汽车电源系统包括什么「汽车电源系统的组成和作用」

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汽车电源系统

1、交流发电机的工作特性

2、电压调节器基本类型及工作原理

3、蓄电池的充电方法及连接方法

1、交流发电机的工作特性

发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动机正常运转时（怠速以上），向所有用电设备（起动机除外）供电，同时向蓄电池充电。

汽车用发电机可分为直流发电机和交流发电机，由于交流发电机在许多方面优于直流发电机，直流发电机已被淘汰，目前所有汽车均采用交流发电机。

交流发电原理：

1.在发电机内部有一个由发动机带动转子（旋转磁场）。

2.磁场外有一个定子绕组，绕组有3组线圈（3相绕组），3相绕组彼此相隔120度。

3.当转子旋转时，旋转的磁场使固定的电枢绕组切割磁力线（或者说使电枢绕组中通过的磁通量发生变化）而产生电动势。

普通交流发电机的构造特点：

普通交流发电机的组件图

1一后端盖；2一电刷架；3一电刷；4-电刷弹簧压盖；

5—硅二极管；6—散热板；7—转子；8—定子总成；9—前端盖；10—风扇；11—皮带轮

1一后端盖；2—滑环；3一电刷；4—电刷弹簧；5一电刷架；6—磁场绕组；7—定子绕组；8—定子铁心；9一前端盖；10—风扇；11—皮带轮

1.1、交流发电机的工作特性：

交流发电机的工作特性包括输出特性、空载特性和外特性，其中输出特性最为总要。

交流发电机的工作特点是转速变化范围大，对于一般汽油发动机来说，其转速变化约为1：8，柴油机约为1：5，因此分析汽车用交流发电机的特性必须以转速的变化为基础，空载转速与额定转速是测试交流发电机性能的重要依据。

1.1.1、输出特性：

也称负载特性或输出电流特性，是指发电机电压维持在试验电压Ut时（发电机保持输出电压一定时），发电机的输出电流I与转速m之间的关系，即U=常数Ut时，I=fn)的函数关系。

因此又称为电流一转速特性。

一般对标称电压为12V的硅整流发电机，其输出电压恒定在14V；对标称电压为24V的发电机，其输出电压恒定在28V。

由输出特性可看出发电机在不同转速下输出功率的请况，它表明：

1、发电机只需在较低的空载转速n1时，就能达到额定输出电压值，因此其具有低速充电性能好的优点。

空载转速值是选定传动比的主要依据。

2、发电机转速升至满载转速n2时，即可输出额定功率的电能，因此其具有发电性能优良的特点。

3、当转速升到某一定值以后，输出电流就不再随转速的升高和负荷的增多而继续增大，因此其具有自身控制输出电流的功能，不再需要限流器。

由此可见，交流发电机自身具有限制输出电流防止过载的能力，又称为自我保护能力交流发电机的最大输出电流约为额定电流的1.5倍。

1.1.2、空载特性：空载特性是指无负荷时（空载运行），发电机端电压与转速的变化规律。

根据试验结果，可以绘出一条I=0时，U=f(n)的空载特性曲线。

1.1.3、外特性：

外特性是指转速一定时，发电机的端电压与输出电流的关系，即n=常数时，U=f（I)的曲线。

外特性曲线可看出，随着负载即输出电流的增加，发电机的端电压会很快下降，且转速越高，下降的斜率越大。

转速对端电压的影响较大。

当发电机在高转速下运转时，如果突然失去负载，则端电压会急剧升高，这时发电机中的二极管以及调节器中的电子元器件将有被击穿的危险。

1.1.4、结论：

·发电机电压（输出）一定时，发电机电流存在最大值（无论转速多高）。

即发电机功率存在最大值。

·限制发电机输出功率，只要限制发电机输出电压即可。

·限制输出电压后，发电机转速增加，不会出现由于电流过高，烧坏发电机的情况。

·如果发电机电压过高通常损坏用电设备。

2、电压调节器基本类型及工作原理

2.1、电压调节器的基本类型：

由于交流发电机的转子是由发动机通过皮带驱动旋转的，且发动机和交流发电机的速比为1.7~3，因此交流发电机转子的转速变化范围非常大，这样将引起发电机的输出电压发生较大变化，无法满足汽车用电设备的工作要求。

为了满足用电设备恒定电压的要求，交流发电机必须配用电压调节器，使其输出电压在发动机所有工况下基本保持恒定。

交流发电机调节器是把交流发电机的输出电压控制在规定范围内的装置，又称为电压调节器，简称调节器。

汽车采用的调节器有触点式和电子式两大类。

由于触点式调节器存在体积大、结构复杂、触点振动频率低、触点易烧蚀及故障率高等缺点，不适应现代汽车对电源系统的要求已被淘汰。

现在普遍采用的是电子式调节器。

2.1.1、电子式调节器分类：

1、按结构分类，可分为晶体管式调节器和集成电路式调节器（IC调节器）。

晶体管式调节器是指由分立电子元件焊接于印刷电路板而制成的调节器。

集成电路式调节器是指用若干电子元件集成在基片上，具有发电机电压调节全部或部分功能的芯片所构成的调节器，目前大多数汽车都采用了集成电路式调节器。

与分立元件的晶体管式调节器相比，集成电路式调节器具有体积小、结构紧凑电压调节精度高、故障率低等特点。

集成电路式调节器多装于发电机的内部，这种发电机也被称为整体式发电机。

2、按搭铁形式分类，可分为内搭铁型和外搭铁型调节器。

内搭铁型调节器是指与内搭铁型交流发电机配套使用的调节器，其特点是第二级开关电路中的晶体管VT2串联在调节器的电源端子“ ”与励磁绕组端子F之间。

外搭铁型调节器是指与外搭铁型交流发电机配套使用的调节器，其特点是第二级开关电路中的晶体管VT2串联在调节器的磁场绕组端子F与搭铁端子“—”之间。

内搭铁型调节器只能配用内搭铁型发电机，外搭铁型调节器只能配用外搭铁型发电机，两者不能互换。

内搭铁型发电机：有一只电刷（负电刷）和壳体直接搭铁

外搭铁型发电机：两只负电刷与壳体绝缘

2.1、电压调节器的工作原理：

交流发电机输出电压U与其感应电动势成正比关系，而感应电动势Eo与发电机转速n和每极磁通小成正比即：

Ux Ep=Cedpn

当发电机转速变化时，如果要使发电机电压恒定，就必须改变磁极磁通。

因为磁极磁通的多少取决于磁场电流的大小，所以发电机转速变化时，只要自动调节磁场电流，就能使发电机电压保存恒定。

交流发电机调节器的工作原理是：当交流发电机的转速升高时，调节器通过减小发电机的励磁电流If来减小磁通中，使发电机的输出电压UB保持不变。

触点式电压调节器工作原理是通过触点开闭，接通和断开磁场电路，来改变磁场电流If大小；

集成电路调节器的工作原理和晶体管调节器的工作原理完全一样，都通过稳压管感应发电机的输出电压信号，利用大功率三极管的导通和截止（开关特性），接通和断开磁场电路，来改变磁场电流If大小，使发电机的输出电压保持恒定。

①当VD1<14.5V时，VD1截止，使VT6截止，VT7、VTg导通，这时VTg供给励磁电流，他励。

②当B4<VD1<14.5V时，VD1截止，仍由VTg供给励磁电流，但变为自励。

③当VD1214.5V时，VD1反向击穿导通，使VT6导通，VT7、VTg截止，断开了励磁电路，发电机端电压迅速下降。

3、蓄电池的充电方法及连接方法

蓄电池的充电有恒流充电、恒压充电和快速脉冲充电等方法。

3.1.1、恒流充电

在充电过程中，保持充电电压恒定的充电方式称为恒流充电。

采用恒流充电法可同时对多组蓄电池进行充电，各蓄电池之间采用串联连接。

恒流充电的特性曲线一般分为两个阶段：第一阶段以规定的充电电流进行充电，但单格的电压升至2.4V，应将充电电流减为1/2转入第二阶段充电，直到电解液的相对密度达到规定值且2h~3h不变，并有气泡冒出为止。

恒流充电的优点为：充电电流可任意选择，有益于延长蓄电池寿命，因此即适用于蓄电池初充电，又使用补充充电和去硫化充电。

恒流充电的缺点是充电时间长，且需要经常调整充电电流。

这种充电方法被广泛运用在充电间里对蓄电池充电。

3.1.2、恒压充电：

在充电过程中，充电电压恒定不变的充电称为恒压充电。

发电机在汽车上由发电机对其充电就属于恒压充电，其充电电压由充电系统的电压调节器控制。

采用恒压充电法也可以同时对多个蓄电池进行充电，但要求每组蓄电池端电压相同，各蓄电池组之间采用并联连接。

随着蓄电池的电动势量的增加，充电电流会减小，当电动势上升至充电电压时，充电电压与电动势之差为零，充电电流亦减小到零，充电将自动停止。

采用恒压充电法，充电电压一般按每格2-4V选择，如电池组的额定端电压为12V，充电电压应选为14V，过大的充电电压会使蓄电池温度过高，造成活性物质脱落。

恒压充电的优点为：在充电初期，充电速度快，充电4h~5h，蓄电池的容量即可恢复90%以上，因此充电时间短，同时充电电流IC会随着电动势E的上升，而逐渐减小到零，使充电自动停止，不必人工调节充电电流。

恒压充电的缺点是充电电流大小不能调整，所以不能保证蓄电池彻底充足电，也不能用于初充电和去硫化充电。

对于就车使用的蓄电池，为了防止其产生硫化故障，必须定期（每两个月）拆下用改进恒流充电的方法充电一次。

3.1.2、快速脉冲充电：

采用常规的d恒流充电法充电，由于充电时间太长，因此给使用带来很多不便。

若加大充电电流或提高充电电压，则虽然会缩短充电时间，但会产生大量气泡，造成极板活性物质脱落，缩短蓄电池寿命。

采用自动控制电路，对蓄电池进行正反向脉冲充电，可以大大提高充电效率，造成的不良影响较小。

对蓄电池进行补充充电仅需0.5h~1h。

快速脉冲充电过程分为充电初期和脉冲期两个阶段。

初期充电，采用大电流0.8C20~1.020进行定流充电，自充电开始至单格电池电压上升到2.4V左右且冒出气泡为止，使蓄电池在较短时间内获得额定容量的60%左右，然后进入脉冲期。

脉冲期，先停止充电25ms~40ms，接着反向放电（反充电）150μs～1000μs,脉冲深度（即反向放电电流的大小）为1.5C20～320，再停止充电25ms，然后正向充电一段时间。

这一过程充电机自动控制，往复不断进行，直至蓄电池充足电。

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