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汽车电工新手入门教程(上)
来源:本站整理  作者:佚名  2014-03-22 10:43:12



    第三节 电子式调节器
    一、电子调节器优点

    电子调节器由电子元件组成,利用晶体管的开关特性来控制发电机电压的装置或与其他辅助电子控制器组合在一起的装置。
    电子调节器是利用晶体三极管的开关特性制成的,即将晶体三极管作为一只开关串联在发电机磁场电路中,根据发电机输出电压的高低,控制晶体三极管的导通和截止来达到调节发电机磁场电流使发电机输出电压稳定在某一规定的范围之内。由于汽车交流发电机有内搭铁与外搭铁之分,因此,与之匹配使用的电子调节器也有内搭铁与外搭铁两类。
    交流发电机电子调节器与电磁式调节器相比,具有以下优点:
    1.调节电压稳定
    电子调节器是利用晶体管的开关特性来控制发电机输出电压,不存在机械惯性和磁滞性,所以调节电压脉动幅度(即调节电压上限值与下限值之差,也称调节容差)很小,调节电压(即发电机输出的平均电压值)稳定。
    2.工作可靠性高
    电子调节器既无机械触点、衔铁等移动部件,也无固有振动频率。汽车行驶中剧烈地振动和冲击,对晶体管的开关特性毫无影响,因此工作可靠性高。
    3.使用寿命长
    由于没有触点,不存在烧蚀、变形等问题,其使用寿命取决于电子元件的使用寿命以及生产工艺的先进程度(一般说来,集成电路调节器的使用寿命长于分立元件调节器)。目前,电子调节器的使用寿命可达16×104km,是电磁振动式调节器使用寿命的2~3倍。
    4.无需维修
    现代汽车用电子调节器大都采用环氧树脂封装,以提高其防尘和耐腐蚀性能,因此无需也无法维修。
    5.能满足大功率发电机要求
    现代汽车的用电设备越来越多,配用交流发电机的功率随之增大。发电机功率越大,磁场电流也越大,通过选择不同功率的晶体管,即可满足发电机功率增大的要求。电磁振动式调节器受触点断开功率的限制,难以满足大功率发电机的要求。
    6.对无线电干扰小
    电子调节器既无触点产生电火花,也无电磁铁机构产生电磁波,因此不会发射干扰信号。只有调节电压的脉动会产生微小的干扰信号。
    7.集成电路调节器除具有上述优点之外,还有以下两个突出优点:
   (1)可作为一个标准部件装在发电机上,这样便可省去点火开关至调节器,以及调节器至交流发电机的导线,线路损失减少,发电机的实际输出功率可提高5%~10%。
   (2)耐高温性能好,在130℃高温条件下仍能可靠工作。
    电子调节器的上述优点从本质上克服了电磁振动式调节器的缺点,所以现代汽车广泛采用。随着电子技术的发展和汽车用电设备的增多,电子调节器特别是集成电路调节器必将完全取代电磁式调节器。
    二、电子式调节器基本原理
    电子调节器是利用晶体三极管的开关特性制成的,即将晶体三极管作为一只开关串联在发电机磁场电路中,根据发电机输出电压的高低,控制晶体三极管的导通和截止来达到调节发电机磁场电流使发电机输出电压稳定在某一规定的范围之内。由于汽车交流发电机有内搭铁与外搭铁之分,因此,与之匹配使用的电子调节器也有内搭铁与外搭铁两类。
   (一)外搭铁型电子调节器
    1.基本电路
    外搭铁型电子调节器的基本电路如图5-14所示,由电压信号监测电路、信号放大与控制电路、功率放大电路以及保护电路四部分组成。

    2.工作原理
   (1)接通点火开关SW,当发电机电压U低于蓄电池电压时,三极管VT1截止,三极管VT2导通,磁场电流寿接通,发电机他激发电,磁场电流由蓄电池供给。
    当点火开关SW接通,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UR;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,由稳压管的工作条件可知,稳压管VS处于截止状态,三极管VT1基极无电流流过,VT1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,三极管VT2导通,接通磁场电流,其电路为蓄电池正极→电流表A→点火开关SW→熔丝FU3→发电机“磁场”端子F1→发电机磁场绕组RF→发电机“磁场”端子F2→调节器“磁场”端子F→三极管VT2(C→E) →调节器搭铁端子E→发电机搭铁端子E→蓄电池负极。此时若发电机转动,则其电压将随转速升高而升高。
   (2)当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,发电机
自激发电,磁场电流由发电机自己供给。
    当发电机电压高于蓄电池电压但低于调节电压上限值姚时,稳压管VS与三极管VT1仍截止,三极管VT2仍导通。此时磁场电路:发电机定子绕组→正极管→发电机“输出”端子B→点火开关SW→熔丝FU3→发电机磁场端子F1→发电机磁场绕组RF→发电机磁场端子F2→调节器“磁场”端子F→三极管VT2(C→E) →调节器搭铁端子E→发电机搭铁端子E→发电机负极管一定子绕组。
   (3)当发电机电压随转速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,发电机电压降低。
    当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,此时稳压管VS导通,其工作电流从三极管VT1的基极流入,并从三极管VT1的发射极流出。因为稳压管VS的工作电流就是三极管VT1的基极电流,所以三极管VT1导通。当三极管VT1导通时,三极管VT2的发射结几乎被短路,流过电阻R3的电流经三极管VT1集电极和发射极构成回路,三极管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,发电机电压迅速下降。
   (4)当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,发电机电压升高。
    当发电机电压降到调节电压下限值U时,由稳压管截止条件可知,稳压管VS截止,三极管VTI随之截止,其集电极电位升高,发电机又经R3向三极管VT2提供基极电流,VT2导通,磁场电流接通,磁极磁通增多,发电机电压又升高。
    当发电机电压升高至调节电压上限值姚时,调节器重复上述(3)、(4)工作过程,将发电机电压控制在某一平均值Ur不变。
    在三极管VT2由导通转为截止瞬间,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构成回路放电,防止三极管VT2击穿损坏。因为放电电流流经二极管VD,所以二极管VD称为续流二极管。
   (二)内搭铁型电子调节器
    内搭铁型电子调节器的基本电路如图5-15所示。其显著特点是接通与切断磁场电流的开关三极管VT2为PNP型三极管,且串联在磁场绕组的电源端。

    内搭铁型电子调节器也是由电压信号监测电路、信号放大与控制电路、功率放大电路以及保护电路四部分组成,其基本工作原理与上述外搭铁型电子调节器基本相同,故不再赘述。
    在使用中,内搭铁型电子调节器只能与内搭铁型交流发电机配合使用,外搭铁型一电子调节器只能与外搭铁型交流发电机配合使用。否则,交流发电机的磁场绕组将与电子调节器的大功率三极管并联连接,磁场绕组将无电流流过,发电机将只靠剩磁发电而不能正常输出电压。
    三、电子式调节器工作特性
    为了研究电子调节器控制的磁场电流寿随发电机转速n变化的规律,可利用示波器检测调节器F端子的电压波形,找到大功率三极管的开关规律进行分析。当解放CA1091型载货汽车用交流发电机在不同转速运转时,实测JFT106型电子调节器F端子的电压波形和大功率三极管的开关时间分别如图5-16和见表5-3。
由图5-16和表5-3可见,三极管的开关规律:发电机转速升高时,开通(即导通)时间缩短,相对开通率减小;关断(即截止)时间延长,相对关断率增大。反之,当发电机转速降低时,开通时间延长,相对开通率延长;关断时间缩短,相对关断率减小。



    电子调节器的工作特性曲线如图5-17所示,图中nS为电子调节器的开始工作转速,称为工作下限。当发电机转速超过工作下限时,由三极管开关规律可知,转速升高,相对开通率减小。因为大功率三极管开通时,磁场电流接通,所以发电机转速升高时,磁场电流减小。

    电子调节器是利用三极管的开关特性来调节发电机电压的。当大功率三极管关断时,磁场电流被切断,发电机仅靠剩磁发电,又因交流发电剩磁磁通很少,所以调节器的工作上限很高,调节范围很大。
    四、集成电路调节器
   (一)集成电路调节器电压检测电路分类
    大多数汽车都采用了集成电路调节器与发电机配装在一起的整体式交流发电机,如一汽捷达、上海桑塔纳轿车用JFZ1913Z型14V90A发电机、南京依维柯(IVECO)汽车用JFZ1912Z型14V85A, JFZ1714Z型14V45A交流发电机、东风EQ2102型越野汽车用JFW2621型28V45A发电机、斯太尔(STEYR)汽车用JFZ2518A型28V27A交流发电机以及长风集团猎豹(PAJERO)汽车4G64型发动机用14V75A交流发电机等,其集成电路调节器配装在发电机上,既可直接检测发电机输出电压,也可通过连接导线检测蓄电池端电压的变化来调节发电机的输出电压。根据集成调节器检测电路检测电压位置的不同,可分为发电机电压检测电路和蓄电池电压检测电路两类。
    1.发电机电压检测电路
    典型的发电机电压检测电路如图5-18所示。在发电机电压检测电路中,加在分压器R1、R2上的电压为发电机的输出电压(从发电机“D+”输出端得到电压)。因为检测点P加到稳压管VS上的电压与发电机输出电压成正比,所以该电路称为发电机电压检测电路。

    2.蓄电池电压检测电路
    典型的蓄电池电压检测电路如图5-19所示。在蓄电池电压检测电路中,加在分压器R1、R2上的电压为蓄电池端电压。因为检测点P加到稳压管VS上的电压与蓄电池电压成正比,所以该电路称为蓄电池电压检测电路。

    发电机电压检测电路的优点是发电机的引出线可减少一根,缺点是当发电机B端至蓄电池正极柱BAT之间的电压降较大时,蓄电池充电电压将会偏低,蓄电池将充电不足。因此,大功率发电机的调节器最好选用蓄电池电压检测电路。

    蓄电池电压检测电路也有不足之处,因为当调节器S端子至蓄电池正极柱BAT之间或发电机B端子至蓄电池正极柱BAT之间的导线断路时,由于检测电路检测不到发电机端电压,因此发电机电压将会失控。为了克服这一缺点,实用线路中还需采取一定的防护措施。
   (二)集成电路式调节器实例
    天津汽车工业公司引进日本大发公司技术生产的天津夏利TJ7100、TJ7130微型轿车发电机采用了天津市内燃机电机厂生产的JFZ 1542型14V45A 8管整体式高速小型交流发电机,其内装式集成电路(IC)调节器采用了单片IC调节器。调节器外形如图5-20所示,充电系统的连接关系如图5-21所示。



    夏利轿车IC调节器有6个接线端子,其中端子F、P、E三个端子用螺钉直接与发电机连接;端子B用螺母固定在发电机输出端子B上,调节器插座内的端子IG、L用金属线与调节器内部电路连接。调节器具有控制交流发电机输出电压和充电指示灯两项功能,并具有良好的温度补偿特性,内部电路如图5-22所示。

    电路A1部分为检测电路,用来检测调节器内部温度和交流发电机的输出电压。检测电路由电阻R1、R2、R3、R4和稳压管VS1组成,四个电阻R1、R2、R3、R4为厚膜电阻,制作在陶瓷基片上。稳压管VS1为正温度系数型二极管。
    电路A2部分为基准电压电路,简称基准电路,用以形成基准电压值。基准电路由电阻R5、R6、R7、R8、二极管VD2和稳压管VS2构成。第1比较器IC 1的同向输入端“+”与基准电路A2的电阻R7、R8相连与e点,反向输入端“-”与检测电路A1的电阻R2、R3相连于b点,输出端与大功率三极管VT1的基极相连。第2比较器IC2的同向输入端“+”与调节器和发电机的P端子相连,反向输入端“-”与基准电路A2的电阻R5、R6相连于。点,输出端与反向器IC4相连。第3比较器IC3的同向输入端“+”与基准电路A2的电阻R6、R7相连于d点,反向输入端“-”与第1比较器IC 1的反向输入端相连,也与检测电路A1的电阻R2、R3相连于b点,输出端与反向器IC5相连。IC7为一“或非”门电路,其一个输入端通过反相器IC4与第2比较器IC2的输出端相连,另一个输入端通过反相器IC5与第3比较器IC3的输出端相连,输出端经二极管VD3与反向器IC6的输入端相连。控制充电指示灯7的大功率三极管VT2的基极与反向器IC6的输出端相连,三极管VT2的集电极和发射极分别与充电指示灯端子L和搭铁端子E连接。

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