新聞主題	充電發電機調節器原理和故障檢測

 

摘要：柴油發電機組上的硅整流發電機各種調節器都是通過調節磁場電流使磁極磁通改變來控制充電機的輸出電壓。晶體管調節器調節磁場電流的方法是利用三極管的開關特性，使磁場電流接通與切斷來調節充電機勵磁電流，從而使充電機的輸出電壓保持恒定。康明斯公司本文章中對晶體管調節器的工作原理、故障檢查方法以及與充電機之間的配合使用進行了詳細說明。

一、晶體管調節器的工作原理

1、晶體管調節器的優點

      電磁振動式電壓調節器現已基本淘汰，取而代之的是晶體管電壓調節器和集成電路電壓調節器（兩者本質基本一致，只是體積大小差異）。晶體管電壓調節器較之電磁振動式電壓調節器有如下優點：

① 結構簡單，工作可靠，故障少。

② 用晶體三極管開、關電路，速度快，時間短，調節的電壓穩定，脈動小。

③ 晶體管開關無觸點火花，對無線電設備干擾大為減少。

④ 晶體管電壓調節器的工作壽命是觸點式調節器的2~3倍。

2、晶體管調節器的工作過程

      雖然晶體管調節器種類繁多，但其基本工作原理相同，如圖1所示。晶體管調節器大多采用NPN型三極管制成，與外搭鐵式交流充電機匹配。晶體管調節器電壓調節值在制造時已調試精確，其整體結構封閉裝配，使用時已無法調整。14V調節器的調壓值一般為1 3.5～14.5V之間，28V調節器調壓值一般為27~29V之間。晶體管調節器基本電路如圖2所示，工作過程如下：

① 接通點火開關SW，當充電機未轉動或轉速n較低，電壓U低于蓄電池電動勢時，蓄電池電壓經SW加在分壓電阻R1、R2兩端。由于充電機的端電壓低于調節電壓上限，因此R1止的分壓值UR1小于穩壓管VS的電壓Uw與Ube處于截止狀態，三極管因無基極電流處于截止狀態。此時蓄電池經點火開SW和電阻R3向VT2提供基極電流，便VT2導通，接通勵磁電路，其路徑為：

蓄電池正極→勵磁繞組→充電機“F”接柱→調節器“F”接線柱→三極管VT2c→（e）→調節器“E”接線柱→搭鐵→蓄電池負極

      若此時充電機轉動發電，其電壓隨著轉速升高而升高。

② 當充電機電壓上升到高于蓄電池電動勢但低于調節電壓上限時，VS、VT1仍截止，VT2仍導通，勵磁電流由充電機自己供給，此勵磁電路為：

充電機正極一充電機勵磁繞組→充電機"F"接線柱→調節器"F"接線柱→三極管VT2c—（e）→調節器“E”接線柱→搭鐵→充電機負極

③ 當充電機電壓隨轉速升高到調節電壓上限值時，穩壓管VS導通，其工作電流從三極管VT1的基極流入，發射極流出。VT1飽和導通時，VT2的發射結被短路，流過R3的電流經VT1集電極和發射極構成回路，因此VT2無基極電流而截止，勵磁電流I1被切斷，磁極磁通迅速減少，充電機電壓U迅速下降

④ 當充電機電壓降到調節電壓下限值時，穩壓管VS截止，VT1隨之截止，VT1的集電極電位升高，充電機又經R3向VT2提供甚極電流，VT2是導通，接通勵磁電流I1磁極磁通增多，充電機電壓U重新升高，調節器重復步驟③和④的工作過程，將充電機電壓控制在一定的范圍。其平均值就是調節器的調節電壓值。

      在三極管VT2由導通轉為截止瞬間，磁場繞組產生的自感電動勢經續流二極管VD構成回路放電，防止三極管VT2被擊穿損壞。

3、集成電路調節器

      集成電路調節器（IC電路調節器），具有質量輕、體積小、調壓精度高（為±0.3V）、耐振動、壽命長、可以直接裝在交流充電機內、接線簡單等優點，所以被廣泛應用于現代交流充電機上。集成電路調節器的基本工作原理與晶體管調節器完全一樣都是根據充電機的電壓信號（輸入信號），利用三極管的開關特性控制充電機的磁場電流，以達到穩定充電機輸出電壓的目的，集成電路調節器也有內、外搭鐵之分，而且以外搭鐵式居多。

 

圖1  晶體管電壓調節器調整原理

圖2  發電機晶體管調節器電路圖

 

二、晶體管調節器的故障檢測

       晶體管電壓調節器是一種常見的電路元件，用于穩定輸出電壓。它的基本原理是通過對基極電壓進行調節，控制晶體管的工作狀態，從而控制輸出電壓的穩定性。在電路中，通常用穩壓二極管和可調穩壓器來實現電壓調節。

1、判斷晶體管調節器是內搭鐵式還是外搭鐵式

      晶體管調節器因為有內搭鐵式和外搭鐵式之分，所以應先判別其搭鐵形式，然后檢測調節器的好壞。可用試燈或萬用表進行檢測。

      對12V的調節器，用一個12V的蓄電池和兩個12V、2W的小燈泡按圖3所示接線，如果接在“-（E）”與“F”接線柱之間的燈泡發亮，而接在“+（B）”與“f”接線柱之間的燈泡不亮，即L2亮，L1不亮則表示該調節器為內搭鐵式的；反之，如果L2不亮，而L1亮，則表示該調節器為外搭鐵式的。如果調節器是四個引出端（D+、B、F、D-），試驗時，可將D+與B短接后再進行測試如調節器有五個引出端（D+、B、F、D-、L），則將L端懸空，并將D+與B短接，再按上述方法試驗即可。

2、判斷晶體管調節器的好壞

      準備一個輸出電壓為0～30V，電流為3～5A的可調直流穩壓電源，線路連接好后，由OV逐漸調高直流電源電壓，此時小燈泡的亮度應隨著電壓升高而增強，當電壓調高到調節電壓值（12V系統為13，5~14.5V；24V 系統為27~29V）或者略高于調節電壓值時，若亮的燈泡突然熄滅，則調節器是好的；若小燈泡始終發亮，或兩個小燈泡始終同樣亮，則調節器已損壞。晶體管調節器損壞后，一般是更換新件。

3、使用簡單電路驗證PNP晶體管

      接下來我們以PNP晶體管為例進行說明。將一個電阻連接到PNP晶體管的基極，再將另一個電阻連接到PNP晶體管的集電極上，并將兩個電阻分別連接到電壓表，從而組成一個簡單電路，如圖4所示：當電壓表中顯示的電壓為0.7V時，說明PNP晶體管正常。如果電壓表中顯示的電壓為0V，則PNP晶體管損壞或者未連接。

4、用簡單電路驗證NPN晶體管

      同樣地，以NPN晶體管為例進行說明。將一個電阻連接到NPN晶體管的基極，再將另一個電阻連接到NPN晶體管的發射極上，并將兩個電阻分別連接到電壓表，從而組成一個簡單電路。當電壓表中顯示的電壓為0.7V時，說明NPN晶體管正常。如果電壓表中顯示的電壓為0V，則NPN晶體管損壞或者未連接。

 

圖3  發電機晶體管調節器搭鐵方式

圖4  發電機調節器晶體管檢測儀

 

 

三、充電機與調節器的正確使用

1、連接發電機和調節器注意事項

（1）根據柴油發電機組的額定電壓、功率和工作條件，選擇適當的調節器型號。

（2）在連接線路時，要注意導線截面、長度、絕緣等要求，確保電能傳輸的穩定性。

（3）使用正規的連接器和接線方式，避免接觸不良、斷路等問題。

（4）在連接過程中，要按照接線圖進行正確連接，避免接錯導致設備損壞。

（5）連接前應檢查設備的接觸處、輸入輸出端子等是否正常，確保設備沒有故障。

2、發電機維護注意事項

      充電發電機與晶體管調節器的結構簡單，使用、維護方便。若正確使用，則故障少，壽命長；若使用不當，極容易損壞。因此在使用和維護中應特別注意以下幾點：

（1）我國標準規定，柴油機充電發電機均為負極搭鐵，蓄電池搭鐵極性必須與發電機一致。若蓄電池搭鐵極性接反將燒壞整流器。因此，在安裝蓄電池時尤其要注意搭鐵極性。

（2）充電發電機運轉時，不能短接的“B”、“E”端子（即用試火花的方法）來檢查發電機是否發電，否則容易燒壞整流器，

（3）調節器與充電發電機的搭鐵形式、電壓等級必須一致。內搭鐵型調節器只能配用內搭鐵型發電機；外搭鐵型調節器只能配用外搭鐵型發電機，否則發電機因無磁場電流而不發電。

（4）發電機不發電或充電電流很小時，應及時查找原因并排除故障。如果勉強運轉，故障就會擴大。比如：當一只二極管短路后，就會導致其他二極管和定子繞組被燒壞。

（5）充電發電機的功率不得超過調節器所能匹配的功率。調節器所能匹配的功率取決于大功率三極管的功率。

（6）調節器必須受點火開關控制，以免停機時蓄電池長時間向磁場繞組放電。

（7）在發電機正常運行時，不可隨意拆動電氣設備的連接導線，以防止連線搭鐵短路或因突然斷開而引起瞬時過電壓。

 

總結：

      晶體管電壓調節器是電路中極為重要的元件，其檢測方法主要包括使用萬用表進行測試以及通過簡單電路進行驗證。通過本文的介紹，相信讀者對晶體管電壓調節器的檢測有了更深入的了解。

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