汽車發電機工作原理是什么你真的清楚了嗎？汽車發電機是汽車的主要電源，其功用是在發動機正常運轉時（怠速以上），向所有用電設備（起動機除外）供電，同時向蓄電池充電。 在普通交流發電機三相定子繞組基礎上，增加繞組匝數并引出接線頭，增加一套三相橋式整流器。低速時由原繞組和增繞組串聯輸出，而在較高轉速時，僅由原三相繞組輸出。

汽車發電機工作原理

整體交流發電機的工作原理：當外電路通過電刷使勵磁繞組通電時，便產生磁場，使爪極被磁化為N極和S極。當轉子旋轉時，磁通交替地在定子繞組中變化，根據電磁感應原理可知，定子的三相繞組中便產生交變的感應電動勢。這就是交流發電機的發電原理。 由原動機（即發動機）拖動直流勵磁的同步發電機轉子，以轉速n（rpm）旋轉，三相定子繞阻便感應交流電勢。定子繞阻若接入用電負載，電機就有交流電能輸出，經過發電機內部的整流橋將交流電轉換成直流電從輸出端子輸出。 交流發電機分為定子繞組和轉子繞組兩部分，三相定子繞組按照彼此相差120度電角度分布在殼體上，轉子繞組由兩塊極爪組成。當轉子繞組接通直流電時即被勵磁，兩塊極爪形成N極和S極。磁力線由N極出發，透過空氣間隙進入定子鐵心再回到相鄰的S極。轉子一旦旋轉，轉子繞組就會切割磁力線，在定子繞組中產生互差120度電度角的正弦電動勢，即三相交流電，再經由二極管組成的整流元件變為直流電輸出。 當開關閉合后，首先由蓄電池提供電流。電路為： 蓄電池正極→充電指示燈→調節器觸點→勵磁繞阻→搭鐵→蓄電池負極。此時，充電指示燈由于有電流通過，所以燈會亮。 但發動機起動后，隨著發電機轉速提高，發電機的端電壓也不斷升高。當發電機的輸出電壓與蓄電池電壓相等時，發電機“B”端和“D”端的電位相等，此時，充電指示燈由于兩端電位差為零而熄滅。指示發電機已經正常工作，勵磁電流由發電機自己供給。發電機中三相繞阻所產生的三相交流電動勢經二極管整流后，輸出直流電，向負載供電，并向蓄電池充電。

汽車發電機原理圖解專業教程

一、發電機的功用

發電機是汽車的主要電源，其功用是在發動機正常運轉時（怠速以上），向所有用電設備（起動機除外）供電，同時向蓄電池充電。

二、發電機的分類

汽車用發電機可分為直流發電機和交流發電機，由于交流發電機在許多方面優于直流發電機，直流發電機已被淘汰，目前所有汽車均采用交流發電機，交流發電機按照不同的分類方法分為以下幾類：

1.按結總體結構分五類

（1）普通交流發電機（使用時需要配裝電壓調節器的發電機） 例JF132 （EQ140用）

插圖

（2）整體式交流發電機（發電機和調節器制成一個整體的發電機） 例別克轎車的發動機上裝配的是CS型發電機（包括CS—121、CS—130和CS—144三種不同的型號）如圖：

（3）帶泵交流發電機（和汽車制動系統用真空助力泵安裝在一起的發電機） 例JFZB292發電機。

（4）無刷交流發電機（不需要電刷的發電機） 例JFW1913

（5）永磁交流發電機（磁極為永磁鐵制成的發電機）

2.按整流器結構分四類

（1）六管交流發電機 例JF1522（東風汽車用）

（2）八管交流發電機 例JFZ1542（天津夏利汽車用）

（3）九管交流發電機 例（日本日立、三凌、馬自達汽車用）

（4）十一管交流發電機 例JFZ1913Z（奧迪、桑塔納汽車用）

3.按磁場繞組搭鐵形式兩分類

（1）內搭鐵型交流發電機 磁場繞組的一端（負極）直接搭鐵（和殼體相聯）

（2）外搭鐵型交流發電機 磁場繞組的一端（負極）接入調節器，通過調節器后再搭鐵。

三、交流發電機的型號

根據中華人民共和國汽車行業標準QC/T73-93《汽車電器設備產品型號編制方法》的規定，汽車交流發電機型號組成如下：

（插圖無命名）

1. 產品代號

產品代號用中文字母表示，例：JF——普通交流發電機 JFZ——整體式（調節器內置）交流發電機 JFB——帶泵的交流發電機 JFW——無刷交流發電機

2. 電壓等級代號

電壓等級代號用一位阿拉伯數字表示，例：1表示12V系統，2表示24V系統，6表示6V系統

3. 電流等級代號

電流等級代號也用一位阿拉伯數字表示，其含義如下表所示：

表2-1 電流等級代號

4. 設計序號

設計序號用1～2位阿拉伯數字表示，表示產品設計的先后順序。

5. 變形代號

交流發電機以調整臂位置作為變形代號，從驅動端看，調整臂在左邊用Ｚ表示，調整臂在右端用Ｙ表示，調整臂在中間不加標記。

注：進口發電機不符合上述標準。

汽車發電機原理專業教程（二）

一、交流發電原理

交流發電機的發電原理如圖2-2所示。

圖2-2交流發電機發電原理

1.在發電機內部有一個由發動機帶動轉子（旋轉磁場）

2.磁場外有一個定子繞組， 繞組有3組線圈（3相繞組），3相繞組彼此相隔120度

3.當轉子旋轉時，旋轉的磁場使固定的電樞繞組切割磁力線（或者說使電樞繞組中通過的磁通量發生變化）而產生電動勢。

（1）定子3相繞組感生電動勢的大小為：

其中：E m -每相電動勢的最大值

ω-電角速度

f-交流電動勢的頻率（為轉速的函數）

p-磁極對數

n-發電機轉速（r/min）

Eφ-每相電動勢的有效值

（2）定子每相電動勢的有效值

K-繞組系數（和發電機定子繞組的繞線方法有關 ）

N-每項匝數（匝）

φ-每極磁通（Wb）

Ce-電機結構常數

（3） 交流電動勢波形

由此可見，交流電動勢的幅值是發電機轉速的函數。因此，當轉速n變化時，三相電動勢的波形為變頻率、變幅值的交流波形。

4.定子三相繞組的接法

定子三相繞組的接法有兩種

（1）星形接法

IL=IΦ I L-線電流 IΦ-相電流

（2）三角形接法中

0UL=UΦ

二、 整流原理

交流發電機定子的三相繞組中，感應產生的是交流電，是靠六只二極管組成的三相橋式整流電路變為直流電的。二極管具有單項導電性，當給二極管加上正向電壓時，二極管導通， 當給二極管加上反向電壓時，二極管截止，二極管的導通原則如下：

1.二極管的導通原則

當三只二極管負極端相連時，正極端電位最高者導通；

當三只二極管正極端相連時，負極端電位最低者導通。

2.整流過程分析

橋式整流電路及電壓波形見

橋式整流電路及電壓波形

（1）整流時二極管導通條件：

①對于三個正極管子（D1、D3、D5正極和定子繞組始端相聯），在某瞬時，電壓最高一相的正極管導通。

②對于三個負極管子（D2、D4、D6負極和定子繞組始端相聯），在某瞬時，電壓最低一相的負極管導通。

但同時導通的管子總是兩個，正、負管子各一個。

（2）整流過程

看一下下面的動畫（動畫1）

三相橋式整流電路中二極管的依次循環導通，使得負載RL兩端得到一個比較平穩的脈動直流電壓。如圖2-2所示

（3）發電機輸出的直流電壓平均值為：

U=1.35UL=2.34UΦ

流經每只二極管的電流

ID=IL/3

3．中性點電壓

有的發電機具有中性點接線柱，如圖2-4，是從三相繞組的中性點引出來的，標記為“N”。輸出電壓為UN，稱為中性點電壓

圖2-4帶中心抽頭的交流發電機

中性點電壓的瞬時值是一個三次諧波電壓，中性點電壓的平均值為發電機輸出電壓（平均值）的一半，即：

UN=UB/2

帶有中性點接線柱的發電機可用中性點電壓來控制各種用途的繼電器。

有的發電機沒有中性點接線柱，但是也把中性點電壓充分的利用了（如夏利、桑塔納發電機），這些發電機在中性點處接上兩只整流二極管，和三相繞組的六只整流二極管一道輸出，可提高發電機功率。其工作原理見本章第三節。

汽車發電機原理專業教程（三）

一、6管交流發電機的結構

交流發電機一般由轉子、定子、整流器、端蓋四部分組成。

JF132型交流發電機組件圖見圖2-5a

JF132型交流發電機結構圖見圖2-5b

JF132型交流發電機結構圖見圖2-5c

（一）轉子

轉子的功用是產生旋轉磁場。

轉子由爪極、磁軛、磁場繞組、集電環、轉子軸組成，見圖2-6。

轉子軸上壓裝著兩塊爪極，兩塊爪極各有六個鳥嘴形磁極，爪極空腔內裝有磁場繞組 （轉子線圈）和磁軛。

集電環由兩個彼此絕緣的銅環組成，集電環壓裝在轉子軸上并與軸絕緣，兩個集電環分別與磁場繞組的兩端相連。

當兩集電環通入直流電時（通過電刷），磁場繞組中就有電流通過，并產生軸向磁通，使爪極一塊被磁化為N極，另一塊被磁化為S極，從而形成六對相互交錯的磁極。當轉子轉動時，就形成了旋轉的磁場。

交流發電機的磁路為：磁軛→N極→轉子與定子之間的氣隙→定子→定子與轉子間的氣隙→S極→磁軛。見圖2-7。

（二）定子

定子的功用是產生交流電。

定子由定子鐵心和定子繞組成。見圖2-8A

定子鐵心由內圈帶槽的硅鋼片疊成，定子繞組的導線就嵌放在鐵心的槽中。

定子繞組有三相，三相繞組采用星形接法或三角形（大功率）接法，都能產生三相交流電。

三相繞組的必須按一定要求繞制，才能使之獲得頻率相同、幅值相等、相位互差120°的三相電動勢。

1． 每個線圈的兩個有效邊之間的距離應和一個磁極占據的空間距離相等。

2． 每相繞組相鄰線圈始邊之間的距離應和一對磁極占據的距離相等或成倍數。

3． 三相繞組的始邊應相互間隔2π+120o電角度（一對磁極占有的空間為360o電角度）

例：國產JF13系列交流發電機三相繞組繞制見圖2-8B

結構參數如下： 磁極對數p 6對

定子槽數z 36槽

定子繞組相數m 3相

每個線圈匝數N 13匝

繞組聯結方法 Y型聯結

在國產JF13系列交流發電機中，一對磁極占6個槽的空間位置（每槽60o電角度），一個磁極占3個槽的空間位置，所以每個線圈兩條有效邊的位置間隔是3個槽，每相繞組相鄰線圈始邊之間的距離6個槽，三相繞組的始邊的相互間隔可以是2個槽，8個槽， 14個槽等。

（三）整流器

交流發電機整流器的作用是將定子繞組的三相交流電變為直流電，

6管交流發電機的整流器是由6只硅整流二極管組成三相全波橋式整流電路，6只整流管分別壓裝（或焊裝）在兩塊板上。

1．汽車用硅整流二極管特點

（1）工作電流大，正向平均電流50A，浪涌電流600A；

（2）反向電壓高，反向重復峰值電壓270V，反向不重復峰值電壓300V；

（3）只有一根引線見圖2-9。并且有的二極管引線是正極，有的二極管引線是負極，引出線為正極的管子叫正極管，引出線為負極的管子叫負極管，所以說整流二極管有正二極管和負二極管之分。

2．整流管的安裝

將正極管安裝在一塊鋁制散熱板上，稱為正整流板；將負極管安裝另一塊鋁制散熱板上，稱為負整流板，也可用發電機后蓋代替負整流板。見圖2-10。

在正整流板上有一個輸出接線柱B（發電機的輸出端）。

負整流板上直接搭鐵。負整流板上一定和殼體相聯接。

整流板的形狀各異，有馬蹄形、長方形、半圓形等見圖2-11

（四）端蓋

端蓋一般分兩部分（前端蓋和后端蓋），起固定轉子、定子、整流器和電刷組件的作用。端蓋一般用鋁合金鑄造，一是可有效的防止漏磁，二是鋁合金散熱性能好。

后端蓋上裝有電刷組件，有電刷、電刷架和電刷彈簧組成。電刷的作用是將電源通過集電環引入磁場繞組。見圖2-12

磁場繞組（兩只電刷）和發電機的聯接不同，使發電機分為內搭鐵型和外搭鐵型兩種

1．內搭鐵型發電機：磁場繞組負電刷直接搭鐵的發電機（和殼體直接相連）。見圖2-13a

2．外搭鐵型發電機：磁場繞組的兩只電刷都和殼體絕緣的發電機。見圖2-13b

外搭鐵型發電機的磁場繞組負極（負電刷）接調節器，通過后再搭鐵。

二、8管交流發電機

8管交流發電機（如夏利車用）和6管交流發電機的基本機構是相同的，所不同的是整流器有8只硅整流二極管，其中6只組成三相全波橋式整流電路，還有2只是中性點二極管，1只正極管接在中性點和正極之間，1只負極管接在中性點和負極之間。對中性點電壓進行全波整流。（見圖2-14）

試驗表明：加裝中性點二極管的交流發電機在結構不變的情況下可以提高發電機的功率10%～15%。

中性點二極管提高發電機功率的原理：

交流發電機中性點電壓為三次諧波，，隨著發電機轉速的提高，中性點三次諧波電壓也升高。見圖2-15

當中性點電壓瞬時值高于三相繞組的最高值時，中性點正極管導通對外輸出電流；電流回路為：中性點→中性點正極管→負載→某一負極管→定子繞組→中性點。見動畫2。

當中性點電壓瞬時值低于三相繞組的最低值時，中性點負極管導通對外輸出電流；電流回路：中性點→定子繞組→某一正極管→負載→中性點負極管→中性點。見動畫2

由于中性點參與了對外輸出，所以能提高輸出功率。

三、9管交流發電機（日車應用較多）

9管交流發電機的基本結構和6管交流發電機相同，所不同的是整流器。9管交流發電機的整流器是由6只大功率整流二極管和3只小功率勵磁二極管組成的交流發電機。

其中6只大功率整流二極管組成三相全波橋式整流電路，對外負載供電

3只小功率管二極管與三只大功率負極管也組成三相全波橋式整流電路專門為發電機磁場供電。所以稱3只小功率管為勵磁二極管。

9管交流發電機電路見圖2-16

充電指示燈的作用在下一節有專門介紹

四、11管交流發電機（例如桑塔納車用發電機）如圖2-17

11管交流發電機的整流器由8只大功率整流二極管（其中2只中性點二極管）和3只磁場二極管組成。其它結構和6管交流發電機相同。

五、無刷交流發電機

由于沒有電刷和集電環，所以不會因為電刷和集電環的磨損和接觸不良造成激磁不穩定或發電機不發電等故障；同時工作時無火花，也減小了無線電干擾。

無刷交流發電機分為爪極式、激磁機式和永磁式三種。

（一）爪極式無刷交流發電機見圖2-18

1．爪極式無刷交流發電機的結構及工作原理

爪極式無刷交流發電機磁場繞組是靜止的，它通過一個磁軛托架固定在后端蓋上，所以，不再需要電刷。

兩個爪極中只有一個爪極直接固定在電機轉子軸上，另一爪極則用非導磁聯接環固定在前一爪極上。當轉子旋轉時，一個爪極就帶動另一爪極一起在定子內轉動， 當磁場繞組中有直流電通過時，爪極被磁化， ，就形成了旋轉磁場。磁路如圖2-18所示

2.優點

（1）結構簡單、維護方便、工作可靠

（2）不存在電刷與集電環接觸不良導致的發電不穩或不發電故障。

3.缺點

（1）爪極間連接工藝困難

（2）由于磁路中間隙加大，發電機相同輸出功率下需加大勵磁電流。

（二）激磁機式無刷交流發電機見圖2-19

圖2-19為德國波許公司生產的帶有激磁機的無刷交流發電機。它實際上是在一臺爪極式三相交流發電機的基礎上增加了一部專為其激磁的小型硅整流交流發電機，稱為激磁機（圖中4、5、6），激磁機的磁場繞組固定，而三相繞組是轉動的。當發電機轉動時，在激磁機轉子4的三相繞組中感應出三相交流電，在發電機內部經二極管整流后變為直流電，直接供給爪極式三相交流發電機的磁場繞組15激磁發電。

這種無刷發電機的優點是磁路中無附加氣隙，因而漏磁少，輸出功率大，但結構復雜。

（三）永磁式無刷交流發電機

該種發電機與普通發電機不同的是轉子部分——以永久磁鐵作為轉子磁極而產生旋轉磁場，不僅去掉了電刷和滑環，而且不需要磁場繞組和爪極。結構簡單可靠、使用壽命長。

轉子常用的永磁材料有鐵氧體、鉻鎳鈷、稀土鈷、釹鐵硼等。

由于轉子為永磁結構，所以產生的旋轉磁場強度是不變的、不可調的，因此，不能采用普通交流發電機通過調節器控制磁場電流的辦法來調節發電機的輸出電壓。為解決調壓問題可采用電壓調節器與三相半控橋式整流相配合的辦法，使發電機輸出電壓不隨轉速大幅度變化而變化。

圖2-20是永磁發電機電壓控制原理圖。3只共陽極硅二極管VD1、VD2、VD3與3只共陰極晶閘管VT1、VT2、VT3組成三相半控橋式整流電路。另外由硅整流二極管VD1～VD6組成三相全波整流電路，為晶閘管控制極提供觸發電壓，與電壓調節器的一個觸點相接，另一個觸點則與晶閘管的控制極相連，電壓調節器的線圈并接在三相半控橋的輸出端，電壓控制原理如下：

低速時觸點K閉合，晶閘管控制極獲得正向觸發電壓而導通，當轉速達到一定值時，整流橋可向蓄電池和負載提供全波整流電壓。當整流輸出電壓隨轉速升高而升高到超過額定電壓時，觸點K斷開（因線圈吸力增大），晶閘管因失去正向觸發電壓而截止，因而整流輸出電壓下降。當整流電壓降到一定值時，電壓調節器線圈中電流減小吸力減小而使K閉合，3只晶閘管重新被觸發導通，又使整流輸出電壓回升。如此反復，便可使輸出電壓控制在規定范圍內。（觸點式調節器目前已經由電子式或電腦控制的調節器所代替）

永磁式交流發電機優點如下：

1．體積小、輕、結構簡單、維護方便，使用壽命長。如 750W的鈦鐵硼永磁發電機與350W普通交流發電機重量相當。轉子上除軸承外無其他磨損件并開有通風孔，冷卻散熱好，因而壽命可提高兩倍以上。

2．由于傳動比大，即發動機轉速低而發電機轉速高，所以發動機低速時發電機充電性能好。

3．比功率大，可節約金屬材料。

4．無激磁損耗，效率可提高10％以上。

5．在電壓控制器中，由于只有控制極約10mA的電流通過觸點，故可降低觸點磨損，電壓調節結構很簡單。

6．由于永磁體的磁導率接近空氣的磁導率，使電樞反應磁阻增大，因而感應電勢的非正弦畸變減小，輸出功率增大。

六、帶泵交流發電機

帶泵交流發電機的發電機與普通交流發電機完全一樣，不同的是轉子軸很長并伸出后端蓋，利用外花鍵與真空泵的轉于內花鍵相連接，驅動真空泵與發電機轉子同步旋轉，給汽車制動系中的真空筒抽真空，為制動系的真空增壓器提供真空源，主要用于沒有真空源的柴油機（汽油機可直接從進氣歧管處取得真空。制動時因節氣門幾乎關閉而在進氣歧管中形成高真空，而柴油機無節氣門）。國產JFB2525型帶泵交流發電機外形如圖2-21所示。

七、汽車雙整流發電機

雙整流發電機是一種最新型交流發電機，它大大改善了普通交流發電機低速充電性能和高速最大功率輸出，又不增設比較復雜的控制電路，因此也沒有增加充電系的故障率。

1． 結構原理

如圖2-22所示。在普通交流發電機三相定于繞組基礎上，增加繞組匝數并引出接線頭，增加一套三相橋式整流器。低速時由原繞組和增繞組串聯輸出，而在較高轉速時，僅由原三相繞組輸出。工作中高低速供電電路的變換是自動的，沒有增設任何機電控制裝置，其工作原理分析如下：

在低速范圍內，由于發電機轉速低，三相繞組的串聯輸出，提高了發電機的輸出電壓，使發電機低速充電性能大大提高。在高速范圍內，隨著發電機轉速的增大，串接的三相繞組的感抗增大，內壓降增大，再加上電樞反應加強，使輸出電壓下降。這時原三相繞組A、B、C因內壓降較小，產生的感應電流相對較大，確保高速下的功率輸出。

2．雙整流發電機的優點有；

（1）既降低了發電機的充電轉速，又保證了高速大電流輸出，提高了發電機的有效功率。雙整流發電機比普通發電機最低充電轉速降低了200－300r／min，在低速下發電機即可輸出電流達10A；而額定電壓及額定電流下的轉速不大于2500r／min。

（2）結構簡單，工作可靠，只在定子槽中增加繞組匝數，增加一套三相橋式整流。

八 感應子式交流發電機

感應子式交流發電機也是一種無電刷交流發電機，由定子、轉子、整流器和機殼組成。它的轉子是由齒輪狀鋼片鉚成，其上有若于個沿圓周均勻分布的齒形凸極，而沒有磁場繞組。磁場繞組和電樞繞組均安放在定子槽中，如圖2-23所示。

當磁場繞組3通人直流電后，在定子鐵心1中產生固定磁場（右上部、左下部為S極；左上部、右下部為N極）。由于轉子4凸齒部分磁通容易通過，磁感應強度最大，從而形成磁極。但轉子的每個凸齒是沒有固定極性的，當它對著定子N極就是S極，對著S就是N極。

轉子凸齒在不運動的磁場內旋轉時，當凸齒對著定子凸齒時，磁通量最大，當轉子槽對著走子凸齒時則磁通量最小。因此，轉子旋轉時，定子凸齒內產生脈動磁通，在定子繞組中感應出交變電動勢。將電樞繞組以一定的方式連接起來，并經整流，便可得直流電。

感應子式交流發電機中電樞繞組交流電動勢的頻率恒等于Zn/60（Z為轉子齒數，n為轉子轉速），與磁場繞組形成的磁極對數無關，這與同步交流機的本質不同。

感應子式無刷交流發電機機質量比功率較低。

汽車發電機原理專業教程（四）

一、交流發電機的勵磁

除了永磁式交流發電機不需要勵磁以外，其他形式的交流發電機都需要勵磁，因為它們的磁場都是電磁場，也就是說必須給磁場繞組通電才會有磁場產生。

將電源引入到磁場繞組使之產生磁場稱為勵磁，交流發電機勵磁方式有自勵和他勵兩種。

1．他勵

在發動機起動期間，需要蓄電池供給發電機磁場電流生磁使發電機發電。這種供給磁場電流的方式稱為他勵發電。

2．自勵

隨著轉速的提高，發電機的電動勢逐漸升高并能對外輸出，一般在發動機怠速時發電機就能對外供電了，當發電機能對外供電時，就可以把自身發的電供給磁場繞組生磁發電，這種供給磁場電流的方式稱為自勵。

由于在發動機轉速低時交流發電機不能自勵發電，所以低速時采取他勵發電，當發動機達到正常怠速轉速時，發電機的輸出電壓一般高出蓄電池電壓1～2V以便對蓄電池充電，此時，由發電機自勵發電。

交流發電機的勵磁電路如圖2-24。

3．利用充電指示燈監視發電機的工作情況

（1） 充電指示燈的作用

如圖2-25所示，在某些充電系電路中，接有充電指示燈，其作用是：

①指示發電機是否有故障；

②警告駕駛員停車后關斷點火開關。

（2）充電指示燈的工作情況如下：

在發動機起動期間，發電機電壓UD+＜蓄電池電壓時，整流二極管截止，發電機不能對外輸出，由蓄電池供給磁場電流。路徑為：蓄電池+→點火開關→充電指示燈→調節器→磁場繞組→搭鐵→蓄電池-。充電指示燈亮

當發動機轉速升高到怠速及其以上時，發電機應能正常發電并對外輸出，此時，發電機電壓＞蓄電池電壓，發電機自勵。UB=UD+，充電指示燈兩端壓降為零，燈熄滅，若沒有熄滅，說明發電機有故障或充電指示燈電路有搭鐵

充電指示燈不僅可指示發電機的工作情況，而且可在發動機停車后發亮（因發電機不再發電，蓄電池電壓》 UD+），提醒司機及時關閉點火開關；

二、交流發電機的工作特性

交流發電機的工作特點是轉速變化范圍大，對于一般汽油發動機來說，其轉速變化約為1：8，柴油機約為1：5，因此分析汽車用交流發電機的特性必須以轉速的變化為基礎。交流發電機的特性有輸出特性。空載特性和外特性，其中以輸出特性最為重要。

1．輸出特性

輸出特性是指在發電機端電壓U不變（對12V系列的交流發電機規定為14V，對24V

系列的交流發電機規定為28V），其輸出電流與轉速之間的關系，即U=常數時，I＝f（n） 的函數關系。圖2－26所示為交流發電機的輸出特性曲線。

由特性曲線I=f（n）可以看出：

（1）空載轉速n1

發電機轉速小于一定值n1時，對外輸出電流為零。當發電機達到額定電壓并能對外輸出電流時的最小轉速為n1，稱n1為空載轉速。空載轉速常用來作為測試發電機性能的參數之一。

（2）最大電流Imax

發電機輸出電流能力隨轉速的升高而增大，但曲越來越平坦，當轉速達到一定值時，無論轉速增加多少電流都不再增加，即一定結構的發電機輸出最大電流Imax有一定限制。由此可見，交流發電機自身具有限制輸出電流防止過載的能力，又稱為自我保護能力。

交流發電機自我限流的原理如下：

交流發電機定子繞組具有一定的阻抗Z，它由繞組的電阻r及感抗XL兩部分組成，即

式中 R——一相繞組的電阻；

XL——一相繞組的感抗;

XL＝2лfL

式中 L——一相定子繞組的電感；

f——感應電動勢的頻率；

P——磁極對數。

由于XL 與n成正比，故發電機定子繞組的阻抗Z隨發電機的車速升高而增加。高速時，由于R與XL相比可忽略不計，故阻抗Z約等于XL，定子阻抗Z與轉速n成正比，其值較大，產生較大的內壓降。另外，定子電流增加時，由于電樞反應的增強，也會使感應電動勢下降。兩者共同作用的結果，當發電機的轉速升高且負載電流達到最大值時，輸出電流幾乎不隨負載電阻的減小或轉速的增加而增大。

（3） 額定轉速n2 額定電流IA

發電機出廠時，通過試驗，規定了空載轉速與額定轉速，并列人產品說明書。在使用過程中，可通過檢測這兩個數據來判斷發電機性能的好壞。

發電機達到額定電流IA時的轉速定為額定轉速，圖中用n2表示，額定電流一般定為最大輸出電流的2／3。

空載轉速與額定轉速是測試交流發電機性能的重要依據，表2－3為國產交流發電機的主要性能指標。

表2-2幾種交流發電機的主要性能指標

交流發電機型號

額定電壓（V）

額定電流（A）

空載轉速（r/min）

額定轉速（r/min）

使用車型

JFZ1913

JFZ1512

JFZ1918

JF1314ZD

14

14

28

14

90

55

27

25

1050

1050

1150

1000

6000

6000

5000

3500

桑塔納

廣州標致

切諾基CA1090

2．空載特性

空載特性是研究發電機在空載運行時，其端電壓隨轉速變化的關系，即I＝0時， U=f（n）的曲線，如圖2-27所示。

3．外特性

外特性是研究當發電機轉速一定時，其端電壓與輸出電流的關系，即n-=常數時，U=

f（I）的曲線，如圖2－28所示。

從外特性曲線可以看出發電機電壓受負載影響的程度：如果發電機在高速運轉時，突然失去負載，發電機電壓會突然升高，致使發電機及調節器等內部電子元件有被擊穿的危險。

汽車發電機原理專業教程（五）

交流發電機的電壓調節器

由于交流發電機的轉子是由發動機通過皮帶驅動旋轉的，且發動機和交流發電機的速比為1．7～3，因此交流發電機轉子的轉速變化范圍非常大，這樣將引起發電機的輸出電壓發生較大變化，無法滿足汽車用電設備的工作要求。為了滿足用電設備恒定電壓的要求，交流發電機必須配用電壓調節器，使其輸出電壓在發動機所有工況下基本保持恒定。

一、電壓調節器的分類

1．交流發電機電壓調節器按工作原理可分為：

（1）觸點式電壓調節器

觸點式電壓調節器應用較早，這種調節器觸點振動頻率慢，存在機械慣性和電磁慣性，電壓調節精度低，觸點易產生火花，對無線電干擾大，可靠性差，壽命短，現已被淘汰。

（2）晶體管調節器

隨著半導體技術的發展，采用了晶體管調節器。其優點是：三極管的開關頻率高，且不產生火花，調節精度高，還具有重量輕、體積小、壽命長、可靠性高、電波干擾小等優點，現廣泛應用于東風、解放及多種中低檔車型。

（3） 集成電路調節器

集成電路調節器除具有晶體管調節器的優點外，還具有超小型，安裝于發電機的內部（又稱內裝式調節器），減少了外接線，并且冷卻效果得到了改善，現廣泛應用于桑塔納。奧迪等多種轎車車型上。

（4） 電腦控制調節器

電腦控制調節器是現在轎車采用的一種新型調節器，由電負載檢測儀測量系統總負載后，向發電機電腦發送信號，然后由發動機電腦控制發電機電壓調節器，適時地接通和斷開磁場電路，即能可靠地保證電器系統正常工作，使蓄電池充電充足，又能減輕發動機負荷，提高燃料經濟性。如上海別克、廣州本田等轎車發電機上使用了這種調節器。

2．電子調節器按所匹配的交流發電機搭鐵型式可分為：

（1）內搭鐵型調節器：適合于與內搭鐵型交流發電機所匹配的電子調節器稱為內搭鐵型調節器；

（2）外搭鐵型調節器：適合于與外搭鐵型交流發電機所匹配的電子調節器稱為外搭鐵型調節器。

在使用過程中，對于晶體管調節器，最好使用汽車說明書中指定的調節器，如果采用其他型號替代，除標稱電壓等規定參數與原調節器相同外，代用調節器必須與原調節器的搭鐵形式相同，否則，發電機可能由于勵磁電路不通而不能正常工作。對于集成電路調節器，必須是專用的，是不能替代的。

二、電壓調節器的調壓原理

由交流發電機的工作原理我們知道，交流發電機的三相繞組產生的相電動勢的有效值

Eφ==CeФn（V）

這里Ce為發電機的結構常數，n為轉子轉速，Ф為轉子的磁極磁通，也就是說交流發電機所產生的感應電動勢與轉子轉速和磁極磁通成正比。

當轉速升高時，Eφ增大，輸出端電壓UB升高，當轉速升高到一定值時（空載轉速以上），輸出端電壓達到極限，要想使發電機的輸出電壓UB不再隨轉速的升高而上升，只能通過減小磁通Ф來實現。又磁極磁通Ф與勵磁電流If成正比，減小磁通Ф也就是減小勵磁電流If。

所以，交流發電機調節器的工作原理是：當交流發電機的轉速升高時，調節器通過減小發電機的勵磁電流If來減小磁通Ф，使發電機的輸出電壓UB保持不變。

觸點式電壓調節器通過觸點開閉，接通和斷開磁場電路，來改變磁場電流If大小；晶體管調節器、集成電路調節器等利用大功率三極管的導通和截止，接通和斷開磁場電路，來改變磁場電流If大小。

三、電子調節器結構與工作原理

電子調節器有多種型式，其電路個不相同，但一般采用整體封裝型式，不可拆卸，不能維修，只能整體更換。

這里向大家介紹電子調節器的基本電路，實際電路要復雜的多，但工作原理可用基本電路工作原理去理解。

1．外搭鐵型電子調節器的基本電路

晶體管調節器又稱為電子調節器，圖2－29所示為外搭鐵型電子調節器的基本電路：基本電路是由三只電阻R1、R2 、R3，兩只三極管VT1、VT2，一只穩壓二極管VS和一只二極管VD組成。

電阻R3既是VT1的分壓電阻，又是VT2的負載電阻

電阻R1和R2組成一個分壓器，分壓器R1、R2兩端的電壓為發電機電壓UB，R1上得分壓為：

VT2是大功率三極管（NPN型），和發電機的磁場繞組串聯，起開關作用，用來接通與切斷發電機的勵磁電路；

VT1是小功率三極管（NPN型），用來放大控制信號；

VD是續流二極管；磁場繞組由接通轉為斷開狀態時（F端為+，B端為－），經二極管 VD構成放電回路，防止三極管VT2被擊穿損壞

穩壓管VS是感受元件，串聯在VT1的基極電路中，并通過VT1的發射結并聯于分壓電阻R1的兩端，以感受發電機的輸出電壓；

UR1電壓加在穩壓管VS上，R1的阻值是這樣確定的，當發電機輸出電壓UB達到規定的調整值時（如桑塔納為13．5—14．SV），UR1電壓正好等于穩壓管VS的反向擊穿電壓。

2．外搭鐵式電子節器的工作原理

（1）點火開關SW接通，發電機電壓UB＜蓄電池電動勢時，VT1截止，VT2導通，蓄電池直接供電到磁場繞組。

磁場繞組電路為：

蓄電池正極→磁場繞組→調節器Ｆ接柱→三極管VT2→調節器Ｅ接柱→搭鐵→蓄電池負極。

發電機電壓隨轉速升高而升高。發電機他勵

（2） 發電機電壓雖然升高，但如果蓄電池電動勢＜發電機輸出電壓UB《調節上限時，VT1繼續截止，VT2繼續導通，發電機自勵且開始對外供電。

磁場繞組電路為：

發電機正極→磁場繞組→調節器Ｆ接柱→三極管VT2→調節器Ｅ→搭鐵→發電機負極。

發電機電壓隨轉速升高而繼續升高。

（3）當發電機電壓升高到等于調節上限U2時，調節器開始工作。

電阻R1、R2分壓，UR1=UVS+Ube1，VS導通，VT1導通，VT2截止，磁場電路被切斷，發電機輸出電壓迅速下降。

當發電機電壓下降到等于調節下限U1時

電阻R1、R2分壓減小，當UR1＜UW+Ube1，VS截止，VT1截止，VT2重新導通，磁場電路重新被接通，發電機電壓上升。

發電機電壓升到調節上限時，VT2就截止，磁場電路被切斷，輸出電壓下降；降到等于調節下限U1時，磁場電路被接通，發電機電壓上升，周而復始，發電機輸出電壓被控制在一定范圍內。

配裝電子調節器的發電機的輸出電壓上限U2和下限U1的差值很小，所以發電機的輸出電壓波動非常小，再加上電容的濾波，所以發電機的輸出電壓很穩定。

內搭鐵式電子調節器基本電路見圖3-30。原理與外搭鐵式類似。

四、電子調節器應用實例

1． JFT106型晶體管調節器

（1）應用

JFT106型調節器屬于外搭鐵式晶體管調節器，調節電壓為13．8～14．6V，可與 14V。750W的外搭鐵式九管式交流發電機配套，也可與14V、功率小于1000W的外搭鐵式六管交流發電機配套。

（2）外形

圖2－31aJFT106型晶體管調節器外形圖

圖2－31a為解放CA1092型汽車用JFT106型晶體管調節器外形圖，該調節器有“＋”、“F”和“一”三個接線柱，其中“＋”接線柱與發電機的“Fl”接線柱相接，“F”接線柱與發電機的“F2”接線柱相接，“一”接線柱搭鐵。

（3）組成與原理

2－31b為 JFT106型晶體管調節器工作原理圖，

和圖2-33電子調節器的基本電路比較，組成JFT106型晶體管調節器電路的元件要多一些，但工作原理是相同的。

JFT106型晶體管調節器元件功用說明：

VT2、VT3接成復合管，目的是提高放大倍數，其作用與前述基本電路中的VT2相同；

VT1、VD3、R5的作用與前述基本電路相同；

R6、R7、R8是偏流電阻；

R4是正反饋電阻，起提高三極管開關速度，提高三極管壽命的作用；

R1、R2、R3組成分壓器，R3是調整電阻。

C1、C1是降頻電容，起降低三極管開關頻率，提高三極管壽命的作用；

VD1是VS1的溫度補償管;

VD2是分壓二極管，防止VT2、VT3的誤導通；

VS2起過壓保護作用，限定發電機的輸出電壓不超出某定值，保護汽車上的用電設備不因瞬時過電壓二損壞。

2．集成電路調節器

集成電路調節器也叫IC調節器，是根據使用要求，將電路中的若干元件集成在同一基片上，制成一個獨立的電子芯片。集成電路調節器裝于發電機內部，構成整體式交流發電機。發電機外部有2個或3個接線柱。

集成電路調節器的工作原理與晶體管調節器的工作原理完全一樣，都通過穩壓管感應發電機的輸出電壓信號，利用三極管的開關特性控制發電機的勵磁電流，使發電機的輸出電壓保持恒定。

（1）集成電路調節器的檢測電路

集成電路調節器，根據分壓器R1、R2檢測點位置不同可分為“發電機電壓檢測電路”和“蓄電池電壓檢測電路”兩種型式。

①發電機電壓檢測電路見圖3-32a。

分壓器R1、R2從發電機輸出端（D+ 端）得到電壓，穩壓管VS上的電壓與發電機的輸出電壓成正比，所以該電路稱為發電機電壓檢測電路（檢測點在發電機上）。

發電機電壓檢測電路的優點：發電機到檢測電路距離近，可不用導線連接，直接接在發電機輸出端，連接可靠，不致使檢測電路檢測不到信號。

發電機電壓檢測電路的缺點：當發電機到蓄電池之間連接電阻大時，蓄電池充電電壓會偏低，使蓄電池充電不足。

②蓄電池電壓檢測電路圖3-32b。

分壓器R1、R2從蓄電池輸出端得到電壓，穩壓管VS上的電壓和蓄電池端電壓成正比，所以該電路稱為蓄電池電壓檢測電路（檢測點在蓄電池上）。

蓄電池電壓檢測電路優點：直接檢測蓄電池端電壓來控制發電機的輸出，可使蓄電池的充電電壓有保證。

蓄電池電壓檢測電路的缺點：當蓄電池和發電機之間的連接不可靠時，會使發電機失控。

（2）集成電路調節器應用舉例

圖2－33a所示為天津夏利轎車發電機使用的集成電路調節器外形圖，該發電機為整體式交流發電機，調節器為內裝式外搭鐵型。

該調節器有6個接線端子F、P、E三個端子用螺釘直接和發電機連接，B端用螺母固定在發電機的輸出端子“B”上，IG、L兩個端子傭金屬線引到調節器的外部接線插座上。

圖2－33b為夏利轎車調節器電路連接圖

①磁場電流控制：VT2是大功率三極管，和磁場串聯，由集成片IC控制VT2的導通和截止，從而控制磁場電路通斷，使發電機電壓得到控制。

②充電指示燈：充電指示燈串接在VT1集電極上，VT1導通充電指示燈亮，VT1截止充電指示燈熄滅。在集成片IC中有控制VT1導通和截止的電路，控制信號由p點提供，p點提供的是發電機單相電壓的交流信號，其信號幅值大小可反映發電機輸出電壓高低。

當發電機輸出電壓低于蓄電池電壓時，IC中控制電路使VT1導通，充電指示燈亮，當發電機輸出電壓高于蓄電池電壓時，IC中控制電路使VT1截止，充電指示熄滅。

3．發動機電腦控制的調節器

圖2-34為廣州本田雅閣轎車直列4缸發動機配用的發電機調節器電路圖，發電機整流器為八管。調節器為內裝式外搭鐵型，由發電機電腦控制。

在汽車電路中有一個負載檢測儀，檢測電路中總電流負載大小，送信號導電腦，調節器C接線端子送發電機電壓信號到電腦，電腦根據這兩個信號判斷磁場電路應該接通還是斷開，輸出控制信號到FR端子，驅動調節器的控制電路，適時地接通和斷開磁場繞組電路，以此控制發電機的輸出電壓。

汽車發電機原理專業教程（六）

交流發電機與調節器的使用和維護

一、交流發電機與調節器的使用注意事項

交流發電機與調節器的結構簡單，維護方便，若正確使用，不僅故障少而且壽命長；若使用不當，則會很快損壞。因此在使用和維護中應注意以下幾點：

1． 蓄電池的極性必須是負極搭鐵，不能接反。否則，會燒壞發電機或調節器的電子元件；

2． 發電機運轉時，不能用試火的方法檢查發電機是否發電，否則會燒壞二極管；

3． 整流器和定子繞組連接時，禁止用兆歐表或220V交流電源檢查發電機的絕緣情況；

4． 發電機與蓄電池之間的連接要牢靠，如突然斷開，會產生過電壓損壞發電機或調節器的電子元件；

5． 一旦發現交流發電機或調節器有故障應立即檢修，及時排除故障，不應再連續運轉；

6． 為交流發電機配用調節器時，交流發電機的電壓等級必須與調節器電壓等級相同，交流發電機的搭鐵類型必須與調節器搭鐵類型相同，調節器的功率不得小于發電機的功率，否則系統不能正常工作；

7． 線路連接必須正確，目前各種車型調節器的安裝位置及接線方式各不相同，故接線時要特別注意；

8． 調節器必須受點火開關控制，發電機停止轉動時，應將點火開關斷開，否則會使發電機的磁場電路一直處于接通狀態，不但會燒壞磁場線圈，而且會引起蓄電池虧電；

二、交流發電機與調節器的維護

交流發電機在使用中，應定期進行以下檢查：

1． 查發電機驅動帶

（1）檢查驅動帶的外觀：用肉眼觀看應無裂紋或磨損現象，如有則應更換。

（2）檢查驅動帶的撓度：用100N的力壓在帶的兩個傳動輪之間，新帶撓度約為5～10mm，舊帶約為7～14mm。

2．檢查導線的聯接

（1）接線是否正確；

（2）接線是否牢靠；

（3）發電機輸出端接線螺絲必須加彈簧墊。

3．檢查運轉時有無噪聲

4．檢查是否發電

（1）觀察充電指示燈的熄滅情況：若充電指示燈一直亮著，說明發電機或調節器有故障，也可能是充電指示燈線路有故障，應及時維修。

（2）用萬用表直流電壓檔測量電壓：在發電機未轉動時測量蓄電池端電壓，并記錄下來，起動發動機并將轉速提高到怠速以上轉速，測量蓄電池端電壓，若能高于原記錄，說明發電機能發電，若測量電壓一直不上升，說明發電機或調節器有故障，應及時維修。

5．當發現發電機或調節器有故障需要從車上拆下檢修時，首先關斷點火開關及一切用電設備，拆下蓄電池負極電纜線，再拆卸發電機上的導線接頭。