發電機

科目：

一般
運作方式
轉子
定子
預勵磁、自勵磁和充電電流
穩壓器
發電機連接
整流二極體
漣波電壓
穩壓器
飛輪滑輪
風扇
能量恢復
交流發電機可能存在的缺陷
檢查充電電壓和充電電流

整體：
當引擎運轉時，發電機（英文稱為“alternator”）確保電池充電並為消費者提供電力（如收音機、照明等）。發電機由多皮帶驅動。多皮帶驅動交流發電機皮帶輪，該皮帶輪透過軸連接到內部。動能在發電機中轉換為電能（和熱）。
引擎轉速會影響交流發電機的電壓。馬達旋轉得越快，滑輪旋轉得越快，從而產生更多的動力。電壓可能不會太高，因此受到電壓調節器的限制。
稍後將詳細介紹電壓調節器。

發電機中產生交流電壓。直流電壓應用於汽車的整個電子電路。電池也只能用直流電充電。使用二極體電橋中的二極體將交流電壓轉換為直流電壓。產生的電壓大小取決於：

導體和磁場分開的速度
繞組長度
磁場強度

無需交流發電機即可行駛。例如，如果它有缺陷並且不再提供電壓，您可以繼續行駛，直到電池完全耗盡。當然不建議這樣做，因為深度放電會導致電池失效，但汽車可以在沒有交流發電機和多皮帶的情況下行駛（短距離）（這樣就可以將其開到拖車上進行運輸）。

手術：
電流是由在定子中旋轉的轉子產生的。轉子為電磁鐵；只有當電流流過時它才會變得有磁性。因此，交流發電機需要電池的幫助才能開始充電。交流發電機中的剩餘磁性不足以允許電流流過二極體。

使轉子具有磁性的電流從電池流出，並透過點火鎖和充電電流指示燈到達交流發電機的 D+ 連接。然後電流流向轉子。電流從轉子通過調節器流到地面。當點火鎖打開時，充電電流指示燈亮起，同時交流發電機磁化。當交流發電機開始充電時，充電電流指示燈將熄滅。
當交流發電機充電時，北極和南極相對於定子移動。這會在定子中產生交流電壓。磁鐵旋轉一圈，導體中感應出的電壓為正弦波形狀，如圖所示。

由於這是交流電壓，並且汽車中的所有用電設備僅使用直流電壓工作，因此仍然需要進行整流。二極體確保交流電壓轉換為直流電壓。
充電電壓和充電電流也必須受到限制；當引擎高速運轉並且很少用電時，交流發電機只需要很少的充電。當更多的用電設備開啟時，交流發電機必須提供更多的充電電流。滿載時電流可達 75 至 120 安培（取決於汽車類型）。下面的章節描述了這一切是如何運作的。

轉子：
轉子不是永久磁鐵，而是電磁體。透過使電流通過轉子，它變得有磁性並且可以產生交流電壓。可以透過增加或減少轉子電流來控制產生的電壓。這是電壓調節器的工作。
轉子有極爪（北極和南極）。每半個帶有桿爪的桿通常由 6 或 7 個桿組成。另一半由相同數量的極點組成，因此有 6 或 7 個北極，6 或 7 個南極。我們現在談論的是 12 或 14 極對。極對數會影響定子中產生的電壓。

當轉子通電時，交流發電機中就會產生磁場。當汽車點火開關打開時，這種情況就已經發生了。為了給轉子通電，勵磁電流會透過勵磁繞組發送。此電流來自電池，並透過滑環和碳刷傳輸到勵磁繞組。這是從北極到南極，因為一個滑環連接到北極，另一個滑環連接到南極。

一旦轉子被拆下，就可以對其進行測量以檢查是否有缺陷。轉子電阻通常在 3 歐姆左右。準確值請參考出廠數據。

定子：
幾乎所有汽車使用的交流發電機都是三相交流發電機。這意味著交流發電機由三個定子線圈組成，這三個定子線圈連接到一個定子芯和一個轉子。每個定子線圈產生自己的交流電壓。由於所有定子線圈都以彼此 120 度的角度安裝，因此產生的電壓也有 120 度的相位偏移。這些電壓由三個負二極體和三個正二極體（總共六個二極體）進行整流。

定子鐵心由疊片組成，各片之間以絕緣材料隔開。定子鐵芯增強了交流發電機中的磁場，從而增加了產生的電壓。定子線圈可以透過兩種方式連接；透過三角形連接（可透過 3×2 連接識別）和星形連接（4 個連接，其中 3 個為鬆散連接，以及一個線圈 3 端相互連接的連接。星形連接最常見，因為它可以實現更快的高電壓。三角形連接用於必須提供大量功率的發電機。
當定子線圈與定子鐵芯接觸（接地短路）或其中一個線圈中斷（斷線）時，定子將不再正常運作。可以用萬用電表檢查是否有接地短路或斷線的情況。在一種條件下；定子線圈必須斷開；兩端不應接觸其他部件。通常拆焊就足夠了。線圈的電阻必須很小；約0,05歐姆。定子線圈與定子鐵芯之間的電阻必須無限大。如果存在電阻（如果電阻非常高），則存在連接。

下圖顯示了拆卸後的定子和轉子。實際上，轉子在定子中旋轉，它們只是不相互接觸。

預勵磁、自勵磁和充電電流：

預電：
引擎停止且指示燈亮起。預勵磁電流透過電瓶、點火鎖、轉子和控制器接地。這是可能的，因為穩壓器中的齊納二極體被切斷，並且基極電流 T1 由於 T2 停止導通而導通。

自我賦權：
當引擎啟動時，轉子具有足夠的磁性以切換到自勵磁。然後，自激電流通過整流二極體（負極側）到達定子線圈，然後通過勵磁二極管到達轉子，並通過調節器到達接地。

充電電流：
由於轉子透過定子線圈旋轉，因此在定子線圈中產生交流電壓。綠線標示了電流從定子線圈 V 流出的路徑。電流經過整流二極體整流（從交流電壓變為直流電壓），並透過連接 B+ 流向電池和用電設備。

透過交流發電機連接 B+ 流向電池和消費者的充電電流為汽車提供整個電源。當引擎關閉時，交流發電機不供電。因此，所有消費者都將使用電池供電。
當引擎運轉時，交流發電機必須能夠提供足夠的電力來供應所有消費者。當引擎運轉時，絕不會使用電池的電力。交流發電機的充電電流取決於用電設備的數量和電池的充電狀態。交流發電機上標示了最大充電電流（通常在 60 至 90A 之間）。

如果對交流發電機是否正常充電有任何疑問，可以輕鬆檢查交流發電機的充電電壓。透過在引擎運轉時用電壓表（萬用電錶）測量蓄電池的正負極（交流發電機的電壓直接在這上面），可以檢查交流發電機是否正常充電：

如果引擎運轉時電壓約為 14,2 伏特，則交流發電機工作正常
如果電壓為 13,8 伏特，則電池幾乎充滿，用電設備已關閉。交流發電機不必提供太多電壓，因此不會這樣做。充電電壓剛好
如果電壓為 12,4 伏特或更低，則表示交流發電機無法正常充電。這是充滿電的電池也具有的電壓。所以說是發電機有問題。
如果電壓低於 12,4 伏特，交流發電機將不再充電。電池將繼續放電直至電壓達到 8 伏特。然後引擎就會熄火，一切都將不再起作用。

在後一種情況下，即當交流發電機不再充電時，您可以選擇更換交流發電機。這通常非常昂貴，並且尋找翻新的交流發電機更便宜。有許多檢修公司將交流發電機完全拆解，使其煥然一新。這可以節省（更多）新價格的一半。
更換交流發電機時，請務必確保斷開負極端子與電池的連接！如果您不這樣做，並且 B+ 連接（從交流發電機上拆下）接觸到車身或金屬引擎缸體，則會因短路而產生火花。昂貴的電子控制單元可能會出現缺陷。

電壓調節器：
當電壓上升到穩壓電壓以上時，齊納二極體（上圖）導通，導致 T1 的基極透過 T2 連接到接地。 T1截止，磁場消失，導致交流發電機電壓下降。
這會導致轉子電流失效，導致交流發電機短時間內無法充電。透過連續開啟和關閉T1，可以調整電壓。

此圖顯示了一個鬆動的轉子，其上固定有一個鬆動的電壓調節器。電壓調節器安裝在交流發電機的 D+ 和 DF 連接之間，並將其碳刷拖過轉子。當消費者開啟時（例如照明），充電電流將短暫從 14,4 伏特降至 13,8 伏特。電壓調節器吸收該電壓並快速將電壓調整至 14,4 伏特。

下面您可以看到在交流發電機 DF 連接處測量的 2 個示波器影像。這些訊號被傳遞到引擎控制單元。需要明確的是，兩張影像底部的轉子都是磁性的。

圖中的訊號是在很少或沒有用電設備開機時測量的。因此，轉子的磁性極小。這裡的佔空比約為 10%。

下圖中的訊號是在許多消費者開機時測量的。轉子在這裡獲得更多的能量，以達到 14,4 伏特的充電電流。這裡的佔空比約為 50%。

發電機連接：

B+接電池；充電電壓和充電電流通過它。
D+是轉子的控制電壓，用於調節發電機電壓。
D-是交流發電機的質量。
W 是以前用於舊柴油引擎轉速表的連接。如今它已不復存在。
DF 或 LIN 是從引擎管理系統控制轉子勵磁的可能連接。

整流二極體：
交流發電機提供交流電壓，但由於汽車僅使用直流電壓，因此必須將交流電壓（AC）轉換為直流電壓（DC）。這是透過整流二極體完成的。二極體只允許電流沿著一個方向流動。交流電的正極部分被使用，負極部分被損耗。

此圖顯示了拆卸後的二極體電橋。紅色測量針指向三個微型二極體之一。
正極二極體位於二極體電橋的另一側。該螺柱是 B+ 連接，其上安裝有連接電池的粗電纜。

這就是單相交流發電機的原理。在上圖中（右側）您可以看到相位不斷中斷，一段時間沒有電壓，然後又出現相位。因此相間部分不會產生電壓。為了防止這種情況，三相交流發電機使用星形和三角形連接。這會產生以下結果。
下圖顯示了3種不同的顏色；黑色、紅色和藍色。這些都是單獨的階段。此影像顯示，黑色相之間存在大量空間。這個空間透過連接其他階段來橋接。這樣就形成了漸進式供電。

漣波電壓：
電壓經整流二極體整流後，總是會殘留有小漣波。訊號從來都不是良好且平坦的。漣波電壓不得超過 500 mV，因為這可能會導致汽車電子設備故障或缺陷。
該圖顯示了在電池上測量的示波器圖像。當引擎速度改變或消費者開啟時，該影像將會改變。

電壓調節器：
電壓調節器透過打開和關閉通過轉子的電流來打開和關閉磁場。電壓調節器確保充電電壓保持恆定（13,2 至 14,6 伏特之間）。充電電壓的水平尤其取決於速度。曲軸轉得越快，轉子轉得越快。如果不調整電壓，可能會高速升至30伏特。電壓調節器可以防止這種情況發生。此圖顯示了一個單獨的電壓調節器。在大多數情況下，它明顯地連接到交流發電機。

產生的電壓不僅取決於馬達速度，還取決於定子匝數和轉子磁場強度。定子匝數在設計交流發電機時就確定了，但轉子的磁場強度是可以控制的。透過快速關閉和打開轉子可以減少這種情況。如果電壓變高，轉子就會關閉。如果電壓太低，轉子會再次啟動。透過快速連續地執行此操作，可以創建平均場強。因此充電電壓盡可能保持恆定。

當交流發電機正極（D+）上的電壓低於調節電壓時，電流從D+經轉子流向D-（負極），交流發電機產生電壓。產生的電壓再次設定為D+。當 D+ 上的電壓高於調節電壓時，達到齊納電壓（見下圖），導致電晶體 T2 導通。然後電晶體 T1 不導通，因此不再有電流流過轉子。磁場因此被關閉，從而充電電壓下降。此電壓繼續下降，直到不再達到齊納電壓。隨後，電晶體T2將截止，T1將再次導通。這個循環不斷重複。

飛輪滑輪：
如今，許多交流發電機都配備了超越皮帶輪（見下圖）。這些滑輪只能沿著一個方向驅動。當從皮帶輪上拆下多楔帶並用手轉動皮帶輪時，您會發現交流發電機的內部僅沿一個方向旋轉，而在另一個方向上保持靜止。該系統是為了保護多皮帶。當引擎高速運轉時，油門一下子鬆開，引擎轉速會迅速下降。重型發電機的減速速度可能會稍慢一些。該速度比引擎速度下降得更慢。結果是多皮帶受到更大的壓力，並且在最壞的情況下，多皮帶被減半，因為多皮帶必須減慢交流發電機的速度。有了飛輪，交流發電機在加速時會移動，但在減速時會以自己的速度運轉。

皮帶輪透過轉子軸上的螺紋安裝（見上圖）。滑輪的外部部分僅在一個旋轉方向上帶動內部部分。阻擋裝置確保內部零件夾緊外部零件。然後，整個皮帶輪將被鎖定，以便交流發電機由多皮帶驅動。當您鬆開油門踏板時，內部零件的旋轉速度高於外部零件；引擎轉速下降速度快於轉子轉速。此時阻擋裝置不工作，這意味著滾珠軸承允許轉子具有與曲軸不同的速度。

此圖顯示了配備超越皮帶輪的交流發電機。

呼吸機：
交流發電機在需要供電時會發熱。為了防止其過熱，必須對其進行冷卻。交流發電機內部的風扇提供冷卻。現在也有連接到引擎冷卻系統的交流發電機。冷卻劑提供冷卻作用。

能量恢復：
如果交流發電機以其最大容量充電（許多消費者開啟），則會產生額外的燃油消耗。這是因為定子中的磁場較大，因此交流發電機旋轉得更劇烈。磁場將導致轉子轉動得更厲害，曲軸必須更用力地拉動多皮帶才能移動它。如今，汽車製造商已經找到了一個方便的解決方案。交流發電機始終充電，但在行駛時不會簡單地充電至其最大容量（除非電池確實耗盡）。當汽車使用引擎煞車時，會進行最大充電。因此，當駕駛員將腳從加速器移開並讓汽車滑行時（例如，在紅綠燈處或在高速公路出口處）。此時汽車不消耗任何燃料，車輛的動能（運動能）保證汽車繼續滾動。電池現在已充滿電，直到再次按下油門為止。此時，交流發電機確保電壓供應保持穩定。
這種充電方法可以降低油耗。

交流發電機可能存在的缺陷：
交流發電機可能存在許多典型問題或缺陷。技術人員通常知道他或她接下來可以檢查或測量什麼。以下是一些典型的投訴：

充電電流指示燈在預先勵磁時正常亮起，但僅在引擎高速運轉時熄滅；交流發電機缺陷（可能是場二極體有缺陷）。
與上述投訴相同，只是在引擎高速運轉或許多用電設備開啟時，燈也亮得微弱；交流發電機有缺陷（可能是二極體有缺陷）。
充電電流指示燈在預先勵磁時微弱亮起，僅在引擎高速運轉時熄滅；（可能是交流發電機有缺陷，或線路或其連接有缺陷）。
預勵磁或引擎運轉時充電電流指示燈不亮；（交流發電機有缺陷、接線/連接不良或充電電流指示燈有缺陷）。

檢查充電電壓和充電電流：
交流發電機提供的能量取決於其容量以及消費者和打開的電池的需求。例如，交流發電機必須能夠提供 100A 的電流來為所有用電設備供電，同時為空電池充電。當電池充滿且沒有使用者打開時，交流發電機提供的能量幾乎為零。交流發電機的最大容量通常標在銘牌或交流發電機的標籤上。這通常在 65A 和 120A 之間。通常顯示如下：14V 17/85A。這表示：交流發電機 14 rpm 時的調節電壓 (17V)、充電電流 (1800A) 和 85 rpm 時的充電電流 (6000A)（不是曲軸速度）。

如果交流發電機或電纜有缺陷，則在最大負載時可能無法實現最大容量。這可以透過檢查充電電流來檢查。這可以透過在引擎運轉時使用特殊測試設備盡可能高地加載交流發電機或透過打開盡可能多的消耗設備（例如座椅加熱、後窗加熱、所有照明、風扇馬達處於最高設定）來完成。， ETC.）。充電電流的值可以透過以下方式決定：電流鉗被檢查。測量值必須與交流發電機上標註的值相對應。
調整後的電壓可以透過使用來檢查萬用表在引擎轉速增加（2000 rpm）時測量 B+ 連接和接地之間的電壓。調節電壓應在 13.8 伏特至 14.5 伏特之間。
檢查接線是否正確，可測量蓄電池正極與發電機B+接線之間的電壓差；電壓必須低於0,3V。如果不是，則電纜或電纜連接有問題。
如果接地電路不好，不僅充電系統會出現問題，其他系統也會出現問題。可以透過以 2000 rpm 的速度運轉引擎並將電壓表連接在電池負極端子和交流發電機外殼之間來檢查接地電路。此電壓也必須小於 0,3V。