第四節 電壓調節器故障診斷

一、電壓調節器的作用和工作原理

汽車電器都是以一定的直流電壓設計的，發電機既是用電器的電源，又是蓄電池的充電裝置，因此供電電壓和電流的變化范圍應有一定限制。發電機調節器的作用就在于使發電機的輸出電壓值穩定不變，不受轉速和用電設備負荷變化的影響。使其不因發電機轉速高時，輸出電壓過高而燒壞用電設備，并導致蓄電池過充電；也不會因轉速低時，輸出電壓過低而導致用電設備工作失常。

1.觸點振動式電壓調節器

圖1-28為雙級振動式電壓調節器原理圖。觸點式調節器利用觸點的開、閉作用，在發電機轉速變化時，改變勵磁電路的電阻，用改變勵磁電流的方法維持發電機電壓穩定。

當發電機轉速很低時，磁場繞組由蓄電池供電產生磁場；當發電機轉速升高，端電壓高于蓄電池電壓時，磁場繞組由發電機自給；發電機輸出電壓升至工作電壓上限U₁₂（14V左右）時，調節器磁化線圈3電流增大、電磁吸力加強，從而克服活動觸點臂彈簧4的拉力，使觸點K₁分開，此時勵磁電路串入電阻R₁和R₂，勵磁電流減小，發動機輸出電壓下降。發電機輸出電壓降低到工作電壓下限U₁₁時，流經調節器磁化線圈的電流減小，電磁吸力減弱，觸點K₁在彈簧作用下又閉合，電阻R₁和R₂被短路，使勵磁電流增強，發電機輸出電壓升高；電壓升高至調節器工作電壓后，觸點K₁又被吸開；如此往復，使發電機輸出電壓穩定。發電機轉速更高時，電阻R₁和R₂串入勵磁電路后，發電機輸出電壓仍高于調節值，使調節器磁化線圈產生的吸力增大，觸點K₂閉合。此時，原通過磁場繞組的電流被短路，發動機僅靠剩磁發電，輸出電壓急劇下降，磁化線圈吸力下降使觸點K₂重新斷開，磁場繞組又有電流通過，發動機電壓又升高。如此循環，使發電機電壓保持穩定。雙觸點式電壓調節器電壓波動情況如圖1-29所示。但觸點式電壓調節器觸點振動頻率慢，存在機械慣性和電磁慣性，觸點易產生火花，可靠性差、壽命短。

圖1-28 雙級振動式電壓調節器

1—固定觸點支架 2—活動觸點臂 3—磁化線圈 4—彈簧 5—磁軛 6—交流發電機 7—點火開關 R₁—加速電阻 R₂—調節電阻 R₃—補償電阻 K₁—低速觸點 K₂—高速觸點

圖1-29 雙觸點式電壓調節器電壓波動情況

2.晶體管電壓調節器

晶體管電壓調節器利用晶體管的開關作用控制和調節發電機勵磁電流，在發動機轉速變化時維持其端電壓穩定。圖1-30為晶體管調節器的電路原理圖。

圖1-30 晶體管電壓調節器電路原理圖

發動機轉速為零時、接通點火開關S₂，蓄電池電壓加到由電阻R₂、R₃、R₄組成的分壓器及晶體管VT₂的偏置電路電阻R₇、R₈上。此時分壓器加至穩壓管VS的反向電壓低于穩壓管的擊穿電壓，反向電流為零，即晶體管VT₁基極電流為零，VT₁截止，VT₂處于正向偏置而導通，蓄電池通過VT₂向磁場繞組供電。

當發電機轉速逐漸升高至電壓高于蓄電池電壓時，便自己供給磁場繞組電流。發電機的電壓升至調節器的調節電壓時（13.5～14.5V），分壓器R₂、R₃、R₄加至穩壓管VS兩端的反向電壓達到其擊穿電壓，穩壓管被擊穿。

晶體管VT₁產生基極電流而導通。此時VT₂的發射極與基極被管VT₁短路，基極電流為零，VT₂截止，切斷發電機勵磁電路，使發電機電壓下降。當發電機電壓低于調節電壓時，加在穩壓管VS兩端的反向電壓低于其擊穿電壓，穩壓管截止，VT₁基極電流為零，使VT₁截止，VT₂又導通，發電機勵磁電流上升，輸出電壓升高。如此反復，使發電機電壓穩定在分壓器、電位器預先調好的數值上。

為了提高晶體管調節器的調節靈敏度、改善調節電壓波形，設置C₂、R₅反饋電路。

二極管VD的作用是當磁場繞組電流突然變化時，使產生的自感電動勢構成回路，以免擊穿晶體管VT₂。

為了降低晶體管的開關頻率，減小損耗，在分壓器的下半部分并聯電容C₁。

在分壓器前設置電阻R₁，以改善發電機的負載特性。

3.集成電路電壓調節器

集成電路電壓調節器又稱IC電壓調節器，其基本組成和工作原理與晶體管電壓調節器相似。

集成電路調節器可分為全集成電路調節器和混合集成電路調節器兩種。全集成電壓調節器的所有晶體管、二極管、電阻都集成制在一塊基片上；混合集成電路調節器由厚膜或薄膜電阻與集成的單片芯片或分立元器件組成。目前國內外生產的集成電路調節器大多數是混合式，一般由一個集成塊、一個晶體管、一個穩壓管、一個續流二極管和若干電阻構成。

集成電路電壓調節器結構緊湊、體積小、電壓調節精度高、故障率低，并可裝于發電機內部，構成整體式發電機。

二、電壓調節器的檢測診斷

交流發電機電壓調節器的常見故障及影響見表1-9。

表1-9 電壓調節器的常見故障及影響

1.觸點式電壓調節器的故障診斷

觸點式調節器的主要檢查內容如下：

（1）檢查觸點有無燒蝕、氧化 觸點輕微燒蝕，可用砂紙打磨并清潔后繼續使用；如果燒蝕比較嚴重或觸點的厚度小于0.4mm，則應更換。

（2）檢查調節器線圈和電阻 如果調節器線圈或電阻有斷路，則應更換。

（3）調節器各部間隙的檢查與調整 除銜鐵與鐵心之間的氣隙外，雙觸點調節器高速觸點間隙也是檢查和調整的內容。各間隙的調整參數見表1-10。

表1-10 觸點式調節器調整參數

（續）

（4）調節電壓的檢查與調整 交流發電機調節器需要檢測和調整的性能參數是低載和半載時的調節電壓值，可用交流發電機試驗設備和性能良好的交流發電機進行檢測，檢測電路如圖1-31所示。下面以雙觸點式調節器為例予以說明。

圖1-31 觸點式調節器實驗電路

1—被測調節器 2—發電機 3—電阻器

閉合S₁后使發電機轉動，待發電機自勵發電（發電機電壓高于蓄電池電壓）時斷開S₁并接通S₂，然后將發電機轉速提高至3000r/min。調整負載電阻使發電機處于低載狀態（12V交流發電機為4A，24V交流發電機為2A），并記錄調節電壓值。如果低載調節電壓不符合規定值，應通過改變彈簧拉力予以調整。調節電壓過低可適當增大彈簧拉力；若調節電壓過高則應適當減小彈簧拉力。低載調節電壓調好后，增大負載，使發電機處于半載狀態（交流發電機額定輸出電流的一半），記錄調節電壓值。如果半載調節電壓與低載調節電壓的差值超過限定值，應通過改變銜鐵與鐵心之間的氣隙進行調整。若差值超過+0.5V，可適當減小銜鐵與鐵心之間的氣隙；若差值超過-0.5V，則適當增大銜鐵與鐵心之間的氣隙。

2.電子調節器技術狀況檢測

檢測調節器技術狀況時，外搭鐵型調節器按圖1-32a所示電路連接，內搭鐵型調節器按圖1-32b所示電路連接。

接好檢測電路后，接通開關SW，然后由零逐漸調高直流電源電壓，此時小燈泡發亮且亮度隨之增強。當電壓調節到調節電壓值或略高于調節電壓值時，若燈泡熄滅，則調節器技術狀況良好；若始終發亮，則說明調節器已損壞。若繼續裝車使用，使勵磁電流始終接通，發電機輸出電壓隨轉速升高而升高，會損壞用電設備。在檢測過程中，如果小燈泡始終熄滅且燈泡未壞，則說明調節器存在故障，故障原因或者是大功率晶體管斷路或者是前級驅動電路短路。若繼續裝車使用，勵磁電路不能接通，發電機僅靠剩磁發電并因電壓低而不能向外供電，長期使用時會縮短蓄電池的使用壽命。

圖1-32 電子式調節器檢測電路

a）外搭鐵型 b）內搭鐵型

當不知電子調節器的搭鐵形式時，可按圖1-32a所示電路進行檢測。方法是把電源電壓調到12V，接通開關SW，若燈泡不亮則為內搭鐵型，否則為外搭鐵型。

3.集成電路電壓調節器性能檢測

（1）集成電路電壓調節器電壓檢測方法 分為發電機電壓檢測法和蓄電池電壓檢測法兩類。

1）發電機電壓檢測法。檢測電路如圖1-33所示。加在分壓器R₁、R₂上的電壓是發電機勵磁輸出端L的電壓U_l，而發電機輸出電壓為U_B。因為U_l=U_B，因此，調節器檢測點P的電壓加到穩壓管VS₁上，其電壓U_P與發電機的端電壓U_B成正比，所以該線路稱為發電機電壓檢測法線路。該檢測方式線路簡單，但當發電機與蓄電池間的連接線路接觸不良而有較大電壓降時，會引起蓄電池段的電壓偏低而導致充電不足。

圖1-33 發電機電壓檢測原理電路

2）蓄電池電壓檢測法。檢測電路如圖1-34所示。加在分壓器R₁、R₂上的電壓為蓄電池端電壓，由于通過檢測點P加到穩壓管VS₁上的反向電壓與蓄電池端電壓成正比，所以該線路稱為蓄電池電壓檢測法線路。這種檢測方式避免了發電機電壓檢測方式的缺點，但需要的連接導線多一根，而且當此導線連接不良或斷路時，會造成發電機電壓過高或失控。

（2）集成電路電壓調節器的性能檢測 集成電路電壓調節器一般為內裝式，檢測前應先將其從發電機內拆下，正確連接集成電路電壓調節器各條引線，防試驗時接錯電源極性。

集成電路電壓調節器一般有三引線和四引線兩種。三引線集成電路電壓調節器采用發電機電壓檢測法；四引線集成電路電壓調節器采用蓄電池電壓檢測法。

1）三引線集成電路電壓調節器的檢測。按圖1-35a接好線路。圖中：B₊與發電機輸出端引線相連；D₊與點火開關引出線相連接；D_相當于搭鐵線；F與發電機磁場繞組相連；R為一個3～5Ω的電阻，可變直流電源的調節范圍為0～30V；逐漸提高直流電源電壓（由電壓表V₂指示）。當V₂指示值小于調節器調節電壓值時，V₁電壓表上的電壓值應在0.6～1.0V的范圍內；當V₂指示值大于調節器調節電壓值時，V₁表上的電壓值應為V₂的值。調節時，注意調節電壓值不能超過30V。

2）四引線集成電路電壓調節器的檢測。四引線集成電路電壓調節器的測試與三引線晶體管式調節器的測試方法相同，其檢測連接線路如圖1-35b所示。

圖1-34 蓄電池電壓檢測原理電路

圖1-35 集成電路調節器檢測接線圖

a）三引線集成電路調節器接線圖 b）四引線集成電路調節器接線圖