交流发电机调节器

1. 交流发电机调节器的功用

发电机电压调节器的功用是在发电机转速变化时，自动控制发电机输出电压，使其保持恒定，防止发电机电压过高而烧坏用电设备或者蓄电池过量充电，同时也防止发电机电压过低而导致用电设备工作失常或者蓄电池充电不足。

由式(2.4)知交流发电机每相绕组产生的电动势为:

对于既定的发电机，其中K、P、N为常数，则

式中 ke——发电机常数。

即EΦ与发电机的转速n和每极磁通Φ的乘积成正比。汽车在行驶中，其发动机转速是经常改变的，致使发电机的转速也随之改变，故发电机的输出电压也必然是随转速的变化而变化的。 这与用电设备和蓄电池充电要求电压恒定是相互矛盾的。 因此，发电机必须具有调节电压的装置，即电压调节器。

2. 电压调节原理

由式(2.6)可知，感应电动势与发电机转速和磁通的乘积成正比，发电机转速随发动机转速变化而在很大范围内变化。 如果要在转速变化时维持发电机电压恒定，就必须相应地改变磁极磁通。 而磁极磁通的多少取决于磁场电流的大小，所以在发电机转速变化时，只要自动调节磁场电流，就能使发电机电压保持恒定，而电路中电流的大小可以通过连入电路中的电阻的不同而改变。 电压调节器就是利用改变励磁电流的大小而改变磁极磁通大小的原理来调节发电机电压的。

3. 交流发电机调节器的分类

汽车发电机电压调节器的种类繁多，形式各异，按其结构特点和工作原理大致可分为机械电磁振动式(触点式)和电子式调节器两大类。

(1)触点式调节器。

触点式调节器是通过一对或两对触点的反复开闭改变磁场电路的电阻来调节磁场电流的。

1)按触点的对数分可分为单级式和多级式。

单级式:只有一对触点，如FT111型调节器。

双级式:有两对触点，如FT61型调节器。

2)按组成的联数分可分为单联式和多联式。

单联式:有一组电压调节器，如FT61型调节器。

双联式:有电压调节器的同时，还有一组磁场继电器或充电指示灯继电器，如FT61A型调节器。

(2)电子式调节器。

电子调节器是利用晶体管的开关作用，使磁场电路接通和断开来调节磁场的平均电流而进行调压的。

1)按结构形式分可分为晶体管式、集成电路电压调节器和数字式。

晶体管式:即利用分立电子元件组成的调节器，如JFT106型电子调节器。

集成电路电压调节器:即利用集成电路(IC)组成的调节器，如奥迪100和上海桑塔纳等轿车的调节器。

数字式:是由发动机电脑控制的调节器，如广州本田车上用的传感器。

2)按安装方式分可分为外装式和内装式。

外装式:即与交流发电机分开安装的调节器，如JFT106型调节器。

内装式:即安装在交流发电机上的调节器。 一般是集成电路电压调节器，如上海桑塔纳等车的调节器。

3)按搭铁形式可分为内搭铁式和外搭铁式。

内搭铁式:与内搭铁型交流发电机配套工作的电子调节器，如JFT126A型调节器。

外搭铁式:与外搭铁型交流发电机配套工作的电子调节器，如JFT106型调节器。

4. 交流发电机电压调节器的型号

根据《汽车电气设备产品型号编制方法》(QC/T73—1993)规定，发电机调节器的产品型号编制方法如下:

(1)产品代号:交流发电机调节器的产品代号有“FT”和“FTD”两种，分别表示发电机调节器和电子调节器。

(2)电压等级代号:与交流发电机相同，见表2.1所示。

(3)结构形式代号:结构形式代号用一位阿拉伯数字表示，见表2.3。

表2.3 交流发电机调节器的结构形式代号

(4)设计序号:按产品设计先后次序，以1～2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(不能用O和I)。

例如，FT126C表示12V的双联电磁振动式调节器，第6次设计，第3次变型。

5. 触点式电压调节器

触点式电压调节器，有单级式和双级式之分，其基本原理是利用触点开闭改变励磁绕组所在电路的电阻大小，使发电机产生的电压稳定在用电设备所需范围内。 目前触点式电压调节器已被淘汰，所以在这里不详细说明。

6. 晶体管电压调节器

(1)晶体管式调节器的优点。

晶体管电压调节器采用电子元件和无触点电子开关代替了触点振动式调节器中的线圈、弹簧和触点等机械部件，由于电子元件及电子开关克服了很多触点式电压调节器的弊端，工作可靠，调节精度高，寿命长，所以晶体管调节器已被大量用于各国车用交流发电机上

(2)晶体管调节器的基本结构。

晶体管电压调节器是利用晶体管的开关作用，控制发电机磁场电路的通断，来改变励磁绕组所在电路的电流变化，从而使发电机电压保持稳定。 现在国内外晶体管电压调节器的电路设计原理大致相同，结构也基本相同，都是由稳压管、二极管、晶体管、电阻、电容器等元件组成，连成电路，外壳由薄而轻的铝合金制成，表面有散热片，总成不可拆卸。

(3)晶体管电压调节器的工作原理。

现以JFT106型电压调节器为例来进行讲解。

1)JFT106型电压调节器的组成。解放CA1091型汽车装用的JFT106型晶体管电压调节器为14V负极外搭铁。 它可以配用14V、750W的九管交流发电机，也可用于14V、功率小于1000W的六管交流发电机。调节电压为13.8～14.6V，图2.31所示为这种调节器的原理图。

图2.31 JFT106型电子电压调节器原理图

图中各元件的作用如下:

VD4——稳压管，起过压保护作用。可对发电机负荷突然减小或蓄电池接线突然断开时，发电机所产生的正向瞬变过电压进行吸收，并可利用其正向导通特性，对开关断开时电路可能产生的反向瞬变电压进行吸收，防止调节器或其他电子设备中的电子元器件损坏。

C1、C2——降频电容器，其作用是保证电容器两端电压不能突变，因此，分压电阻R1两端的电压不会发生突变，这就推迟了稳压管导通与截止的时间，从而降低晶体管的开关频率，减小晶体管的开关次数，延长调节器的使用寿命。

VD1——为温度补偿二极管，其电压温度系数为负值，而稳压管VD5的电压温度系数为正值，故起温度补偿作用，使晶体管VT1的导通和截止时刻不受温度的影响，从而提高了调节器的热稳定性。

R4——正反馈电阻，其作用是提高晶体管的开关速度，延长调节器的使用寿命，同时还可提高调节器的灵敏度，使调节器更加稳定。

R5——VT1集电极负载电阻。

VD3——续流二极管，它与发电机励磁绕组反向并联，当VT3截止时，可使发电机励磁绕组中产生的自感电动势经它与励磁绕组自成回路，避免VT2、VT3损坏。

这种电压调节器由电压信号检测电路、信号放大控制电路、功率放大电路三部分组成。

电阻R1、R2、R3、二极管VD1及稳压管VD5组成信号检测电路，电阻R2和R3并联后与R1串联构成分压电路，直接监测发电机输出电压U的变化，从分压电阻R1上取出发电机输出电压U的一部分UR1作为调节器的输入信号电压，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。

晶体管VT1和R5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，控制复合晶体管VT2、VT3导通与截止。

复合晶体管VT2、VT3构成功率放大电路。

2)JFT106型电压调节器的工作过程。 当接通点火开关时，蓄电池电压通过分压电路便加在稳压管VD5上，此时，R1上的分压值低于稳压管VD5的反向击穿电压，故VD5截止，晶体管VT1没有基极电流而截止。R5、VD2、R7构成串联电路，R7上的电压便加在VT2的基极上，使VT2获得基极电流而导通，VT3也导通。这时蓄电池经大功率晶体管VT3供给励磁电流，使发电机处于他激状态，建立电动势。

发动机带动发电机，其转速逐渐升高，当发电机端电压高于蓄电池端电压时，发电机就由他励转为自励的正常发电过程。由于此时发电机转速尚低，输出电压未达到调节电压时，VT1仍然截止，VT2、VT3仍然导通。因此，发电机的端电压可以随着转速和自励电流的增大而升高，逐渐提高输出电压。

当转速增至一定值时，发电机端电压升高到超过规定值，R1的分压值大于稳压管VD5的反向击穿电压，则稳压管VD5导通，VT1有基极电流而导通，其集电极电位接近于零而使VT2、VT3截止，切断了发电机的磁场电流，使得发电机输出电压下降。

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VD5两端的反向电压又低于稳定电压值，使VT1又截止，VT2、VT3又导通，又一次接通了励磁电路，发电机端电压又上升。如此循环下去，就能自动调控发电机的端电压恒定在调压值上。

7. 集成电路电压调节器

(1)集成电路电压调节器的结构特点。

集成电路电压调节器也叫IC调节器，是根据要求，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，构成整体式发电机。 发电机外部有两个或者三个接线柱。

(2)集成电路电压调节器的优点:

1)体积、重量更小，故可直接装在发电机内部或壳体上成为整体式交流发电机的一个零件，这样可省去调节器与发电机的连接线，减少了线路损失，使调节精度更高。

2)由于取消了外接线路，发生故障的可能性更小，且无需做任何保养，性能十分可靠。

3)耐高温性能好，可在130℃的高温下正常工作。

4)更加耐振，寿命更长。

集成电路电压调节器的基本工作原理与晶体管调节器完全一样，都是利用晶体管的开关特性控制发电机的磁场电流来达到稳定发电机输出电压的目的。 同样也有内搭铁和外搭铁之分，而且以外搭铁居多。

8. 数字式电压调节器

电脑控制调节器是在轿车上采用的一种新型调节器，由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，适时地接通和断开励磁电路，既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，提高燃油经济性，这里主要以本田雅阁数字式电压调节器为例进行说明，如图2.32所示。

(1)电路图。

图2.32是广州本田雅阁轿车直列4缸数字式电压配用的数字式电压调节器电路图，发电机整流器为八管。 调节器由发电机电脑控制。 调节器的内部有“P”“F”“E”3个接线柱，在调节器的外部有“B”“C”“IG”“L”“FR”5个接线柱，其中“P”端接发电机定子绕组某一相上，该点电压为硅整流发电机输出直流电压的一半；“F”与励磁绕组相连，调节器由此端子控制励磁绕组所在电路通断；“E”为搭铁端；“B”为发电机输出端接线柱；“IG”接点火开关；“L”接充电指示灯；“C”接发动机电脑，发动机电脑通过该接线柱对发电机的发电量进行控制；“FR”也接发动机电脑，发动机电脑通过该端子检测发电机的发电情况。

图2.32 广州本田雅阁数字式电压调节器电路图

(2)调节原理。

在汽车电路中有一个负载检测仪，检测电路中负载总电流的大小，并把信号送给电脑，调节器“FR”接线端子把发电机电压信号送到电脑，发动机电脑根据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“C”端子，驱动调节器的控制电路，适时地接通和断开励磁绕组电路，以此控制发电机的输出电压。

调节过程如下:当发电机接通“F”与“E”端的搭铁电路，发电机励磁绕组电流增大；随着发电机电压升高到蓄电池标准电压以上或者是负载信号电压接近蓄电池标准电压时，该端子电压等于蓄电池的端电压，当此电压达到规定的调节电压时，调节器断开“F”与“E”端的搭铁电路，切断励磁绕组电流。 由此获得发动机电脑对发电机发电量的精确控制，减少发动机的机械负载并提高汽车的燃油经济性。