交流发电机及电压调节器

交流发电机及电压调节器
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交流发电机及电压调节器
来源：中国汽车电机网 作者：管理员 发布时间：2007-07-10
汽车使用的电源有蓄电池和发电机两种。现代汽车采用交流发电机作为主要电源，蓄电池作
为辅助电源。在汽车行驶过程中，由发电机向用电设备提供电源，并向蓄电池充电。蓄电池
在汽车起动时提供起动电流，当发电机发出电量不足时，可以协同发电机供电。
与直流发电机相比，具有如下几个特点：
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体积小，质量轻

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在发动机低速运转时，仍能进行充电

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故障少，使用寿命长，保修简便

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调节器结构简单

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很少产生干扰波

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交流发电机的构造

交流发电机的工作原理
1.发电原理：在汽车用交流发电机中，由于转子磁极是鸟嘴形，其磁场的分布近似于正弦规
律，所以交流电动势也近似于正弦波形，相位差互为120度。
2.整流原理：:硅二极管具有单向导电性。
在某一瞬间，正极二极管上那一项的电压最高，那一项的正极管子就获得正向电压而导
通。负极管上那一项的电压最低，那一项的负极管子就获得正向电压而导通。
实际上，在汽车交流发电机中选用的二极管，其允许的反向电压要高得多，可以承受电
路中各种瞬时过电压对二极管的冲击。
3.励磁方法
汽车用交流发电机最常用的是九管的交流发电机，也就是具有九个硅二极管的发电机。
其中六个硅二极管组成整流器，利用二极管的单向导电性将交流发电机产生的交流电压转变
成直流电压，另外三个二极管提供通过发电机中的励磁绕阻的电流，称为励磁二极管。九管
交流发电机不仅可以控制充电指示灯指示蓄电池的充电情况，指示充电系统是否发生故障，
还可以在停车时，提醒驾驶员断开点火开关。

由于二极管有0.6v的门坎电压，所以汽车用交流发电机只有在发电机在较高转速的时候
才能自己发电，称为自励过程。当发电机的转速较低时，由蓄电池供给电流，称为他励过程。
因此，交流发电机发电，要先经过他励过程，再经过自励过程。工作原理如下：
当开关闭合后，首先由蓄电池提供电流。电路为：
蓄电池正极→充电指示灯→调节器触点→励磁绕阻Rf→搭铁→蓄电池负极。此时，充电
指示灯由于有电流通过，所以灯会亮。
但发动机起动后，随着发电机转速提高，发电机的端电压也不断升高，。当发电机的输
出电压与蓄电池电压相等时，发电机“B”端和“Ｄ”端的电位相等，此时，充电指示灯由于两端
电位差为零而熄灭。指示发电机已经正常工作，励磁电流由发电机自己供给。发电机中三相
绕阻所产生的三相交流电动势经六只二极管整流后，输出直流电，向负载供电，并向蓄电池
充电。
当发电机高速运转、充电系统发生故障而导致发电机不发电时，“Ｄ”端无电压输出，所以
充电指示灯由于两端电位差增大而发亮，警告驾驶员及时排除故障。九管交流发电机在停车
后，蓄电池向充电指示灯继续提供电流，则充电指示灯会一直亮，提醒驾驶员断开点火开关。
交流发电机的工作特性
汽车交流发电机的工作特点是转速变化范围大，因此，必须了解其输出电流、端电压与
转速变化之间的关系，即交流发电机的工作特性。
1.输出特性：发电机的端电压不变，输出电流于发电机转速之间的关系。
发电机转速甚低时，其端电压低于额定电压，此时发电机不向外供电；当发电机空载时，
电压达到额定电压值的转速n1，称为空载转速。当发电机达到额定功率时的转速成为满载
转速n2。
说明：①只有当发电机转速高于n1时才可能向外供电。n1是选定发电机传动比的主要依据。
②满载转速是判断发电机技术性能的重要指标。
③当转速达到一定值时，其输出电流不在随转速升高而升高，因此具有限流的作用。
2.空载特性：发电机空载时，其端电压与转速之间的关系
说明：空载特性是判断发电机充电性能是否良好的重要依据
3.外特性：转速一定时,发电机的端电压与输出电流之间的关系。
当发电机在高速运转时，如果因外电路开路而突然失去负载，则其端电压将急剧升高，
这对发电机和晶体管调节器内的电子元件都是有害的。
交流发电机电子调节器
汽车在行驶过程中，由于发动机的转速随时都在变化，交流发电机的转速也之变化，因
此发电机输出电压必然随转速变化而变化。交流发电机电压调节器把交流发电机的电压控制
在一定的规定范围内，当发电机转速发生变化时，自动调节发电机输出电压并使电压保持恒
定,防止输出电压过高而损坏用电设备和避免蓄电池过量充电。
图10-2 外搭铁型电子电压调节器的基本电路
（一）调节器基本电路
外搭铁型电子调节器的基本电路如图1-2所示，有信号监测电路、信号放大与控制电路、
功率放大电路和保护电路四部分组成。
电阻R1和R2稳压管VS构成信号监测电路，电阻R1、R2串联在交流发电机输出端子“B”
和搭铁端子“E”之间,构成分压器，直接监测发电机输出电压U的变化。R1上的分压：

由此可见，发电机电压U升高时，分压电阻R1上的分压值UR1升高，反之，当发电机
电压U下降时，分压值UR1下降。
稳压二极管VS一端连接三极管VT1的基极，另一端接在分压电阻R1、R2之间，VS与
三极管VT1的发射极串联后再与分压电阻R1并联，从而监测发电机电压的变化，并控制
三极管VT1的导通与截止。
三极管VT1和电阻构成信号放大与控制电路，其作用是将电压监测电路输入的信号进行
放大处理后，控制功率三极管VT2导通与截止。电阻既是三极管VT1的负载电阻，又是功
率三极管VT2的偏流电阻。三极管VT1为小功率三极管，接在大功率三极管VT2的前一级，
起功率放大作用，也称为前级放大电路。
功率三极管VT2通常采用达林顿三极管构成功率放大电路，VT2为型大功率三极管，串
联在励磁绕组与搭铁端之间，这是外搭铁型调节器的显著特点。励磁绕组的电阻是VT2的
负载电阻。VT2导通时，励磁电路接通，有励磁电流；VT2截止时，励磁电流被切断。因
此，通过控制三极管的导通与截止，就可以改变励磁电流使发电机输出电压稳定。
续流二极管VD构成保护电路，其功用是防止励磁绕组产生的自感电动势击穿三极管而造
成损坏。
（二）电子电压调节器工作原理
电子电压调节器利用三极管的开关特性，将大功率三极管作为一只开关串联在发电机的
励磁电路中，根据发电机输出电压的高低，控制三极管导通与截止来调节发电机的励磁电流，
使发电机输出电压稳定在一定范围内。发电机电子电压调节器工作过程如下：
1．接通点火开关SW ，发电机电压U低于蓄电池电压时，蓄电池电压经过点火开关SW
加在分压电阻R1、R2两端。由于发电机电压低于调节电压上限值，稳压管VS处于截止状
态，VT1基极无电流流过，也处于截止状态。此时，蓄电池经点火开关、电阻向三极管VT2
提供基极电流，VT2导通并接通励磁电流，其电路为：
蓄电池正极→电流表→点火开关→熔断器→发电机端子→发电机磁场绕组→发电机磁场端
子→调节器磁场端子→三极管→调节器搭铁端子→发电机搭铁端子→发电机负极管→蓄电
池负极
此时，随着发电机转动，其电压也将随之上升。
2．当发电机电压上升到高于蓄电池电压但还低于调节电压上限U2时，发电机处于自励状
态。（励磁电流由发电机自己提供）
当发电机电压高于蓄电池电压但还低于调节电压上限时U2时，VS与VT1仍截止，VT2保
持导通。此时励磁电路为：
发电机定子绕组→正极管→发电机输出端子“B”→点火开关SW →熔断器 F3→发电机端
子“F1”→发电机励磁绕组 RF→发电机端子“F2”→调节器磁场端子“F”→三极管VT2→调节
器搭铁端子“E”→发电机搭铁端子“E”→发电机负极管→发电机定子绕组
3．当发电机电压随转速升高到调节电压上限时U2，VS，VT1导通，VT2截止，励磁电流
切断，发电机电压降低。
当发电机电压升高到调节电压上限U2时，此时VS导通，它的发射极几乎被短路，流过
电阻R3的电流经VT1集电极和发射极构成回路， VT2因无基极电流而截止，励磁电流被
切断，磁通迅速减小，发电机电压迅速下降。