电机电压调节器原理

电工技术 2020-01-12 11:51:57

交流发电机端电压受转速和负载变化的影响较大，因此必须配用电压调节器来控制电压。电压调节器的功用是：在发动机转速和发电机上的负载发生变化时自动控制发电机的输出电压，使其保持恒定，防止发电机的电压过高而造成用电设备的损坏和蓄电池过充电，同时也防止发电机电压过低而导致用电设备不能正常工作和蓄电池充电不足。

1.电压调节原理

根据电磁感应原理，发电机的感应电动势为EΦ＝C1nΦ，其中C1为常数，因此，交流发电机端电压的高低，取决于转子的转速n和磁极磁通Φ。要保持电压恒定，在转速n升高时，应相应减弱磁通Φ，这可以通过减少励磁电流来实现；在转速n降低时，应相应增强磁通Φ，这可以通过增大励磁电流来实现。

2.电压调节器的类型

交流发电机电压调节器分为触点式和电子式调节器两大类。电子式又分为晶体管式和集成电路式，基本原理都是通过改变励磁电流的大小来控制电压的。触点式电压调节器结构复杂，质量和体积大，触点易烧蚀，寿命短，对无线电干扰大，触点开闭动作迟缓，可靠性不高，目前已被淘汰。

3.晶体管式电压调节器

晶体管式电压调节器是利用晶体管的开关特性，控制发电机的磁场电流，使发电机的输出电压保持恒定的。下面以JFT106型晶体管电压调节器为例进行分析。

JFT106型晶体管电压调节器属于外搭铁型电压调节器，其电路原理图如图1-26所示。该调节器共有“＋”、“F”和“－”三个接线柱，其中“＋”接线柱与发电机磁场绕组的“F2”接线柱连接后经熔断器接至点火开关，“F”接线柱与发电机磁场绕组的“F1”接线柱连接，“－”接线柱搭铁。该调节器由电压敏感电路和两级开关电路组成。

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图1-26 JFT106型晶体管调节器电路原理图

电路中R1、R2、R3和稳压管VD1构成了电压敏感电路，稳压管VD1为稳压元件，R1、R2、R3为构成分压器，将交流发电机的端电压进行分压后加在稳压管VD1的两端；随时检测发电机端电压的变化。当稳压管VD1上的电压低于稳压管VD1的稳压值时，VD1稳压管截止；当稳压管VD1上的电压高于稳压管VD1的稳定电压时，稳压管VD1导通。可见，电压敏感电路检测出交流发电机端电压的变化。晶体三极管VT6、VT7、VT8组成复合大功率三级开关电路，利用其开关特性控制磁场电路的接通或断开。

(1)接通点火开关，起动发动机，蓄电池通过分压器R1、R2、R3将电压加在稳压管VD1两端，当电压低于稳压管VD1的稳定电压值，VD1截止，则VT6截止，VT7、VT8导通，蓄电池经大功率三极管VT8供给励磁电流，励磁电路为：蓄电池“+”→点火开关S→调节器磁场接线柱F2→发电机磁场绕组→调节器磁场接线柱F1→VT8→搭铁→发电机负极。由蓄电池提供发电机的励磁电流，他励状态。

(2)发动机转速逐渐升高，发电机转速随之逐渐升高。当发电机端电压高于蓄电池端电压时，发电机给用电设备供电，并且给蓄电池充电，励磁回路也由发电机供电，由他励转为自励。由于此时转速较低，加在稳压管VD1两端的电压仍低于稳压管VD1的稳定电压值，VD1依然截止，输出电压未达到调节电压值，VT6仍然截止，VT7、VT8仍然导通，发电机的端电压可以随转速和自励电流的增大而升高，逐渐提高输出电压。

(3)发动机转速进一步升高，直到转速升至一定值使输出电压达到调压值时，经分压器加至稳压管VD1两端的电压达到稳定电压值，VD1反向击穿导通，使VT6导通，VT7、VT8截止，断开了励磁电路，发电机端电压下降。当发电机端电压下降到调压值以下时，经分压器加至稳压管VD1两端的电压又低于稳定电压值，使VT6再次截止，VT7、VT8再次导通，再次接通了励磁电路，发电机端电压又上升。如此循环反复，调控发电机的端电压保持恒定。

4.集成电路电压调节器

集成电路电压调节器简称IC电压调节器，是将二极管、三极管的管心都集成在一块基片上，这样就实现了电压调节器的小型化，将其装在发电机内部，减少了外部线，缩小了整个充电系统的体积。

夏利汽车发电机内装集成电压调节器及充电系统电路如图1-27所示。该发电机调节器装于发电机内部，构成整体式交流发电机。

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图1-27 夏利轿车用整体式交流发电机电路原理图

调节器工作过程如下：T1控制励磁回路的接通和断开；T2控制充电指示灯的接通和断开。调节器根据各个检测点的信号控制T1、T2的基极电压。

(1)点火开关S接通且发动机起动时，蓄电池端电压经接线柱IG输入单片集成电路，使三极管T1、T2均有基极电流流过，T1、T2同时导通。T1导通，发电机由蓄电池进行励磁，磁场绕组中有电流流过，电流流向为：蓄电池“+”→接线柱B→磁场绕组→T1→搭铁→蓄电池“—”；T2导通时，充电指示灯亮，充电指示灯电路为：蓄电池“+”→点火开关S→充电指示灯→T2→搭铁→蓄电池“—”。

(2)发动机运转后，发电机输出电压逐渐升高，发电机由他励转为自励，并向蓄电池充电。P点检测的是定子绕组的输出电压，反映发电机的输出电压情况。由P点输入单片集成电路的发电机的输出电压，发电机运转后，输出电压逐渐升高，直到高于蓄电池电压而小于调节电压时，使三极管T1继续导通，T2截止。T1导通，磁场绕组中仍有电流流过，发电机的端电压可以随转速和自励电流的增大而升高，提高输出电压，励磁电路与上述相同；T2截止，故充电指示灯会熄灭，表示发电机工作正常。

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