调节器讲义

调节器讲义 交流发电机电压调节器的测试与应用 一、 交流发电机电压调节器的作用、电路结构及工作原理 1( 电压调节器在汽车供电系统中的作用 汽车发电机电压调节器在汽车供电系统中，主要起稳压作用，使发电机的输出电压不受 发电机转速变化和发电机负载变化的影响。 2. 电压调节器的基本电路结构 (1)IG端驱动的内搭铁式基本电路结构，图1; (2)2-3W充电指示灯驱动的外搭铁式基本电路结构，图2; (3)发光管指示灯与IG端接电阻二极管驱动的外搭铁式基本电路结构，图3; (4)6或8管整流桥的外搭铁式多功能电压调节器的基本电路结构，图4; (5)适用6或8管整流桥的内搭铁式多功能电压调节器的基本电路结构，图5; 1 3. 电压调节器的工作原理(如图:15) 当汽车起动点火开关(K)接通时，加在汽车发电机电压调节器正(+)、负(-)极之间的电压等于蓄电池(DC)间电压，此时，取样比较电路A点电位低于稳压管D1阀值电位(调整R1或R2)。Q1截止R4给Q2提供偏值电压，Q2处于导通状态。经输出端(F)接通发电机励磁绕组。蓄电池给发电机励磁。随着汽车发动机转速的提高，发电机引出头(E、B+)间的电压也逐渐升高，当发电机输出电压高于蓄电池电压时，发电机给蓄电池充电。数十秒后(蓄电池亏电严重，时间相应延长)，蓄电池电压充到高于调节器设定电压值时，比较电路A点电位高于稳压管D1阀值电位，Q1由原截止状态变为导通状态，C点电位下降，导致Q2由原来的导通状态变为截止状态，F点电位上升，发电机励磁绕组断电，内部磁场减弱，根据法拉第电磁感应定律ε=VBLSinθ，发电机输出电压降低，当A点电位再次低于D1阀值电位时，电路重复上述过程，周而复始，使发电机的输出电压保持稳定。从ε=VBLSinθ可以看出，当V随汽车发电机转速增大或减小时，Q2的导通时间也相应的减小或增大，导致励磁电流的减小或增大，使VB的乘积不变，E保持稳定。D2起续流作用，当Q2由导通状态变为截止状态时，为发电机励磁绕组产生的自感电动势提供通路。 二、电压调节器的分类 1(按电压分类:有14V、28V、42V、56V等多种，常用的为14V和28V，汽油车和小型柴油车一般采用14V，大型柴油车和工程机械一般采用28V。 2. 按搭铁方式分类:有磁场内搭铁式和磁场外搭铁式两种: a. 磁场内搭铁式:指发电机磁场绕组的一端在发电机内部直接搭铁，另一端通过调节器接发电机的正极。称为磁场内搭铁式电压调节器; b(磁场外搭铁式:指发电机磁场绕组的一端直接接到发电机的正极输出端(B+)或激磁端(D+)，而另一端通过调节器搭铁。称为磁场外搭铁式电压调节器。 3. 按安装方式分类，分为外装式和发电机内装式两种: a(外装式一般指将调节器安装在驾驶室或车身上; b(内装式一般指将调节器安装在发电机内部或发电机外壳上。 4. 按生产工艺分类，可分为以下几种: 2 a(电路板分立元件组装工艺; b(厚膜电路工艺; c(单芯片集成工艺。 5. 按使用功能分类，分为单功能和多功能: a(单功能调节器是指3引脚或4引脚产品，只有调节器功能，不具备其它功能。 b(多功能调节器是指除调节器功能以外，还附加其它功能，如在6管机中，附加指示灯控制功能和继电器控制功能等。 6. 按调节方式分类，可分为脉宽调制方式和定频调节方式。 a(脉宽调节方式:是现行常用的一种方式，调节器在正常工作时，随发电机的转速，负载变化，F端输出的波形宽度和频率也有明显变化; b(定频调节方式:调节器在正常工作时，随着发电机转速和负载变化时，F端输出波形的频率不发生变化，只有脉冲宽度发生变化。 三、电压调节器的主要参数及实验方法 1、调节电压值:指调节器进入正常工作状态，发电机输出端的电压值,是电压调节器的一个主要参数。其测试数据应满足国家标准要求，并应保证在长期工作中不发生漂移。(指标准3.7.3、3.7.4、3.7.5) 表1 23?5? (指标准3.7.3) 调节电压或调节电压差/V 序号 试验项目 试验条件 14V 28V 14.2?0.25 28.0?0.3 n = n Ra 1 调节电压 (Ui) I = 10 % I(?5A ) 14.5?0.25 28.5?0.3 R n= 2 000 r/min 1 2 转速特性 |?U| n= 8 500 r/min ?U| ? 0.20 |?U| ? 0.30 |2 I = 10 % I(?5A) R n = n R 3 负载特性 |?U| I= 10 % I ?U| ? 0.50 |?U| ? 0.50 |1 R = 85 % II2 R a 按客户要求，根据产品图上的规定做此项试验,可以不相同。 表2 高温130? (指标准3.7.4) 调节电压或调节电压差/V 试验项目 试验条件 14V 28V n = n, R调节电压值 V ?13 ?26 I = 85 % I R n = n, R负载特性 |?U| |?U| ? 0.5 |?U| ? 0.5 = 10 % I1 R I 3 I= 85 % I 2 R 温度系数 mV/? 0 , ,7 0 , ,10 表3 低温-40? (指标准3.7.5) 调节电压或调节电压差/V 试验项目 试验条件 14V 28V n = n R调节电压值 V ?15.5 ?30 = 10 % (?5A ) I IR n = n, R 负载特性 |?U| = 10 % I?U| ? 0.5 |?U| ? 0.5 |1 R I = 85 % II2 R 2、转速特性:指发电机在特定负载下从2000转/分到8500转/分时，由输出端测量出的最高电压和最低电压之间的差值。 3、负载特性:指发电机在特定转速下，负载电流由10%至85%时，由输出端测量出的最高电压和最低电压的差值。在带激磁二极管的发电机中，测量出的负载性是由两部分组成，其一是调节器的负载特性，其二是激磁整流管和主整流管压降不一致形成的电压差值。 ?U=?U+?U 式中，?U是发电机的负载特性，?U是调节器的负载特性。TDT ? U是D+和B+两个正极端的电压差值。 D 4、温度补偿系数:指调节器在正常工作时，由于环境温度的变化，引起的调节电压值的变化。按标准规定14V系列为-7—0mv/?，28V系列为-10—0mv/?。调节器选择的温度系数。主要是从以下两个考虑。 a、保证蓄电池工作在最佳状态，延长使用寿命。 b 、保证用电器能正常工作，延长使用寿命。 5、饱和压降:指发电机输出电压在13V-14V，调节器处于全开通状态，输出端F至E 之间的电压，(磁场外搭式调节器)，他是调节器一个重要的参数，饱和压降大的调节器，发热量也大。其一是容易造成过热损坏，其二是影像响发电机输出功率。 标准规定:14V系列?1.2V，28V系列?1.5V，实际使用，还要考虑调节器结构，散热面积和安装位置等因素来确定这值。 上述5项实验方法，其中转速特性、负载特性，须在发电机测试台上进行，具体操作须参照表1。 调节电压值、温度系数、导通压降、可以在发电机测试台进行，也可以利用调节器电子测试仪进行测试或自搭一个电路进行测试。 四、电压调节器的静态测试方法与测试仪器 对电压调节器这个汽车发电机的关键部件，无论是调节器生产厂还是发电机生产厂，对出厂、入厂检验都是必不可少的。为此，多年来各厂都做了大量的试验工作，自制了一些测试4 设备，有的简单一些，有的复杂一些，还未形成统一的测试方法。下面，举几例供参考。 (一) 调节器主要技术参数的静态测试方法 1、调节电压值的测试:调节电压值的测试有以下三种方法 (1)手动测试法:测试电路如图6，手动调节加在调节器正、负极上的电压，使其电压逐渐升高，调节器F端指示灯由亮变灭时的电压值即为调节器的调节电压值。 应注意的是用此法测量调节器电压值，直流稳压电源的稳压特性要好，否则灯灭后电压升高，灯亮时电压又降低，测出的电压值误差较大。 (2)半手动测试法:测试电路如图7，当稳压电源输出电压低于调节器的关断电压时， L1亮L2灭。测试原理:手动升高稳压电源电压至L1灯灭，正极电源通过L，电阻R，流入T2基极，则三极管T2导通，L2亮(L2的功率略大于L1的功率)，因L2功率大于L1，由于稳压电源内阻作用，使输出电压下降，调节器再次开通，L1点亮，L2灭，因L1功率小于L2，使电源电压再次升高，使调节器自动关断，如此往复，电压表示数即为调节电压值。 用此法测量调节器电压值，测量值较前者准确，不足之处是当调节器的调节电压值分散性较大时还需经常调节。 (3)自动测试法:测试电路如图8。测试原理:将电源输入电子模拟发电机，不接调节器时，发电机+、-极输出电瓶电压，测量14V调节器时约8—10V，测量28V调节器时约16—20V，将调节器的引脚按极性分别接到电子模拟发电机上时，电压表显示的数值即为调节器的调节电压值。 用此法测量调节电压值，不须手动调节，数据准确，效率高。测量精度取决于电子模拟发电机的设计水平。质量过关的产品无论测量何种品牌的产品，其测量数值都应与装在发电机上做动态测试时的数值一样。 5 如电子模拟发电机在设计上存在不足，测出来的调节电压值与动态测试时的误差较大，对不同品牌的产品测出来的电压值也不一样。这是该测试装置的关键部分，大家在选购该静态测试仪器时一定要注意，花几万元买进口的国外产品，有的误差也较大。 2、测量调节器D+端压降与发电机建压转速 对带激磁整流管的发电机，发电机建压转速与调节器D+端的压降有直接关系，表4是一组复测数据，根据表4所列数据，我们只要测出发电机D+端压将也就间接得出了发电机的建压转速。 D+端压降的测量如图9，测量14V调节器时用12V稳压电源或电瓶，测量28V产品时用24V电源或电瓶，电压表V1读数即为D+端压降。 表4 不同调节器在JFZ1920上建压转速对比试验 调节器性能参数 熟机建压转 调节器来源及型号 生机建压转速 最低(直流) 输出极饱和压速 工作电压 降(4A) 随机来样品(D+端 1800r/min 1400r/min 0.85V 0.36V(MOS) 带电阻)BOSCH 摩托罗拉9RC2053 2100r/min 1800r/min 1.46V 1.02 V UXX 1426-0018 2400r/min 1.64V 0.84V 华X厂送样品 2640r/min 2370r/min 2.17V 0.17V(MOS) 中XX院送样品 2700r/min 2.80V 0.33V(MOS) 剑X厂送样品 1150r/min 0.76V 0.22V(MOS) (上表引自:汽车用电子电压调节器技术条件编制说明 沈兴祖) 3、输出极导通压降的测量 调节器的输出极导通压降(即功率管导通压降)的测试电路如图10。调节电阻R至规定电流值，此时电压表V2读数即为调节器导通压降。该压降越低，调节器的自身消耗也越小。 6 4、调节器温度系数的测量 静态测量调节器的温度系数，可将调节器接到如图7、图8所示的自动测试电路或在调节器测试仪上进行。 首先在室温状态测试调节器10分钟后读数，并做好室温(T1)和调节电压值(V1)的记录，再将调节器放入高温箱中测量，待温度稳定并保持半小时后读数，并做好温度(T2)和调节电压值(V2)的记录。温度系数可按公式计算得出， ,UU2,U114.0,14.5mV/?，如:mV/?。 U,,，1000U,，1000,,5TT,TT2,T1120,20 5、负载特性的测量 调节器的负载特性是与发电机匹配有关联的参数，不适合做静态测试。 6、多引脚单功能调节器的静态测试 多引脚单功能调节器也可以用静态方法进行测试，因为任何一个电压调节器，只有三个电极是必备的和不可缺少的，这就是E、B+、F，其它引脚均起辅助功能，所以进行静态测试之前，只要将辅助引脚做一下技术处理，都可以用静态方法测试。 图11为六引脚五十铃调节器引脚图，图12为该调节器的外接电路图，由图12 可以看出该调节器适用于带激磁整流管的发电机，S接到了电瓶正极，B+接发电机正极，R通过一个二极管接点火开关下端，当开关接通后，也是接到了正极，D+端接一个指示灯，而另一端通过开关也接于正极。当发电机正常工作时，D+端电压等于B+端电压，所以我们在进行静态测试时，只要将D+、R、S、B+接在一起，该调节器就成为三引脚调节器了，按三引脚的方法进行测试即可。 7、多引脚多功能电压调节器的静态测试 该调节器的特点适合装配无激磁整流管的发电机，调节器具有双重功能，即调节器功能和指示灯功能，其中的典型产品是夏利发电机用的7个引脚调节器。夏利调节器与外电路的连 7 接如图13，这是一个适用8管整流桥发电机的多功能调节器，即有调节器功能，又有充电指示灯控制功能，二者相互独立，用静态测试仪测试该调节器时可对两个功能分别进行测试。 a、测调节器功能:可将B+、IG、S、W并在一起接测试仪+极，F、E分别接测试仪的相 应接线端子(参见图8)，L串接指示灯后接正极，电压表指示的数值即为调节电压值。 b、将W端从正极上断开，指示灯亮，接上灯灭，说明指示灯功能正常，否则为不正常。 (二)电压调节器测试仪性能简介 电压调节器静态测试仪，目前国内外均有生产，国外的产品档次较高，一般装有液晶屏，用于显示测试波形等功能，价格也较贵，约数万元人民币，国内产品档次较低，一般用数字表显示，不能显示波形。从功能上分，有测调节电压值单一功能的产品，也有将几个功能合在一起经过开关切换，能测多种参数的。从操作角度分，有手动调节的，也有能够自动测试的。价格均比进口产品低数十倍，约几百至几千元。 那么如何选用电压调节器静态测试仪器，应从以下三方面考虑: 1、准确性:就是说用该仪器测量不同品牌、不同型号产品的调节电压值，均应与动态测试数 据相符，若测试数据误差较大，说明该仪器在设计上还未到位，尚需改进。 2、可靠性:仪器在使用过程中重复测试的数据应保持一致，误操作不应造成仪器损坏，如外 接测试线短路不应烧保险，也不应造成损坏。 3、可操作性:测试过程中应操作简单，测试数据显示迅速，若测一个产品反复调节或数据显 示不稳定，说明该仪器可操作性不足。 上述三条具备了，该仪器也就有实用价值了，用起来就得心应手。 关于显示波形，若仪器内部的核心部件电子模拟发电机设计合理，测出的电压值准确，波形可以不显示。若仪器核心部分设计不合理，可外接示波器作波形显示，以便通过外部有关旋钮调节一下，使调节器输出波形正常，电压值也就准确了。 系列电压调节器测试仪，如下表: 型号 主 要 用 途 备注 BL-1型 只能测调节电压值，体积小，携带方便 便携式 BL-2型 测外搭铁调节器调节电压值，D+压降，导通压降 台式 BL-1型产品为便携式，只能测调节器电压值，适合用于维修市场。 BL-2型产品为台式(图14为结构及原理图)，适合于磁场外搭铁式调节器的检测，能够测量调节电压值、D+压降、导通压降等功能，四位半数字表显示。可外接示波器作波形显示，具备测试线短路保护功能，适合生产中批量产品的测试。 8 五、电压调节器与整流器的匹配 目前我国汽车产品为多国制式，品种繁多，汽车发电机、整流桥、调节器产品更为繁杂，为了方便广大发电机设计、维修人员对该系统进行全面了解，我们按发电机的驱动方式，进行了如下分类: 1、2,3W充电指示灯驱动方式，适合与9或11管整流桥匹配的发电机。 2、充电指示灯和IG端双重驱动方式, 适合与9或11管整流桥匹配的发电机。 3、IG端驱动方式, 适合与6或8管整流桥匹配的发电机。 4、控制盒驱动方式，适合无电瓶运行发电机。 5、发光管充电指示灯直接驱动方式，适合与6或8管整流桥匹配的发电机。 6、发光管充电指示灯直接驱动方式，适合与9或11管整流桥匹配的发电机。 7、采用2,3W充电指示灯驱动的双系统电压调节器，适合与9或11管整流桥匹配的发电机。 以上7种类型可归纳为以下11种电路。 (一)采用2-3W指示灯驱动的3引脚电压调节器，与9或11管整流桥匹配的发电机 该产品为早期引进车型桑塔纳制式，这是我国目前从柴油重卡、轻卡至微型车的主要制式。发电机进入待机状态(汽车点火开关闭合，发动机不启动时)通过调节器和发电机励磁电流靠 9 外接一只2-3W指示灯提供。 电路原理图见图1，其整体式交流发电机中采用9或11管整流桥，除6只(或8只)主整流管外，还有3只励磁整流管，故交流发电机有B+、D+两个正极输出端，当接通点火开关后，电流由蓄电池正极?点火开关K?充电指示灯L?激磁绕组L1?调节器功率管?搭铁，充电指示灯点亮。发电机待机电流(或称预励磁电流)I=Q(U/R)(U蓄电池电压，Q由调节器电路参数和发电机励磁绕组电阻确定的系数，根据调节器电气性能可取0.6~0.95，R指示灯电阻)，流过交流发电机励磁绕组。当交流发电机转速达到一定值，使D+端电位上升至与B+端电位相等时，充电指示灯熄灭，这表明交流发电机发电正常。 这种制式是目前国内流行较广泛的一种，其特点是:交流发电机D+端既是调节器电源端又兼作充电指示灯控制端，从而大大简化了整流桥与调节器的连接电路以及调节器的内部电路，使生产成本降低。采用桑车制式，要达到目前对交流发电机输出特性要求，需注意以下3点: 1、整流桥的主整流管和励磁整流管的导通压降要匹配 如主整流管导通压降大，励磁整流管导通压降小，因调节器取样端接在D+端，则B+端输出电压将降低，特别是在大输出电流下更为明显。表1给出了2组不同整流桥在同一台交流发电机上，交流发电机转速为6000r/min时测量数据。 表1 、2组不同整流桥的测量数据 项目 整流桥1 整流桥2 输出电流为9A时 14.15 14.23 B+端电压/V 输出电流为80A时 13.61 13.91 测量差值 0.54 0.32 调节电压差值/V 标准值 ?0.5 ?0.5 结论 不合格 合格 2、对调节器末级功率管的导通压降和负载特性要求高 交流发电机的预励磁电流是通过充电指示灯和调节器提供的，调节器末级功率管的导通压降直接影响该电流的大小。所以，当调节器末级功率管压降大时，交流发电机的建压转速(或称灭灯转速)将提高，超过标准值，见表2。 10 表2 、待机状态2个D+端压降不同的调节器的测量数据 待机状态 调节器编号 灭灯转速r/min 标准转速r/min 结论 D+端压降(V) 1 1.46 1800 ?1900 合格 2 2.17 2370 ?1900 不合格 3、调节器的负载特性是一项重要参数，若调节器电路参数设置不合理或开关速度慢、灵敏度低，都将影响这一特性。所以负载特性差的调节器与整流桥的连接就不能采用桑车制式，否则，交流发电机的负载特性将变差。 (二)采用2—3W指示灯驱动的4引脚电压调节器，与9或11管整流桥匹配的发电机 该产品为引进车型富康制式。整体式交流发电机内部电路与外接驱动电路如图2。该制式的特点是，在原3引脚调节器内部增加了一个电子开关，通过该开关增加了B+引脚。 该调节器的驱动方式及工作原理:闭合点火开关后(见图2)，蓄电池通过充电指示灯给调节器的D+端输入一电流，接通调节器内部的附加电子开关DK，从而使调节器控制芯片IC通电进入正常工作状态，功率开关管导通。于是电源经充电指示灯L?励磁绕组L1?调节器功率开关管?搭铁，因此时功率开关管处于导通状态，电压降为0.7V左右，故通过励磁绕组的预励磁电流是2W充电指示灯的电流，根据I=P/U(P指示灯功率，U蓄电池电压)约为170mA。富康制式下，交流发电机建压转速约为1500r/min，且由于调节器的取样端通过附加电子开关取自B+端，因此交流发电机的输出特性不受整流桥的影响。所以，发电机的负载特性一致性好，仅为0.1—0.2V。 富康制式是原桑车的改进制式，既保留了外接驱动电路简单，又克服了灭灯转速高和负载特性差的弊端。不足之处仍是充电指示灯功率大，须在2W以上，若采用发光管做充电指示灯，仍须并接一个3W/40Ω左右的电阻。 (三)采用D+、IG双端驱动的将3引脚调节器改装成4引脚调节器后，再与9或11管整流桥匹配的发电机 该制式是与引进车型五十铃配套的本土化产品，是浙江申湖电机厂的创新成果，目前该创新在我国微车市场上已广泛应用。图3是发电机内部电路与外接驱动电路的原理图。 点火开关K闭合后，一路由蓄电池?充电指示灯L?激磁绕组L1?调节器功率管?搭铁，另一路由蓄电池?二极管D?附加电阻R?激磁绕组L1?调节器功率管?搭铁。可见，该发电机的预激磁电流是由二路叠加，改变附加电阻R的阻值，即可改变预励磁电流，从而改变发电机的建压转速(即灭灯转数)。 11 磁场绕组预激磁电流I由充电指示灯和附加电阻叠加供电(见图3)。一般情况，发电机装3引脚调节器外接一个2W指示灯驱动，预激磁电流I约在130mA，建压转速(即灭灯转数)约1 为1800r/min，而在该电路中外接电阻选用2W/43Ω，通过附加电阻的电流约为I=Q(U/R)=0.7(12/43)=195mA(U为电瓶电压，R为外接电阻，Q由调节器电路参数和发电机励磁绕组电阻确定的系数，可取0.6,0.95)，总激磁电流I= I+ I=325mA，此时发电机的建压转速(即灭12 灯转数)约为1100—1300r/min。 该电路的优点是通过改变附加电阻阻值，可以改变发电机的预激磁电流，从而达到调整建压转速的目的。实际应用中，当充电指示灯为一只发光管时，流过发光管的电流仅10—20mA，可忽略不计，此时可将附加电阻阻值调整为20-30Ω，该发电机的预激磁电流主要由附加电阻提供。这时流过附加电阻的电流约为I=0.7(12/24)=350mA，发电机建压转速仍为1100,1300r/min。 目前在三菱系列产品中，部分四线产品中也都采用该制式，只是将二极管和电阻安装在芯片上。因该电路是由三引脚调节器通过外接附加电阻改装而成，目的是为了降低三引脚调节器的建压转速，所以，三引脚调节器的其它特性不发生变化。 (四)采用D+、IG双端驱动的5,6引脚电压调节器，与9或11管整流桥匹配的发电机 该产品即引进车型五十铃制式。发电机内部电路与外接驱动电路如图5，工作原理:点火开关K闭合后，一路由蓄电池正极?充电指示灯L?激磁绕组L1?调节器功率管?搭铁;另一路由蓄电池正极?IG?调节器内部二极管D1?附加电阻R?激磁绕组L1?调节器功率管?搭铁。可见该电路与前面讲的图3电路相同点是IG至D+端仍接有二极管D1和附加电阻R，不同点是增加了一个B+和S引出端，该二引出端均为取样端，S为优先取样端，B+为主取样端。其作用是，该调节器在不接S端使用时，发电机B+端输出电压约为15.1V，调节器的取样电压取自B+点(发电机正极);当接上S端使用时，调节器B+点输出电压约为14.6V，调节器的取样电压取自S点(即蓄电池正极)。由于优先取样点S的增加，使整车供电电压更为稳定，特别是蓄电池两端的电压，始终保持在14.6V。若不接S点，由于线路压降影响，发电机满载时蓄电池端电压为14.6V，而发电机轻载时，蓄电池端电压就会升至15.1，导致蓄电池处于过充电状态，影响蓄电池的使用寿命。 12 作为5引脚调节器使用，可将S端并接在发电机B+端。 (五)由IG驱动的6,7引脚电压调节器，与6或8管整流桥匹配的发电机 该产品即引进车型夏利制式。发电机内部电路与供电系统原理图见图6 。当点火开关K闭合时，由IG将调节器电源接通，调节器进入预激磁状态，此时，一路由蓄电池正极?充电指示灯L?调节器内部指示灯开关管?搭铁，充电指示灯点亮。另一路由蓄电池正极?发电机B+?激磁绕组L1?调节器内部功率开关管?搭铁。发电机励磁绕组的预激磁电流的大小与调节器的设计有关，早期夏利轿车采用的发电机内装式调节器，预激磁电流错误～未找到引用源。I=U/R=12/3=4(A)。发动机改成电喷以后，发电机功率加大，内装式调节器也更新了，预激磁电流仅为0.5—0.7A，目的是降低发电机的待机功耗。在调节器内部采用集成电路芯片扩展功能，在预激磁状态下，调节器内部开关管处于振荡状态，预激磁电流的大小受集成芯片输出方波的占空比控制。当发动机启动，发电机转速上升至600,800转时，由P端输入的控制信号起作用，充电指示灯熄灭，集成芯片内部振荡器停振，功率管处于完全开通状态，发电机的激磁电流错误～未找到引用源。I=U/R，发电机进入正常工作状态。 该调节器有如下特点: 1、 在调节器内部指示灯控制电路与调节器控制电路互相独立，在不接充电指示灯的情况 下，调节器照常工作。 2、 充电指示灯可接20mA发光管，也可接2W灯泡。 3、 整流桥采用6或8管结构，省掉了3个激磁二极管。 4、 采用双取样结构，S端优先取样，保证了供电系统的稳定。发电机的负载特性仅为0.1, 0.2V。 5、 改进后产品(集成芯片产品)预激磁电流减少到0.5—0.7A，降低了励磁绕组的待机功 耗。 13 该电路的不足之处是，调节器内部电路复杂，外接引线较多，调节器成本较高。 日本车型一般均采用此制式，我国由日本引进的部分微车产品或仿制品，因调节器成本高，现绝大部分车型已本土化，大致分为三种制式，第一种是由原浙江余姚电机三厂将桑塔纳3引脚调节器改装4引脚产品用于长安之星上，具体电路如图3，原理与五十铃3引脚调节器改装4引脚产品相同。第二种制式是锦州汉拿引进韩国三菱制式的4引脚产品，只是把附加电阻和二极管移植到芯片内部，性能与国内改装的相同。第三种制式是采用ST公司的7引脚产品替代日本的7引脚产品。 上述三种改进方式，从使用角度看对整车电气性能均无明显差异，但从电气性能测试和长期使用来看，还是有些不足之处，因为在汽车供电系统中，整车电气性能必须作匹配测试，只改变一个部件而整车电路不做匹配调整，其综合电气性能下降是不可避免的。 (六)用指示灯驱动的6引线电压调节器，与6或8管整流桥匹配的发电机 该产品是北京佩特来由国外引进的大功率发电机的电路组合模式，国内主要用于空调大客车供电系统，发电机内部电路与整车供电电路如图7。当点火开关闭合时，一路由蓄电池正极?充电指示灯L?调节器指示灯开关管?搭铁，另一路由蓄电池正极?激磁绕组L1?调节器功率开关管?搭铁。该调节器内部在B+端设有一个电子开关DK，当点火开关闭合时，蓄电池通过充电指示灯使DK导通，调节器控制部分进入预激磁工作状态。功能一，驱动指示灯开关管，使充电指示灯点亮;功能二，输出一个方波信号，驱动功率开关管处于振荡状态，使预激磁电流控制在约0.5A。当发电机被拖动运转后，发电机发电。两个相线W1、W2电压随之升高并输入调节器控制芯片IC，当发电机转速升至600r/min左右，充电指示灯熄灭，功率开关管由振荡状态转入导通状态，表明调节器已进入正常工作状态。当点火开关断开时，调节器内部电子开关DK关断，功率开关管处于截至状态，调节器无漏电流。 该调节器的特点是: 1、 省掉了3只励磁整流管，使整流桥成本降低。 2、 发电机输出端只有B+和L两个端子，使整车供电系统电路简化。 3、 无插接件，使连接更加可靠。 4、 充电指示灯无功率要求，可接发光管，也可接灯泡。 5、 调节器B+端取样，发电机的负载特性好。 6、 调节器内部控制电路在预激磁状态处于振荡状态，预激磁电流小，待机功耗低。 该款调节器比其它品种综合指标均优越。不足之处主要是调节器内部电路复杂，成本较高。 14 (七)用控制盒驱动的4线无电瓶电压调节器，与6或8管整流桥匹配的发电机 该系统由北京佩特来引进国外产品，主要用于我国装配独立空调系统的大型客车。发电机内部电路与外接控制盒驱动部分如图8。当空调开关K闭合时，激磁继电器J吸合?由蓄电池正极?二极管D1?激磁绕组L1?调节器功率开关管?搭铁，发电机激磁回路接通，激磁电流I=U/R(U为蓄电池电压，12V或24V，R发电机励磁绕组直流电阻，28V发电机一般为6-8Ω，14V一般为2-3Ω，I约为4-5A)。发电机正常发电后，B+输出向空调供电，同时经由控制盒内二极管D2，供发电机激磁，控制盒内与发电机B+端连接的大容量电容器C代替蓄电池起滤波作用，使发电机输出电压保持稳定。空调开关K断开，继电器J触点断开，空调发电机因无激磁电流而停止发电。 (八)采用发光管充电指示灯直接驱动的内搭铁式调节器，与6或8管整流桥匹配的发电机 该品种属国外近几年来根据用发光管作充电指示灯(电流仅为20mA)而研发的一个新品，属于多功能电压调节器。我国目前新出厂的高中档轿车，多数采用此产品，以上海法雷奥发电机为主体。发电机内部电路和整体供电系统电路如图9。当点火开关闭合后，由蓄电池正极?发光管充电指示灯LED?调节器内部电子开关DK?调节器控制芯片IC?调节器功率开关管?搭铁，调节器被驱动，处于待机预激磁状态。此时发电机预激磁电流由蓄电池正极?发电机激磁绕组L1?调节器功率开关管?搭铁。因功率开关管这时的驱动信号为调节器内部控制芯片IC输出的方波信号，频率、占空比均已设置好，预激磁电流约为0.5A。发电机被拖动发电后，W1、W2电压随转速升高而升高，当转速升至600-700转时，充电指示灯熄灭，控制芯片IC脱离振荡状态，使功率开关管处于导通状态，发电机进入正常发电状态。当点火开关断开，调节器内部电子开关因失去充电指示灯的控制电流而关断，调节器内部功率开关管被关断，调节器无放电电流。 15 该调节器FR端为调节器工作状态指示端，在整车电路设计上无需要时，该端可不接。 该款调节器跟生产厂家、产品型号不同，性能上也略有差异，有的厂家有软启动功能和定频功能，有的厂家产品无此项功能，但可相互代用。 该产品的优点是: 1、采用6或8管整流桥，省掉了三只激磁管。 2、驱动电路简单，接一个指示灯即可。 3、充电指示灯可用发光管(20mA电流)直接驱动，仪表盘上不必再并接大功率电阻。 4、因调节器取样点取自B+端，发电机负载特性好。 5、调节器在待机状态功率开关管处于振荡状态，待机电流小，功率损耗低。 该产品不足之处是电路复杂，成本较高。 (九)采用发光管充电指示灯驱动的4 引脚电压调节器，与9或11管整流桥匹配的发电机 该产品是根据我国汽车发电机生产现状而研发的一种适合国情，自主创新，完全本土化的产品(至目前尚未发现国外有此类产品。)。发电机内部电路和整车供电系统电路如图10。工作原理:当点火开关K闭合后，一路由蓄电池正极?发光管充电指示灯LED?调节器内部电子开关SDK?调节器控制芯片IC?调节器功率开关管基极;另一路由蓄电池正极?发光管充电指示灯LED?励磁绕组L1?调节器功率开关管?搭铁。 该调节器与众不同之处有以下几点: 1、 调节器内部的电子开关SDK有双向传输功能，当点火开关闭合时，通过发光管指示灯给 双向电子开关SDK一个控制信号，使其导通，将B+电源送入调节器控制芯片IC，同时 IC产生一方波振荡信号，使功率开关管进入饱和导通，并送至双向电子开关SDK，SDK 接到该信号便输出300mA电流送入发电机励磁绕组L1，通过功率开关管搭铁。 2、 因为调节器控制芯片IC输出方波振荡信号驱动SDK，发电机励磁电流时有时无，程断续 状态，使发电机的待机电流更小，待机功耗更低。 3、 调节器电压取样取自B+端，发电机负载特性好，等同于6或8管整流桥发电机。 4、 发电机引出端只有B+、L，外接电路简单，并可用发光管充电指示灯直接驱动，省掉了 IG驱动线路。现已成功应用在农业机械和微车上，替代原3改4线电压调节器使用。 5、 该调节器外形与桑塔纳三引脚通用，B+用高温导线引出，发电机工装模具不用改变就可 直接安装，降低了发电机开发成本。 16 6、 该产品为无刷电机的推广开拓了更广阔的市场，无刷电机建压转速(灭灯转速)高，这 是多年来未解的一道难，应用该产品此问题便应刃而解，建压转速可降至1300r/min 以下，满足用户要求。 (十)高可靠双系统电压调节器简介 高可靠双系统电压调节器是应我国军方厂家设计要求而开发的一种大功率发电机电压调节器，是与9或11管整流桥匹配产品。 该产品电气特性的显著特点是:电压调节器采用主、辅双系统的高可靠设计结构。工作原理如下:参见图11。 该产品内部装有2个(A和B)独立的电压调节器，两个电压调节器通过一条控制线KX连接在一起，在调节器A和B的内部分别装有一个电子开关，当点火开关K断开时，调节器A和B均不工作，也无漏电流。当点火开关接通时，调节器A参与工作，指示灯点亮，调节器A通过控制线KX给调节器B送入一个休止信号，使调节器B仍处于休止状态，不参与工作。当发电机正常发电后，充电指示灯熄灭，表示调节器A系统工作正常，发电机正常发电。发电机在长期使用中若出现故障，如:1、调节器A损坏，呈开路状态，使发电机不发电，此时，经控制线KX送入B系统一个控制信号，使B系统进入工作状态，发电机继续正常发电。此时，充电指示灯暗亮，提示A系统已发生故障，B系统进入工作状态。2、调节器A损坏，呈通路状态，使发电机输出电压增高，当发电机输出电压大于30V并小于31V时，(28V发电机)经控制线KX送入B系统一个控制信号，使B系统进入工作状态，并通过控制线KX关断A系统，使发电机恢复正常发电状态，此时充电指示灯暗亮，以提示A系统出现故障，B系统进入工作状态。 2、外接匹配电路: 该发电机外接匹配电路，只需仪表盘上接一只2-3W指示 灯，若考虑可靠性因素，该指示灯也可由发光二极管代替，但 须外接补偿电阻，如图2所示。 3、调节器输出电流可做到5-15A，特别适合与有刷或无刷 大功率发电机配套。 4、该调节器的不足之处是电路复杂，成本较高。 综上所述，我国目前在汽车发电机生产中，内装式调节器 的驱动方式和与整流桥匹配模式主要有以上10种，根据整车电气线路设计和应用场合的不同和生产成本差异，可择优选型，以做到合理利用现有资源以提高市场竞争力。 (十一)自激磁式电压调节器的原理与应用 17 汽车发电机能否实现自激磁(既发电机只接一条正极输出线，负载搭铁，不接其它附加线即可发电)是人们多年的追求，大多数做法是从改变转子入手实现的。如在转子两磁极间嵌有磁条的发电机和在转子材料中加入硬磁性材料元素，使剩磁加大。这两种做法都是利用转子剩磁使其发电。方法简便易行，在低速车或小型拖拉机农用机械中非常适用。不足部分是当发电机转速大于4000转时，空载转速输出电压偏高。 不改变转子材料，通过改变调节器的设计实现发电机的自激磁功能。也是近年来行业内热议探讨的，在国内应用较早的是佩特莱大功率发电机产品，做法是采用多功能电压调节器。(电路框图如图1)，其原理是利用发电机的剩磁发电后，从P点取出微弱信号经放大后打开调节器内部的电子开关，使调节器进入正常工作状态。 根据这一原理，国内有些调节器生产厂将该方法移植到单功能调节器上来，应用效果也较为理想。电路框图如图2。 以上两种方法，都是利用转子剩磁发电原理实现的。如是生机(新装配的发电机)或是存放过久等原因，使转子消磁，尽管发电机转速达到该发电机的建压转速，P点也不会有电压信号输出，调节器内部的电子开关也不会打开，自激磁功能就没有了。我们给具有这种功能的调节器称作P点驱动式电压调节器。 经过多年实验研究，我们找到了一种全新理念的自激磁控制原理。汽车在启动时，启动电流很大，蓄电池电压一般要降低1-2V，启动结束，电压又自然升回原值。就是说，汽车在起动时，蓄电池电压波动较大，如果能把这个波动信号取出来，用来触发安装在调节器内部的电子开关接通，使调节器进入工作状态。 用上述理论研发的自激磁式电压调节器，无P点取样信号，也不受发电机剩磁强度的影响，无论是生机还是存放过久转子消磁的发电机，启动后都能正常发电。这就使普通发电机，通过更换一只调节器就成了自激磁发电机。 1、 自激磁电压调节器的结构(图3)是该自激磁式电压调节器的原理框图。工作原理如下: 18 当汽车启动时，蓄电池电压下降，启动停止，电压回升，调节器内部安装的电压波动传 感器将这一信号提取并做延时处理触发电子开关，使电子开关接通，B+通过预激磁电阻R 给发电机激磁，预激磁电流的大小取决于电阻R的阻值，通常可按下式计算:I=0.8U/R，式 中:I预激磁电流，U蓄电池电压，R预激磁电阻。对14V发电机来说，R取值范围在30-40 欧姆，对于28V发电机R取值范围在150-300欧姆。R取值的大小应根据发电机的参数来 定，无刷电机取值可取低端，有刷电机可取高端。 该产品彻底解决了用户使用中出现的三个问题: (1) 接发光管指示灯怠速不发电的问题; (2) 无剩磁不发电的问题; (3) 不接指示灯不发电的问题。 使普同的发电机无论是有刷还是无刷，只要换上该调节器，既可成为自激磁式发电机。 2、 自激磁式电压调节器的性能与测试 自激磁式电压调节器的性能指标保留了原有电压调节器全部性能。关于自激磁功能的测试应注意以下几点: 在发电机电脑测试台上做自动测试，接充电指示灯测试和不接充电指示灯测试，操作和测普通的整体式发电机一样，测试结果也一样。 接灯时，用手动测试建压转速时，蓄电池接通到转速上升至建压转速时的时间不应超过5秒，若超过5秒，测得建压转速超1100转/分还未建压，说明调节器内部补偿的预激磁电路已关闭，自激磁功能不起作用了。此时可用一个1欧姆50W电阻或一只汽车灯泡在正极和负极之间接通一下，发电机即可建压发电。 不接灯时，用手动测试建压转速，可先将转速调到1100转/分，然后用一电阻或汽车灯在正负极之间连接一下，发电机既建压发电。这是因为当蓄电池放电时电压下降，负载断开后电压回升，也就是说电池电压产生了波动。尽管这一波动信号较小、时间较短，但它也能触发调节器内部的电压波动开关，使发电机进入预激磁状态。 自激磁电压调节器的研制成功，使普通的发电机换上一只调节器，就变成了自激磁式发电机，这就从根本上克服了现有个别车型存在的三点不足: 1、 接发光指示灯启动时，怠速不发电的现象; 2、 采用无刷电机的车型，建压转速较高的现象; 3、 不接充电指示灯，发电机不会发电的现象。 除上述三点外，使用该产品，可将简化整车供电系统电路，发电机只接一根正极线即可工 19 作，无需再接L、IG等接线，即可节约成本，也可降低故障率。 (十二)消除LED发光管充电指示灯闪烁的电压调节器 1、采用单功能电压调节器的发电机LED充电指示灯为什么会闪亮 在柴油车上，采用LED发光管充电指示灯后，在行车中，当蓄电池充电饱和，LED发 光管便不停的闪烁，而在汽油车上，这一现象不是很明显，这是多年业内人士一直讨论的 问题。为克服这一现象，好多厂家不惜增加成本，将单功能调节器换成了多功能调节器。 这一现象是怎么形成的: 发电机正常发电后，D+、B+是等电位，指示灯炮不亮而发光管为什么会亮,请看下面的实验(实验电路如图) 实验结论是: 1)当发电机输出电流大于10A时，D+波形与B+波形基本相同。 2)当发电机输出电流小于5A时，D+端出现小的负向脉冲电压，峰值约为2V，指示灯微闪; 3)随着蓄电池充电饱和，当发电机输出电流小于等于1A时，D+端出现的负脉冲电压约为5V，使LED指示灯闪亮; 4)接双线示波器，取F和D+两端波形比较，可以看出，当调节器导通瞬间，D+点出现负脉20 冲; 5)两个充电指示灯并联，小灯泡不亮，发光管闪亮。 产生上述现象的原因: 1、由上述实验可以看出，当发电机输出电流大于10A时B+、D+端电压波形接近，无明显 变化，当发电机输出电流小于1A，在调节器导通瞬间D+端出现明显的负脉冲，对这一现象 如何解释呢,首先要理解以下三条: a.任何一个电源都是有内阻的，例如手电筒，灯变暗了，干电池空载电压并未低; b.能够保持输出电压稳定的电源，多数是通过调节电源的内阻来实现的; c.汽车发电机装上调节器，能保持输出电压稳定，也是通过调节发电机内阻来实现的。 根据上述三点原则，来分析发电机输出电流小于1A时，当调节器导通时，D+端为什么会出负脉冲电压，就容易理解了。就是说，当发电机输出电流为1A时，它的内阻约为14欧，而激磁绕组的电阻仅为2-4欧姆，当调节器导通瞬间，因转子线圈是一个较大的感性负载，磁场建立要滞后，转子能量不能立刻得到补充，此瞬间发电机还未进入发电状态，D+端的电压等于发电机内阻与转子内阻的分压值，所以D+端出现负脉冲(电压下降)是必然的。 错误～未找到引用源。 错误～未找到引用源。 上述分析，只是由实验现象假设的。未有验证，仅供参考，不要引用。(如有不妥之处，请大家指正) 2)脉冲幅度的大小，跟发电机的内阻成正比，跟发电机输出电流成反比，输出电流越小， 脉冲幅度越大，输出电流增大，脉冲幅度减小，输出电流超过7-10A脉冲消失; 3)为什么小灯泡不亮，而LED发光管亮,这是因为小灯泡是热光源，要点亮发光，钨丝温 度要达到上千度，必须有最够的电流持续作用。而此时D+端只是一个很窄的脉冲源， 只是瞬间通电，平均功率小，钨丝温度低，所以它不会亮。而LED发光管的发光方式正 和小灯泡相反，它属于冷光源，只要有电流通过即可发光，无须加热。尽管D+端负脉 冲电压持续时间很短，它仍能发光。所以，当汽车仪表盘上的充电指示灯换成LED发光 管以后，装配单功能电压调节器的发电机才出现了行车中充电指示灯闪亮的现象。 21 通过上面的实验和分析，LED指示灯闪亮的原因是因为D+端出现脉冲造成的，那么，我们只要把这个负脉冲消除，LED指示灯也就不会闪亮了。 2、能够消除LED充电指示灯闪亮的调节器 能够消除LED充电指示灯闪亮的调节器，就是在调节器内部加装了一个消除D+端负脉 冲的电子开关，方框图如图2: 工作原理如下: 发电机正常工作时，B+、D+电压相等，电子开关关断，不起任何作用。当发电机B+端输出电流小于5A，D+端产生负脉冲时，安装在调节器内部的脉冲电压检测电路检测到B+和D+间出现电压时，迅速将电子开关接通，保持B+、D+等电位，B+、D+间没有电压差了，LED发光管指示灯也就不会再闪亮了。 不闪灯调节 器，发电机转速 1100转/分，电 流1A时D+端 输出波形。 普通型调节 器，发电机转速 1100转/分，电 流1A时D+端 输出波形。 3、为何装多功能调节器的发电机不存在闪灯的问题 因为多功能调节器充电指示灯和调节器是完全独立的两个电路，灯的亮灭是靠P点来控制，P点有电压灯灭，P点无电压灯亮，与转子毫无关系。采用多功能调节器的发电机，无D+端，转子的F+极直接接到B+端，与指示灯毫不相干，所以多功能调节器不会出现闪灯的现象。 22 六、电压调节器的常见故障分析 调节器不能正常工作，主要表现有以下四种故障现象: (1)调节器处于永久导通状态，不起电压调节作用，造成发电机输出电压失控 (2)调节器处于永久关断状态，造成发电机不发电; (3)调节器灵敏度低，造成充电指示灯闪亮; (4)使用一段时间后，调节器电压值漂移，造成发电机输出电压升高或降低。 调节器的内部结构，主要有两部分组成。一是取样放大部分(即前级)，二是功率输出部分(即后级)。实验表明，调节器前级出了问题，以上四种故障现象均有可能出现，若后极出现问题，只表现为(1)和(2)两种故障现象，不会出现(3)和(4)两种故障现象。(如图2) 调节器的前级出现问题，是调节器本身的质量问题。与发电机用电器、整车电气线路及使用环境等没有大的关系。主要原因有以下三方面造成:(1)电路设计不够完善或元器件参数选择不够合理。(2)元器件质量存在问题，装机后未能及时发现。(3)生产工艺不合理货不够完善。总之，这是调节器生产厂的问题，与用户无关。 调节器的后级出现质量问题，表现在发电量失控或不发电。这两种故障除与调节器元器件本身的质量有关外，与发电机的质量水平、整车电路也是密切相关的。 调节器的后极损坏，主要是功率三极管的损坏，第一种现象是功率管崩裂或内部断极，呈断路状态，造成不发电。第二种现象是功率管有明显过热现象，呈导通状态，造成发电量失控。两种故障中，前一种主要是调节器负载或外电路短路所造成，属于使用问题。调节器的电路设计，若没有独特的过流保护装置，选用再好的元器件也是无法克服的。 23