任务二 发电机的工作原理
【任务目标】
了解发电机工作原理；掌握发电机的控制电路。
【任务分析】
熟悉发电机的发电原理、整理原理，发电机的励磁方式、电压调节原理；掌握内、外搭铁式调节器基本电路，磁场继电器控制电路，带充电指示继电器的电压调节器电路，桑塔纳轿车充电电路。
【相关理论】
一、发电原理
当外加的直流电压作用在励磁绕组两端点的接线柱之间时，励磁绕组中便有电流通过，产生轴向磁场，两块爪形磁极磁化，形成了六对相间排列的磁极，磁极的磁力线经过转子与定子之间的气隙、定子铁心形成闭合磁路。当转子旋转时，磁力线和定子绕组之间产生相对运动在三相绕组中产生交流电动势（如图2-10所示），每相绕组的电动势大小与发电机的转速n和磁通量Φ成正比，即E=CnΦ。式中：E是电动势的有效值，C是电机常数，n是转子的转速，Φ是磁通量。
图2-10 发电原理示意图
二、整流原理
如图2-11（a）、（b）所示，交流发电机定子绕组中感应产生的交流电，是利用二极管的单向导电性，靠6只二极管组成的三相桥式全波整流电路变为直流电。
图2-11 整流电路及整流过程图
三、发电机的励磁方式
如图2-12所示，交流发电机开始发电时，因二极管死区电压的存在需先由蓄电池供给励磁电流。当发电机电压达到蓄电池电压时，即由发电机自己供给励磁电流。因此发电机的励磁方式分为：（1）他励：蓄电池供给励磁绕组电流产生磁场。（2）自励：发电机利用剩磁和自身发出电流产生磁场。
图2-12 励磁电器
四、电压调节原理
根据电磁感应原理，发电机的感应电动势为E=CnФ，即感应电动势 E与发电机转速n和磁通量Ф成比；发电机的空载电压U=E=CnФ，发电机在汽车上是按固定的转动比驱动旋转的，其转速n随发动机转速变化而在很大范围内变化。如果要在转速n变化时维持发电机电压恒定，就必须相应的改变磁极磁通量。因为磁极磁通量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。电压调节器就是利用自动调节磁场电流使磁极磁通量改变这一原理来调节发电机电压的。
1.电子式电压调节器
如图2-13所示为外搭铁式晶体管电压调节器，它是以稳压管作为电压感受元件，控制晶体三极管的通断来调节励磁电流，使发电机电压保持稳定。电子调节器有内搭铁和外搭铁之分，且分别与内搭铁或外搭铁式发电机匹配使用，其工作原理为：
（1）电子式电压调节器工作原理：如图2-13所示，接通点火开关，发电机电压低于调压值时，反向电压低于VZ1的反向击电压，VZ1截，三极管VT1也截止，二极管VD2承受正向电压而导通，三极管VT2、VT3也导通，接通了发电机的励磁电路。当发电机电压升高到规定的调压值时，VD1反向击穿而导通，三极管VT1也导通，而VD2截止，VT2、VT3也截止，切断了发电机的励磁电路，发电机的电压下降。当电压下降到限压值时，VT1截止，VT2、VT3导通，发电机电压重新升高。
图2-13 JFT106型外搭铁式晶体管电压调节器
（2）集成电路式电压调节器：集成电路式电压调节器是利用集成电路（IC）组成的调节器，如图2-14所示。其工作原理如下：接通点火开关SW后，蓄电池电压便加在由电阻R1、R2和R3组成的分压器上，此时，A点电位低于稳压管VZ的反向击穿电压，因此VZ不通，三极管VT1无基极电流而截止，VT1截止时，蓄电池通过R5向VT2提供基极电流，使VT2、VT3导通。电流从蓄电池正极→点火开关（SW）→磁场绕组→VT3→搭铁→蓄电池负极构成回路。发电机有磁场电流，开始发电。
图2-14 JFT152型混合集成电路调节器电路图
当发电机输出电压超过规定值（14±0.2）时，A点电压大于稳压管VZ的反向击穿电压时，VZ导通，VT1也导通，VT2、VT3截止，切断了发电机的励磁电路，使发电机的输出电压迅速降低。
发电机电压低于规定值时，VZ又截止，VT1也截止，VT2、VT3又导通，励磁电路又被接通，发电机电压又重新升高。如此反复，发电机电压便被稳定在规定值。
五、控制电路
1.外搭铁式调节器基本电路
图2-15 外搭铁式调节器基本电路
调节器装在发电机励磁绕组与搭铁之间，如图2-15所示，其励磁绕组的电流流经路线为蓄电池正极→发电机励磁绕组→F→调节器F端→调节器→调节器搭铁端E→蓄电池负极。
2.内搭铁式调节器基本电路
调节器装在发电机与点火开关之间，如图2-16所示，其励磁绕组的电流流经路线为蓄电池正极→点火开关S1→点火接柱→调节器→调节器磁场接柱→发电机励磁绕组→发电机搭铁端E→蓄电池负极。
图2-16 内搭铁式调节器基本电路
3.判断晶体管搭载铁形式的方法
如图2-17（a）图所示是内搭铁方式，其电流方向为蓄电池正极→调节器＋接线柱→调节器内部电路→F接线柱→灯泡HL2→蓄电池负极，灯泡HL2点亮，灯泡HL1被短接。
图（b）是外搭铁方式，其电流方向为蓄电池正极→灯泡HL1→F接线柱→调节器内部电路→蓄电池负极，灯泡HL1点亮，灯泡HL2被短接。
图2-17 内外搭铁
4.磁场继电器控制电路
如图2-18所示，此电路仅适合于柴油发动机的充电电路。其工作原理如下：
（1）发动机启动时，闭合电源开关S，按下启动按钮SB，蓄电池的电流经接线柱按钮进入启动线圈Q1，Q1所产生的磁力使触点K3闭合，接通励磁电路。
（2）发动机启动后，发电机开始发电，发电机的中性点的电压通过中性点接线柱作用在维持线圈Q2上，此时Q1、Q2所产生的磁力方向一致，保持触点K3闭合。
（3）发动机启动后，松开启动按钮SB，启动线圈Q1断电，维持线圈Q2在发电机中性点的作用下继续通电，保持触点K3的闭合，保持发电机的励磁电路继续接通。电压调节器保持发电机的输出电压稳定在调整值。
（4）发动机熄火后，中性点的电压消失，保持线圈Q2断电，触点K3断开，切断了发电机的励磁电路，防止蓄电池向励磁绕组放电。
图2-18 FT61A型双级调节器电路
5.带充电指示继电器的电压调节器
如图2-19所示是FT126型电压调节器，基本工作原理如下：
（1）接通点火开关S，充电指示灯点亮。其电流方向为蓄电池正极→电流表→点火开关S→充电指示灯HL→L接柱→触点K2→搭铁→蓄电池负极。
（2）启动发动机，发电机中性点电压＞5.5V时，Q1线圈产生的电磁吸力克服弹簧的弹力，使触点K2断开，切断充电指示灯的回路，充电指示灯熄灭，发电机进入正常发电。
图2-19 FT126型调节器电路
6.桑塔纳轿车充电电路
如图2-20所示，桑塔纳轿车充电电路工作原理如下：
点火开关S接通，电源从蓄电池正极→点火开关S→充电指示灯HL→励磁绕组端→调节器“F”接线柱→调节器→调节器“-”接线柱→搭铁→蓄电池负极。
（1）采用11管整流器，增加了发电机的输出功率。
（2）采用集成电路电压调节器，并和发电机电刷连成一体，提高工作的可靠性
图2-20 桑塔纳轿车用内装集成电路式调节器的11管交流发电机电路
重点提示发电机输出端不允许无负载运行，否则易烧坏整流器。
【工作页】
1.汽车上有两个电源，一个是＿＿＿＿＿，一个是＿＿＿＿＿。
2.硅整流发电机是先由＿＿＿＿＿，再转入＿＿＿＿＿正常发电。
3.电压调节器的作用是当发动机的＿＿＿＿＿发生变化时，＿＿＿＿＿调节发电的电流，使＿＿＿＿＿基本保持不变。
4.如果一颗二极管损坏，发电机能输出电吗？答＿＿＿＿＿，此时若用试灯检查发电机输出端电压，则发现试灯出现＿＿＿＿＿现象。
5.励磁绕组断路时，可通过观察汽车仪表上的＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿来判断发电机是否发电。
6.如图一所示，回答问题：
（1）这是＿＿＿＿＿式电调节器。
（2）序号2是＿＿＿＿＿。
（3）序号3是＿＿＿＿＿作用是＿＿＿＿＿。
（4）调节器的接线方式是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（5）当S闭合时，K是闭合还是断开？答：＿＿＿＿＿。此时序号1是否有电流通过？答：＿＿＿＿＿。这时，发电机是他励还是自励？答：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。励磁电流方向为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
（6）当发电机输出电压达到14.6V时，K是闭合还是断开？答：＿＿＿＿＿，此时序号1是否有电流通？答：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，这时发电机有电压输出吗？答：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
图一
7.有些驾驶员认为，没有电压调节器发电机照样发电，对汽车上的其他电器没有影响，你认为他的观点正确吗？
8.简述发电机的工作原理？
9.如何判断图二中（a）、（b）图的搭铁方式？
图二
通过对任务二的学习，你能给自己和老师一个评价吗？
1.老师的讲解生动、形象，态度和蔼可亲吗？ （ ）
2.工作页是独立完成的吗？给自己一个客观的评价。（ ）
［成绩等级］＿＿＿＿＿
