发电机

翁德沃彭：

一般
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转子
定子
预励磁、自励磁和充电电流
稳压器
发电机连接
整流二极管
纹波电压
稳压器
飞轮滑轮
风扇
能量恢复
交流发电机可能存在的缺陷
检查充电电压和充电电流

整体：
当发动机运转时，发电机（英文称为“alternator”）确保电池充电并为消费者提供电力（如收音机、照明等）。发电机由多皮带驱动。多皮带驱动交流发电机皮带轮，该皮带轮通过轴连接到内部。动能在发电机中转化为电能（和热量）。
发动机转速影响交流发电机的电压。电机旋转得越快，滑轮旋转得越快，从而产生更多的动力。电压可能不会太高，因此受到电压调节器的限制。
稍后将详细介绍电压调节器。

发电机中产生交流电压。直流电压应用于汽车的整个电子电路。电池也只能用直流电充电。使用二极管电桥中的二极管将交流电压转换为直流电压。产生的电压大小取决于：

导体和磁场分开的速度
绕组长度
磁场强度

无需交流发电机即可行驶。例如，如果它有缺陷并且不再提供电压，您可以继续行驶，直到电池完全耗尽。当然不建议这样做，因为深度放电会导致电池失效，但汽车可以在没有交流发电机和多皮带的情况下行驶（短距离）（这样就可以将其开到拖车上进行运输）。

手术：
电流是由在定子中旋转的转子产生的。转子为电磁铁；只有当电流流过时它才会变得有磁性。因此，交流发电机需要电池的帮助才能开始充电。交流发电机中的剩余磁性不足以允许电流流过二极管。

使转子具有磁性的电流从电池流出，通过点火锁和充电电流指示灯到达交流发电机的 D+ 连接。然后电流流向转子。电流从转子通过调节器流到地面。当点火锁打开时，充电电流指示灯亮起，同时交流发电机磁化。当交流发电机开始充电时，充电电流指示灯将熄灭。
当交流发电机充电时，北极和南极相对于定子移动。这会在定子中产生交流电压。磁铁旋转一圈，导体中感应出的电压呈正弦波形状，如图所示。

由于这是交流电压，并且汽车中的所有用电设备仅使用直流电压工作，因此仍然需要进行整流。二极管确保交流电压转换为直流电压。
充电电压和充电电流也必须受到限制；当发动机高速运转并且很少用电时，交流发电机只需要很少的充电。当更多的用电设备开启时，交流发电机必须提供更多的充电电流。满载时电流可达 75 至 120 安培（取决于汽车类型）。下面的章节描述了这一切是如何工作的。

转子：
转子不是永磁体，而是电磁体。通过使电流通过转子，它变得有磁性并且可以产生交流电压。可以通过增加或减少转子电流来控制产生的电压。这是电压调节器的工作。
转子有极爪（北极和南极）。每半个带有杆爪的杆通常由 6 或 7 个杆组成。另一半由相同数量的极点组成，因此有 6 或 7 个北极，6 或 7 个南极。我们现在谈论的是 12 或 14 极对。极对数影响定子中产生的电压。

当转子通电时，交流发电机中就会产生磁场。当汽车点火开关打开时，这种情况就已经发生了。为了给转子通电，励磁电流通过励磁绕组发送。该电流来自电池，并通过滑环和碳刷传输到励磁绕组。这是从北极到南极，因为一个滑环连接到北极，另一个滑环连接到南极。

一旦转子被拆下，就可以对其进行测量以检查是否存在缺陷。转子电阻通常在 3 欧姆左右。准确值请参考出厂数据。

定子：
几乎所有汽车使用的交流发电机都是三相交流发电机。这意味着交流发电机由三个定子线圈组成，这三个定子线圈连接到一个定子芯和一个转子。每个定子线圈产生自己的交流电压。由于所有定子线圈都以彼此 120 度的角度安装，因此生成的电压也有 120 度的相位偏移。这些电压由三个负二极管和三个正二极管（总共六个二极管）进行整流。

定子铁心由叠片组成，各片之间用绝缘材料隔开。定子铁芯增强了交流发电机中的磁场，从而增加了产生的电压。定子线圈可以通过两种方式连接；通过三角形连接（可通过 3×2 连接识别）和星形连接（4 个连接，其中 3 个为松散连接，以及一个线圈 3 端相互连接的连接。星形连接最常见，因为它可以实现更快的高电压。三角形连接用于必须提供大量功率的发电机。
当定子线圈与定子铁芯接触（接地短路）或其中一个线圈中断（断线）时，定子将不再正常工作。可以用万用表检查是否有接地短路或断线的情况。在一种条件下；定子线圈必须断开；两端不应接触其他部件。通常拆焊就足够了。线圈的电阻必须很小；约0,05欧姆。定子线圈和定子铁芯之间的电阻必须无穷大。如果存在电阻（如果电阻非常高），则存在连接。

下图显示了拆卸后的定子和转子。实际上，转子在定子中旋转，它们只是不相互接触。

预励磁、自励磁和充电电流：

预上电：
发动机停止且指示灯亮起。预励磁电流通过电池、点火锁、转子和控制器接地。这是可能的，因为稳压器中的齐纳二极管被切断，并且基极电流 T1 由于 T2 停止导通而导通。

自我赋权：
当发动机启动时，转子具有足够的磁性以切换到自励磁。然后，自激电流通过整流二极管（负极侧）到达定子线圈，然后通过励磁二极管到达转子，并通过调节器到达接地。

休息室：
由于转子通过定子线圈旋转，因此在定子线圈中产生交流电压。绿线标记了电流从定子线圈 V 流出的路径。电流经过整流二极管整流（从交流电压变为直流电压），并通过连接 B+ 流向电池和用电设备。

通过交流发电机连接 B+ 流向电池和消费者的充电电流为汽车提供整个电源。当发动机关闭时，交流发电机不供电。因此，所有消费者都将使用电池供电。
当发动机运行时，交流发电机必须能够提供足够的电力来供应所有消费者。当发动机运转时，绝不会使用电池的电力。交流发电机的充电电流取决于用电设备的数量和电池的充电状态。交流发电机上标明了最大充电电流（通常在 60 至 90A 之间）。

如果对交流发电机是否正常充电有任何疑问，可以轻松检查交流发电机的充电电压。通过在发动机运转时用电压表（万用表）测量蓄电池的正极和负极（交流发电机的电压直接在这上面），可以检查交流发电机是否正常充电：

如果发动机运转时电压约为 14,2 伏，则交流发电机工作正常
如果电压为 13,8 伏，则电池几乎充满，用电设备已关闭。交流发电机不必提供太多电压，因此不会这样做。充电电压刚刚好
如果电压为 12,4 伏或更低，则表明交流发电机无法正常充电。这是充满电的电池也具有的电压。所以说是发电机有问题。
如果电压低于 12,4 伏，交流发电机将不再充电。电池将继续放电直至电压达到 8 伏。然后发动机就会熄火，一切都将不再起作用。

在后一种情况下，即当交流发电机不再充电时，您可以选择更换交流发电机。这通常非常昂贵，并且寻找翻新的交流发电机更便宜。有许多检修公司将交流发电机完全拆解，使其焕然一新。这可以节省（更多）新价格的一半。
更换交流发电机时，务必确保断开负极端子与电池的连接！如果您不这样做，并且 B+ 连接（从交流发电机上拆下）接触到车身或金属发动机缸体，则会因短路而产生火花。昂贵的电子控制单元可能会出现缺陷。

电压调节器：
当电压上升到稳压电压以上时，齐纳二极管（上图中）导通，导致 T1 的基极通过 T2 连接到地。 T1截止，磁场消失，导致交流发电机电压下降。
这会导致转子电流失效，导致交流发电机短时间内无法充电。通过连续打开和关闭T1，可以调节电压。

该图显示了一个松动的转子，其上固定有一个松动的电压调节器。电压调节器安装在交流发电机的 D+ 和 DF 连接之间，并将其碳刷拖过转子。当消费者开启时（例如照明），充电电流将短暂从 14,4 伏降至 13,8 伏。电压调节器吸收该电压并快速将电压调整至 14,4 伏。

下面您可以看到在交流发电机 DF 连接处测量的 2 个示波器图像。这些信号被传递到发动机控制单元。需要明确的是，两张图像底部的转子都是磁性的。

图中的信号是在很少或没有用电设备开机时测量的。因此，转子的磁性极小。这里的占空比约为 10%。

下图中的信号是在许多消费者开机时测量的。转子在这里获得更多的能量，以达到 14,4 伏的充电电流。这里的占空比约为 50%。

发电机连接：

B+接电池；充电电压和充电电流通过它。
D+是转子的控制电压，用于调节发电机电压。
D-是交流发电机的质量。
W 是以前用于旧柴油发动机转速表的连接。如今它已不复存在。
DF 或 LIN 是从发动机管理系统控制转子励磁的可能连接。

整流二极管：
交流发电机提供交流电压，但由于汽车仅使用直流电压，因此必须将交流电压（AC）转换为直流电压（DC）。这是通过整流二极管完成的。二极体只允许电流沿一个方向流动。交流电的正极部分被使用，负极部分被损耗。

该图显示了拆卸后的二极管电桥。红色测量针指向三个微型二极管之一。
正极二极管位于二极管电桥的另一侧。该螺柱是 B+ 连接，其上安装有连接电池的粗电缆。

这就是单相交流发电机的原理。在上图中（右侧）您可以看到相位不断中断，一段时间没有电压，然后又出现相位。因此相间部分不会产生电压。为了防止这种情况，三相交流发电机使用星形和三角形连接。这会产生以下结果。
下图显示了3种不同的颜色；黑色、红色和蓝色。这些都是单独的阶段。该图像显示，黑色相之间存在大量空间。这个空间通过连接其他阶段来桥接。这样就形成了渐进式供电。

纹波电压：
电压经整流二极管整流后，总会残留有小纹波。信号从来都不是良好且平坦的。纹波电压不得超过 500 mV，因为这可能会导致汽车电子设备发生故障或缺陷。
该图显示了在电池上测量的示波器图像。当发动机速度改变或消费者开启时，该图像将会改变。

电压调节器：
电压调节器通过打开和关闭通过转子的电流来打开和关闭磁场。电压调节器确保充电电压保持恒定（13,2 至 14,6 伏之间）。充电电压的水平尤其取决于速度。曲轴转得越快，转子旋转得越快。如果不调整电压，可能会高速升至30伏。电压调节器可以防止这种情况发生。该图显示了一个单独的电压调节器。在大多数情况下，它明显地连接到交流发电机上。

产生的电压不仅取决于电机速度，还取决于定子匝数和转子磁场强度。定子匝数在设计交流发电机时就确定了，但转子的磁场强度是可以控制的。通过快速关闭和打开转子可以减少这种情况。如果电压变高，转子就会关闭。如果电压太低，转子会再次启动。通过快速连续地执行此操作，可以创建平均场强。因此充电电压尽可能保持恒定。

当交流发电机正极（D+）上的电压低于调节电压时，电流从D+经转子流向D-（负极），交流发电机中产生电压。产生的电压再次设置为D+。当 D+ 上的电压高于调节电压时，达到齐纳电压（见下图），导致晶体管 T2 导通。然后晶体管 T1 不导通，因此不再有电流流过转子。磁场因此被关闭，从而充电电压下降。该电压继续下降，直到不再达到齐纳电压。随后，晶体管T2将截止，T1将再次导通。这个循环不断重复。

飞轮滑轮：
如今，许多交流发电机都配备了超越皮带轮（见下图）。这些滑轮只能沿一个方向驱动。当从皮带轮上拆下多楔带并用手转动皮带轮时，您会发现交流发电机的内部仅沿一个方向旋转，而在另一个方向上保持静止。该系统是为了保护多皮带。当发动机高速运转时，油门一下子松开，发动机转速会迅速下降。重型发电机的减速速度可能会稍慢一些。该速度比发动机速度下降得更慢。其结果是多皮带受到更大的压力，并且在最坏的情况下，多皮带被切成两半，因为多皮带必须制动交流发电机。有了飞轮，交流发电机在加速时会移动，但在减速时会以自己的速度运行。

皮带轮通过转子轴上的螺纹安装（见上图）。滑轮的外部部分仅在一个旋转方向上带动内部部分。阻挡装置确保内部部件夹紧外部部件。然后，整个皮带轮将被锁定，以便交流发电机由多皮带驱动。当您松开油门踏板时，内部部件的旋转速度高于外部部件；发动机转速下降速度快于转子转速。此时阻挡装置不工作，这意味着滚珠轴承允许转子具有与曲轴不同的速度。

该图显示了配备超越皮带轮的交流发电机。

风扇：
交流发电机在需要供电时会发热。为了防止其过热，必须对其进行冷却。交流发电机内部的风扇提供冷却。现在也有连接到发动机冷却系统的交流发电机。冷却剂提供冷却作用。

能量恢复：
如果交流发电机以其最大容量充电（许多消费者打开），则会产生额外的燃油消耗。这是因为定子中的磁场更大，因此交流发电机旋转得更剧烈。磁场将导致转子转动得更厉害，曲轴必须更用力地拉动多皮带才能移动它。如今，汽车制造商已经找到了一个方便的解决方案。交流发电机始终充电，但不会在行驶时简单地充电至其最大容量（除非电池确实耗尽）。当汽车使用发动机制动时，会进行最大充电。因此，当驾驶员将脚从加速器上移开并让汽车滑行时（例如，在红绿灯处或在高速公路出口处）。此时汽车不使用任何燃料，车辆的动能（运动能）保证汽车继续滚动。电池现在已充满电，直到再次按下油门为止。此时，交流发电机确保电压供应保持稳定。
这种充电方法可以降低油耗。

交流发电机可能存在的缺陷：
交流发电机可能存在许多典型问题或缺陷。技术人员通常知道他或她接下来可以检查或测量什么。以下是一些典型的投诉：

充电电流指示灯在预励磁时正常亮起，但仅在发动机高速运转时熄灭；交流发电机缺陷（可能是场二极管有缺陷）。
与上述投诉相同，只是在发动机高速运转或很多用电设备开启时，灯也亮得微弱；交流发电机有缺陷（可能是二极管有缺陷）。
充电电流指示灯在预励磁时微弱亮起，仅在发动机高速运转时熄灭；（可能是交流发电机存在缺陷，或者线路或其连接存在缺陷）。
预励磁或发动机运转时充电电流指示灯不亮；（交流发电机有缺陷、接线/连接不良或充电电流指示灯有缺陷）。

检查充电电压和充电电流：
交流发电机提供的能量取决于其容量以及消费者和打开的电池的需求。例如，交流发电机必须能够提供 100A 的电流来为所有用电设备供电，同时为空电池充电。当电池充满并且没有用户打开时，交流发电机提供的能量几乎为零。交流发电机的最大容量通常标在铭牌或交流发电机的标签上。这通常在 65A 和 120A 之间。通常显示如下：14V 17/85A。这意味着：交流发电机 14 rpm 时的调节电压 (17V)、充电电流 (1800A) 和 85 rpm 时的充电电流 (6000A)（不是曲轴速度）。

如果交流发电机或电缆存在缺陷，则在最大负载时可能无法实现最大容量。这可以通过检查充电电流来检查。这可以通过在发动机运行时使用特殊测试设备尽可能高地加载交流发电机或通过打开尽可能多的消耗设备（例如座椅加热、后窗加热、所有照明、风扇电机处于最高设置）来完成。， ETC。）。充电电流的值可以通过以下方式确定：电流钳被检查。测量值必须与交流发电机上标注的值相对应。
调整后的电压可以通过使用来检查万用表在发动机转速增加（2000 rpm）时测量 B+ 连接和接地之间的电压。调节电压应在 13.8 伏至 14.5 伏之间。
检查接线是否正确，可测量蓄电池正极与发电机B+接线之间的电压差；电压必须低于0,3V。如果不是，则电缆或电缆连接有问题。
如果接地电路不好，不仅充电系统会出现问题，其他系统也会出现问题。可以通过以 2000 rpm 的速度运行发动机并将电压表连接在电池负极端子和交流发电机外壳之间来检查接地电路。该电压也必须小于 0,3V。