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充电发电机调节器原理和故障检测 |
摘要：柴油发电机组上的硅整流发电机各种调节器都是通过调节磁场电流使磁极磁通改变来控制充电机的输出电压。晶体管调节器调节磁场电流的方法是利用三极管的开关特性，使磁场电流接通与切断来调节充电机励磁电流，从而使充电机的输出电压保持恒定。康明斯公司本文章中对晶体管调节器的工作原理、故障检查方法以及与充电机之间的配合使用进行了详细说明。
一、晶体管调节器的工作原理
1、晶体管调节器的优点
电磁振动式电压调节器现已基本淘汰，取而代之的是晶体管电压调节器和集成电路电压调节器（两者本质基本一致，只是体积大小差异）。晶体管电压调节器较之电磁振动式电压调节器有如下优点：
① 结构简单，工作可靠，故障少。
② 用晶体三极管开、关电路，速度快，时间短，调节的电压稳定，脉动小。
③ 晶体管开关无触点火花，对无线电设备干扰大为减少。
④ 晶体管电压调节器的工作寿命是触点式调节器的2~3倍。
2、晶体管调节器的工作过程
虽然晶体管调节器种类繁多，但其基本工作原理相同，如图1所示。晶体管调节器大多采用NPN型三极管制成，与外搭铁式交流充电机匹配。晶体管调节器电压调节值在制造时已调试精确，其整体结构封闭装配，使用时已无法调整。14V调节器的调压值一般为1 3.5～14.5V之间，28V调节器调压值一般为27~29V之间。晶体管调节器基本电路如图2所示，工作过程如下：
① 接通点火开关SW，当充电机未转动或转速n较低，电压U低于蓄电池电动势时，蓄电池电压经SW加在分压电阻R1、R2两端。由于充电机的端电压低于调节电压上限，因此R1止的分压值UR1小于稳压管VS的电压Uw与Ube处于截止状态，三极管因无基极电流处于截止状态。此时蓄电池经点火开SW和电阻R3向VT2提供基极电流，便VT2导通，接通励磁电路，其路径为：
蓄电池正极→励磁绕组→充电机“F”接柱→调节器“F”接线柱→三极管VT2c→（e）→调节器“E”接线柱→搭铁→蓄电池负极
若此时充电机转动发电，其电压随着转速升高而升高。
② 当充电机电压上升到高于蓄电池电动势但低于调节电压上限时，VS、VT1仍截止，VT2仍导通，励磁电流由充电机自己供给，此励磁电路为：
充电机正极一充电机励磁绕组→充电机"F"接线柱→调节器"F"接线柱→三极管VT2c—（e）→调节器“E”接线柱→搭铁→充电机负极
③ 当充电机电压随转速升高到调节电压上限值时，稳压管VS导通，其工作电流从三极管VT1的基极流入，发射极流出。VT1饱和导通时，VT2的发射结被短路，流过R3的电流经VT1集电极和发射极构成回路，因此VT2无基极电流而截止，励磁电流I1被切断，磁极磁通迅速减少，充电机电压U迅速下降
④ 当充电机电压降到调节电压下限值时，稳压管VS截止，VT1随之截止，VT1的集电极电位升高，充电机又经R3向VT2提供甚极电流，VT2是导通，接通励磁电流I1磁极磁通增多，充电机电压U重新升高，调节器重复步骤③和④的工作过程，将充电机电压控制在一定的范围。其平均值就是调节器的调节电压值。
在三极管VT2由导通转为截止瞬间，磁场绕组产生的自感电动势经续流二极管VD构成回路放电，防止三极管VT2被击穿损坏。
3、集成电路调节器
集成电路调节器（IC电路调节器），具有质量轻、体积小、调压精度高（为±0.3V）、耐振动、寿命长、可以直接装在交流充电机内、接线简单等优点，所以被广泛应用于现代交流充电机上。集成电路调节器的基本工作原理与晶体管调节器完全一样都是根据充电机的电压信号（输入信号），利用三极管的开关特性控制充电机的磁场电流，以达到稳定充电机输出电压的目的，集成电路调节器也有内、外搭铁之分，而且以外搭铁式居多。
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图1 晶体管电压调节器调整原理 |
图2 发电机晶体管调节器电路图 |
二、晶体管调节器的故障检测
晶体管电压调节器是一种常见的电路元件，用于稳定输出电压。它的基本原理是通过对基极电压进行调节，控制晶体管的工作状态，从而控制输出电压的稳定性。在电路中，通常用稳压二极管和可调稳压器来实现电压调节。
1、判断晶体管调节器是内搭铁式还是外搭铁式
晶体管调节器因为有内搭铁式和外搭铁式之分，所以应先判别其搭铁形式，然后检测调节器的好坏。可用试灯或万用表进行检测。
对12V的调节器，用一个12V的蓄电池和两个12V、2W的小灯泡按图3所示接线，如果接在“-（E）”与“F”接线柱之间的灯泡发亮，而接在“+（B）”与“f”接线柱之间的灯泡不亮，即L2亮，L1不亮则表示该调节器为内搭铁式的；反之，如果L2不亮，而L1亮，则表示该调节器为外搭铁式的。如果调节器是四个引出端（D+、B、F、D-），试验时，可将D+与B短接后再进行测试如调节器有五个引出端（D+、B、F、D-、L），则将L端悬空，并将D+与B短接，再按上述方法试验即可。
2、判断晶体管调节器的好坏
准备一个输出电压为0～30V，电流为3～5A的可调直流稳压电源，线路连接好后，由OV逐渐调高直流电源电压，此时小灯泡的亮度应随着电压升高而增强，当电压调高到调节电压值（12V系统为13，5~14.5V；24V 系统为27~29V）或者略高于调节电压值时，若亮的灯泡突然熄灭，则调节器是好的；若小灯泡始终发亮，或两个小灯泡始终同样亮，则调节器已损坏。晶体管调节器损坏后，一般是更换新件。
3、使用简单电路验证PNP晶体管
接下来我们以PNP晶体管为例进行说明。将一个电阻连接到PNP晶体管的基极，再将另一个电阻连接到PNP晶体管的集电极上，并将两个电阻分别连接到电压表，从而组成一个简单电路，如图4所示：当电压表中显示的电压为0.7V时，说明PNP晶体管正常。如果电压表中显示的电压为0V，则PNP晶体管损坏或者未连接。
4、用简单电路验证NPN晶体管
同样地，以NPN晶体管为例进行说明。将一个电阻连接到NPN晶体管的基极，再将另一个电阻连接到NPN晶体管的发射极上，并将两个电阻分别连接到电压表，从而组成一个简单电路。当电压表中显示的电压为0.7V时，说明NPN晶体管正常。如果电压表中显示的电压为0V，则NPN晶体管损坏或者未连接。
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图3 发电机晶体管调节器搭铁方式 |
图4 发电机调节器晶体管检测仪 |
三、充电机与调节器的正确使用
1、连接发电机和调节器注意事项
（1）根据柴油发电机组的额定电压、功率和工作条件，选择适当的调节器型号。
（2）在连接线路时，要注意导线截面、长度、绝缘等要求，确保电能传输的稳定性。
（3）使用正规的连接器和接线方式，避免接触不良、断路等问题。
（4）在连接过程中，要按照接线图进行正确连接，避免接错导致设备损坏。
（5）连接前应检查设备的接触处、输入输出端子等是否正常，确保设备没有故障。
2、发电机维护注意事项
充电发电机与晶体管调节器的结构简单，使用、维护方便。若正确使用，则故障少，寿命长；若使用不当，极容易损坏。因此在使用和维护中应特别注意以下几点：
（1）我国标准规定，柴油机充电发电机均为负极搭铁，蓄电池搭铁极性必须与发电机一致。若蓄电池搭铁极性接反将烧坏整流器。因此，在安装蓄电池时尤其要注意搭铁极性。
（2）充电发电机运转时，不能短接的“B”、“E”端子（即用试火花的方法）来检查发电机是否发电，否则容易烧坏整流器，
（3）调节器与充电发电机的搭铁形式、电压等级必须一致。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，否则发电机因无磁场电流而不发电。
（4）发电机不发电或充电电流很小时，应及时查找原因并排除故障。如果勉强运转，故障就会扩大。比如：当一只二极管短路后，就会导致其他二极管和定子绕组被烧坏。
（5）充电发电机的功率不得超过调节器所能匹配的功率。调节器所能匹配的功率取决于大功率三极管的功率。
（6）调节器必须受点火开关控制，以免停机时蓄电池长时间向磁场绕组放电。
（7）在发电机正常运行时，不可随意拆动电气设备的连接导线，以防止连线搭铁短路或因突然断开而引起瞬时过电压。
总结：
晶体管电压调节器是电路中极为重要的元件，其检测方法主要包括使用万用表进行测试以及通过简单电路进行验证。通过本文的介绍，相信读者对晶体管电压调节器的检测有了更深入的了解。
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