汽车电压调节器及维修

在汽车行驶过程中，发动机按固定的传动比驱动交流发电机旋转。由于发动机的转速随时都在发生变化，交流发电机的转速也随之改变（变化范围为0～18 000 r／min），交流发电机的输出电压也随转速的变化而变化。因此，为了防止交流发电机输出电压过高而损坏电气设备，交流发电机必须配装电压调节器。目前，汽车交流发电机都已配装电子式电压调节器，简称“电子调节器”或“调节器”。

1.电压调节器的功能

汽车交流发电机电压调节器的功能是：当交流发电机转速变化时，自动调节交流发电机的输出电压，防止输出电压过高而损坏电气设备，避免蓄电池过量充电。

2.电压调节原理与调节方法

由电工学可知，交流发电机空载输出电压U与其感应电动势EΦ成正比，而感应电动势EΦ与交流发电机转速n和每极磁通Φ成正比，即

式中：Ce——交流发电机的结构常数。

由上式可见，当交流发电机转速变化时，要保持交流发电机输出电压恒定，就必须改变磁极磁通。

【特别提示】

电压调节器调节电压的原理是：通过调节磁场电流来调节磁极磁通，使交流发电机的输出电压保持恒定。

图3-12　交流发电机转速一定时的电压调节过程

当交流发电机转速一定时，电压调节过程如图3－12所示。

当交流发电机转速n达到一定值（即n＝C＝常数）、其输出电压U达到调节电压上限值U2时，电压调节器开始进行调节并使磁场电流If减小，磁通Φ减少，电动势EΦ下降，U随之下降。

当输出电压降到调节电压下限值U1时，电压调节器又进行调节并使磁场电流If增大，磁通Φ增多，电动势EΦ升高，输出电压随之升高。

当U再次升高到上限值U2时，电压调节器重复上述调节过程，使交流发电机的输出电压U在调节电压上下限值U2、U1之间脉动，从而保持平均电压Ur不变。电压调节过程表达如下：

【特别提示】

各种电压调节器都是通过调节磁场电流使磁极磁通改变来控制交流发电机的输出电压。电子式电压调节器的调节方法是：利用三极管的开关特性，使磁场电流接通与切断来调节交流发电机磁场电流。

3.电压调节器的基本结构

汽车交流发电机有内搭铁型与外搭铁型之分，因此与之匹配使用的电压调节器也有内搭铁型与外搭铁型两类，分别如图3－13和图3－14所示。

图3-13　外搭铁型电压调节器的基本电路

图3-14　内搭铁型电压调节器的基本电路

【特别提示】

内搭铁型电压调节器的显著特点是接通与切断磁场电流的大功率三极管VT2为PNP型三极管，且串联在磁场绕组与电压调节器电源端子B之间；外搭铁型电压调节器的显著特点是接通与切断磁场电流的大功率三极管VT2为NPN型三极管，且串联在磁场绕组与电压调节器的搭铁端子E之间。

下面以图3－13所示外搭铁型电压调节器的基本电路为例说明。

基本电路由信号电压监测电路、信号放大与控制电路、功率放大电路以及保护电路4部分组成。信号电压监测电路由电阻R1、R2和稳压二极管VS构成。稳压二极管（简称“稳压管”）VS是传感元件，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，从而监测交流发电机电压的变化，并控制三极管VT1导通与截止。电阻R1、R2串联在交流发电机输出端子B与搭铁端子E之间，构成一只分压器，直接监测交流发电机输出电压U的变化，从分压电阻R1上取出交流发电机输出电压U的一部分UR1作为电压调节器的输入信号电压，R1上的分压为

由上式可见，交流发电机电压U升高时，分压电阻R1上的分压值UR1升高；反之，当交流发电机电压U下降时，分压值UR1下降。(www.xing528.com)

信号放大与控制电路由三极管VT1和电阻R3构成。其功能是将信号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R3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。

功率放大电路由大功率三极管（通常采用达林顿三极管）VT2构成。外搭铁型电压调节器的VT2为NPN型大功率三极管，串联在磁场绕组与搭铁端子之间，这是外搭铁型电压调节器的显著特点。磁场绕组的电阻为VT2的负载电阻。VT2导通时，磁场电流接通；VT2截止时，磁场电流切断。因此，通过控制三极管VT2导通与截止，就可改变磁场电流使交流发电机的输出电压稳定。

保护电路由续流二极管VD构成，其功能是防止磁场绕组产生的自感电动势击穿功率三极管VT2而造成损坏。

4.稳压管的工作条件

稳压管VS与三极管VT1的发射结串联后再与分压电阻R1并联，所以当交流发电机电压U高于或等于调节电压上限值U2，分压电阻R1两端的分压值UR1达到或超过稳压管VS的稳定电压Uw（稳压管正常工作时，管子两端保持不变的电压值称为稳压管的稳定电压）与三极管VT1发射结压降Ube1（锗管：Ube1＝0.2～0.3V；硅管：Ube1＝0.6～0.7V）之和时，稳压管VS和三极管VT1导通；反之，当交流发电机电压U下降到调节电压下限值U1，分压电阻R1两端的分压值UR1低于稳压管VS的稳定电压Uw与三极管VT1发射结压降Ube1之和时，稳压管VS和三极管VT1截止，即稳压管VS的导通条件与截止条件如下：

【特别提示】

稳压管VS的导通条件：

稳压管VS的截止条件：

5.电压调节器的工作过程

电子式电压调节器是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交流发电机磁场电路中，根据交流发电机的输出电压高低，控制三极管导通与截止来调节交流发电机磁场电流，从而使交流发电机的输出电压稳定在某一规定的范围之内。

交流发电机输出电压的调节过程如下：

（1）接通点火开关SW，交流发电机电压U低于蓄电池电压时，三极管VT1截止，三极管VT2导通，磁场电流If接通，交流发电机他激发电，即磁场电流由蓄电池供给。

当点火开关SW接通，交流发电机未转动或转速低，电压U低于蓄电池电压时，蓄电池电压经点火开关SW加在分压电阻R1、R2两端。由于交流发电机电压低于调节电压上限值，因此分压电阻R1上的分压值UR1小于稳压管VS的稳定电压Uw与三极管VT1发射结压降Ube1之和，由稳压管的导通条件可知，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R3向三极管VT2提供基极电流，VT2导通并接通磁场电流，其电路为：蓄电池正极→电流表A→点火开关SW→熔断器F3→交流发电机磁场端子F1→交流发电机磁场绕组RF→交流发电机磁场端子F2→电压调节器磁场端子F→三极管VT2（c→e）→电压调节器搭铁端子E→交流发电机搭铁端子E→蓄电池负极。此时若交流发电机转动，则其电压将随转速的升高而升高。

（2）当交流发电机电压上升到高于蓄电池电压但尚低于调节电压上限值U2时，交流发电机自激发电，即磁场电流由交流发电机自己供给。

当交流发电机电压高于蓄电池电压但低于调节电压上限值U2时，VS与VT1仍然截止，VT2保持导通。此时磁场电路为：交流发电机定子绕组→正极管→交流发电机输出端子B→点火开关SW→熔断器F3→交流发电机磁场端子F1→交流发电机磁场绕组RF→交流发电机磁场端子F2→电压调节器磁场端子F→三极管VT2（c→e）→电压调节器搭铁端子E→交流发电机搭铁端子E→交流发电机负极管→定子绕组。

（3）当交流发电机电压随转速的升高而升高到调节电压上限值U2时，VS、VT1导通，VT2截止，磁场电流切断，交流发电机电压降低。

当交流发电机电压升高到调节电压上限值U2时，由稳压管导通条件可知，此时VS导通，其工作电流从三极管VT1基极流入，并从VT1发射极流出。因为VS的工作电流就是VT1的基极电流，所以VT1导通。当VT1导通时，VT2发射结几乎被短路，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，磁场电流被切断，磁极磁通迅速减少，交流发电机电压迅速下降。

（4）当交流发电机电压降到调节电压下限值U1时，VS、VT1截止，VT2导通，磁场电流接通，交流发电机电压升高。

当交流发电机电压降到调节电压下限值U1时，由稳压管截止条件可知，VS截止，VT1随之截止，其集电极电位升高，交流发电机又经R3向VT2提供基极电流使VT2导通，磁场电流接通，磁极磁通增多，交流发电机电压又升高。

当交流发电机电压再次升高至调节电压上限值U2时，调节器重复（3）、（4）工作过程，将交流发电机电压控制在某一平均值Ur不变。

在VT2由导通转为截止的瞬间，磁场绕组产生的自感电动势（F端为正，B端为负）经二极管VD构成放电回路，防止VT2击穿。因为放电电流流经VD，所以VD称为续流二极管。

【特别提示】

在使用中，外搭铁型电压调节器只能与外搭铁型交流发电机配用，内搭铁型电压调节器只能与内搭铁型交流发电机配用。否则，交流发电机的磁场绕组将与电压调节器的大功率三极管并联连接，磁场绕组将无电流流过，交流发电机将只靠剩磁发电而不能正常输出电压。