汽车发电机发电的原理。系统电压。充电系统是什么工作的？

汽车发电机原理　　由于交流发电机的转子是由发动机通过皮带驱动旋转的，且发动机和交流发电机的速比为1．7～3，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
　　1．交流发电机电压调节器按工作原理可分为：
　　（1）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。
　　（2）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。
　　（3） 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。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　（4） 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。
　　2．电子调节器按所匹配的交流发电机搭铁型式可分为：
　　（1）内搭铁型调节器：适合于与内搭铁型交流发电机所匹配的电子调节器称为内搭铁型调节器；
　　（2）外搭铁型调节器：适合于与外搭铁型交流发电机所匹配的电子调节器称为外搭铁型调节器。
　　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==CeФn（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，也就是说交流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。
　　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。
　　所以，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。
三、电子调节器结构与工作原理
　　电子调节器有多种型式，其电路个不相同，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。
　　1．外搭铁型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所示为外搭铁型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。
　　电阻R3既是VT1的分压电阻，又是VT2的负载电阻
　　电阻R1和R2组成一个分压器，分压器R1、R2两端的电压为发电机电压UB，R1上得分压为：
　　VT2是大功率三极管（NPN型），和发电机的磁场绕组串联，起开关作用，用来接通与切断发电机的励磁电路；
　　VT1是小功率三极管（NPN型），用来放大控制信号；
　　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。
　　2．外搭铁式电子节器的工作原理　　　　　　　　　　　　　
　　（1）点火开关SW接通，发电机电压UB＜蓄电池电动势时,VT1截止，VT2导通，蓄电池直接供电到磁场绕组。
　　磁场绕组电路为：
　　蓄电池正极→磁场绕组→调节器Ｆ接柱→三极管VT2→调节器Ｅ接柱→搭铁→蓄电池负极。
　　发电机电压随转速升高而升高。发电机他励
　　(2) 发电机电压虽然升高,但如果蓄电池电动势＜发电机输出电压UB<调节上限时,VT1继续截止，VT2继续导通，发电机自励且开始对外供电。
　　磁场绕组电路为：
　　发电机正极→磁场绕组→调节器Ｆ接柱→三极管VT2→调节器Ｅ→搭铁→发电机负极。
　　发电机电压随转速升高而继续升高。
　　(3)当发电机电压升高到等于调节上限U2时，调节器开始工作。
　　电阻R1、R2分压，UR1=UVS+Ube1，VS导通，VT1导通，VT2截止，磁场电路被切断，发电机输出电压迅速下降。
　　当发电机电压下降到等于调节下限U1时
　　电阻R1、R2分压减小，当UR1＜UW+Ube1，VS截止，VT1截止，VT2重新导通，磁场电路重新被接通，发电机电压上升。
　　发电机电压升到调节上限时，VT2就截止，磁场电路被切断，输出电压下降；降到等于调节下限U1时，磁场电路被接通，发电机电压上升，周而复始，发电机输出电压被控制在一定范围内。
　　配装电子调节器的发电机的输出电压上限U2和下限U1的差值很小，所以发电机的输出电压波动非常小，再加上电容的滤波，所以发电机的输出电压很稳定。
　　内搭铁式电子调节器基本电路见图3-30。原理与外搭铁式类似。 四、电子调节器应用实例
　　1． JFT106型晶体管调节器
　　（1）应用
　　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。
　　（2）外形
　　图2－31aJFT106型晶体管调节器外形图
　　图2－31a为解放CA1092型汽车用JFT106型晶体管调节器外形图，该调节器有“＋”、“F”和“一”三个接线柱，其中“＋”接线柱与发电机的“Fl”接线柱相接，“F”接线柱与发电机的“F2”接线柱相接，“一”接线柱搭铁。
　　（3）组成与原理
　　2－31b为 JFT106型晶体管调节器工作原理图，
　　和图2-33电子调节器的基本电路比较，组成JFT106型晶体管调节器电路的元件要多一些，但工作原理是相同的。
　　JFT106型晶体管调节器元件功用说明：
　　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，提高三极管寿命的作用；
　　R1、R2、R3组成分压器，R3是调整电阻。
　　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。
　　2．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，使发电机的输出电压保持恒定。
　　（1）集成电路调节器的检测电路
　　集成电路调节器，根据分压器R1、R2检测点位置不同可分为“发电机电压检测电路”和“蓄电池电压检测电路”两种型式。
　　①发电机电压检测电路见图3-32a。
　　分压器R1、R2从发电机输出端（D+ 端）得到电压，稳压管VS上的电压与发电机的输出电压成正比，所以该电路称为发电机电压检测电路（检测点在发电机上）。
　　发电机电压检测电路的优点：发电机到检测电路距离近，可不用导线连接，直接接在发电机输出端，连接可靠，不致使检测电路检测不到信号。
　　发电机电压检测电路的缺点：当发电机到蓄电池之间连接电阻大时，蓄电池充电电压会偏低，使蓄电池充电不足。
　　② 蓄电池电压检测电路图3-32b。　　分压器R1、R2从蓄电池输出端得到电压，稳压管VS上的电压和蓄电池端电压成正比，所以该电路称为蓄电池电压检测电路（检测点在蓄电池上）。
　　蓄电池电压检测电路优点：直接检测蓄电池端电压来控制发电机的输出，可使蓄电池的充电电压有保证。
　　蓄电池电压检测电路的缺点：当蓄电池和发电机之间的连接不可靠时，会使发电机失控。
　　（2）集成电路调节器应用举例
　　图2－33a所示为天津夏利轿车发电机使用的集成电路调节器外形图，该发电机为整体式交流发电机，调节器为内装式外搭铁型。
　　该调节器有6个接线端子F、P、E三个端子用螺钉直接和发电机连接，B端用螺母固定在发电机的输出端子“B”上，IG、L两个端子佣金属线引到调节器的外部接线插座上。
　　图2－33b为夏利轿车调节器电路连接图
　　①磁场电流控制：VT2是大功率三极管，和磁场串联，由集成片IC控制VT2的导通和截止，从而控制磁场电路通断，使发电机电压得到控制。
　　②充电指示灯：充电指示灯串接在VT1集电极上，VT1导通充电指示灯亮，VT1截止充电指示灯熄灭。在集成片IC中有控制VT1导通和截止的电路，控制信号由p点提供，p点提供的是发电机单相电压的交流信号，其信号幅值大小可反映发电机输出电压高低。
　　当发电机输出电压低于蓄电池电压时，IC中控制电路使VT1导通，充电指示灯亮，当发电机输出电压高于蓄电池电压时，IC中控制电路使VT1截止，充电指示熄灭。
　　　　3．发动机电脑控制的调节器
　　图2-34为广州本田雅阁轿车直列4缸发动机配用的发电机调节器电路图，发电机整流器为八管。调节器为内装式外搭铁型，由发电机电脑控制。
　　在汽车电路中有一个负载检测仪，检测电路中总电流负载大小，送信号导电脑，调节器C接线端子送发电机电压信号到电脑，电脑根据这两个信号判断磁场电路应该接通还是断开，输出控制信号到FR端子，驱动调节器的控制电路，适时地接通和断开磁场绕组电路，以此控制发电机的输出电压。

隋着汽车技术的进步，汽车的用电量越来越高。20年前，中级轿车的发电机输出功率一般只有500瓦左右，现在一般中级轿车发电机都在1000瓦左右。发电机功率的增加是随着车上用电设备增加而增加的。现在汽车上的发电机都是风冷式发电机，由皮带轮后的风扇吹风进入机壳进行冷却。在现有风冷式发电机构造的限制下，功率的增加必然会导致发电机体积的加大。

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
　　（1）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 （EQ140用）
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　　（2）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是CS型发电机（包括CS—121、CS—130和CS—144三种不同的型号）
　　（3）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) 例JFZB292发电机。
　　（4）无刷交流发电机(不需要电刷的发电机) 例JFW1913
　　（5）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
　　（1）六管交流发电机 例JF1522（东风汽车用）
　　（2）八管交流发电机 例JFZ1542（天津夏利汽车用）
　　（3）九管交流发电机 例（日本日立、三凌、马自达汽车用）
　　（4）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
　　（1）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）
　　（2）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，例：1表示12V系统，2表示24V系统，6表示6V系统
　　3. 电流等级代号
　　电流等级代号也用一位阿拉伯数字表示
　　4. 设计序号
　　设计序号用1～2位阿拉伯数字表示，表示产品设计的先后顺序。
　　5. 变形代号
　　交流发电机以调整臂位置作为变形代号，从驱动端看，调整臂在左边用Ｚ表示，调整臂在右端用Ｙ表示，调整臂在中间不加标记。

汽车发电机分为两种，一种是永磁三相发电机，只要汽车启动后发动机转速达到1200转/每分钟就能够放电。另外一种是自并励磁三相发电机，刚刚开始启动时使用汽车电瓶提供励磁电流，发动机转速达到1200转以后使用自己发电励磁。
汽车系统电压分为两种，一种是12伏另一种24伏。
充电系统是依靠充电控制器工作的。

整体交流发电机的工作原理
当外电路通过电刷使励磁绕组通电时，便产生磁场，使爪极被磁化为N极和S极。当转子旋转时，磁通交替地在定子绕组中变化，根据电磁感应原理可知，定子的三相绕组中便产生交变的感应电动势。这就是交流发电机的发电原理。
由原动机（即发动机）拖动直流励磁的同步发电机转子，以转速n(rpm)旋转，三相定子绕阻便感应交流电势。定子绕阻若接入用电负载，电机就有交流电能输出，经过发电机内部的整流桥将交流电转换成直流电从输出端子输出。
交流发电机分为定子绕组和转子绕组两部分，三相定子绕组按照彼此相差120度电角度分布在壳体上，转子绕组由两块极爪组成。当转子绕组接通直流电时即被励磁，两块极爪形成N极和S极。磁力线由N极出发，透过空气间隙进入定子铁心再回到相邻的S极。转子一旦旋转，转子绕组就会切割磁力线，在定子绕组中产生互差120度电度角的正弦电动势，即三相交流电，再经由二极管组成的整流元件变为直流电输出。
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。