技巧與教學
汽車充電系統的結構與工作原理簡述
2021年7月28日
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系統結構
主要部件
汽車充電系統包含哪些部件？
- 發電機。發電機是汽車電氣設備的主要電源。正常運作時，它為除起動馬達以外的所有電氣設備供電，並為蓄電池充電。
- 電池。蓄電池是汽車上最大的電氣設備。它的主要作用是在引擎啟動時為起動馬達、點火系統和其他主要電氣設備供電，並在引擎不運轉或低速運轉時為設備供電。
- 電壓調節器。電壓調節器調節發電機輸出電壓，使發電機輸出電壓維持在 13.8-14.4 伏特之間。
- 充電指示系統。充電指示系統主要指儀錶板上的電壓表或充電指示燈，它指示發電機的工作狀態是否正常。
發電機和電池
電源的作用
發電機和電池的職責
當引擎正常運轉時，汽車幾乎所有電力都由發電機提供。當發電機還有剩餘電量時，它會為蓄電池充電。一般汽車發電機的功率約為0.8-1.5千瓦，在大多數情況下可以滿足汽車的電力需求，當發電量不足時，蓄電池會進行補充供電。
在某些小排氣量引擎中，當發電機產生更大功率並導致更高負載時，引擎可能會因負載增加而發生抖動。引擎會自動提高轉速以增強動力輸出。
大多數汽車發電機都是矽整流三相交流發電機，使用矽二極體作為整流器將交流電轉換為直流電。其主要結構包括轉子、定子、電刷滑環機構、三相橋式整流器、軸承、風扇以及前後端蓋。轉子產生磁場，定子提供電流，整流器將三相交流電轉換為直流脈動電壓。發電機的發電量隨引擎轉速的增加而增加。
蓄電池還能穩定供電系統的電壓。它相當於一個大容量電容器，能夠吸收電路中的瞬時過電壓，從而保護電氣設備。引擎正常工作時，發電機輸出電壓高於汽車蓄電池電壓，因此發電機為除起動馬達以外的所有電氣設備供電，並為蓄電池充電。引擎啟動時，蓄電池主要利用其內部儲存的能量來驅動起動馬達。
工作原理
激勵和整流
汽車充電系統的工作原理
打開點火開關後，蓄電池向發電機轉子提供勵磁電流，轉子產生磁場。然後引擎啟動並帶動發電機運轉。定子繞組切割轉子繞組的磁力線，產生三相交流電，經矽整流器整流後轉換為直流電並輸出外部。
此時，由於發電機轉速較低，其勵磁電流由蓄電池提供。隨著發電機轉速不斷提高，發電量越來越大，轉子繞組電流由發電機自身電流提供。這稱為「自勵」。
引擎正常運作時，發電機也隨引擎高速運轉，為汽車的電氣設備輸送電能，多餘的電能則用於蓄電池充電。當蓄電池充滿電後，電壓調節器會斷開轉子的勵磁電流，發電機停止發電。當蓄電池電壓下降到一定值時，電壓調節器會重新接通勵磁電流，發電機恢復發電。
此過程會重複進行，以確保汽車電氣設備的正常運作並保持電池充滿電。為了確保汽車即使在低速行駛時也能發電，發電機的轉速通常為引擎轉速的2.5-3倍，因此即使引擎怠速運轉，發電機也能正常發電。
故障與維護
充電指示器和日常檢查
常見充電系統故障及檢查
如果汽車行駛時充電指示燈亮起，或電壓表指針低於 24V，表示發電機不充電或充電量太低，充電系統需要檢修。
汽車充電系統常見故障包括無法充電、過充和欠充。故障原因主要為線路接觸不良及發電機故障。一般來說，現代發電機高度集成，在正常情況下無法拆卸維修，只能整體更換。
使用過程中，切勿採用發電機輸出瞬時接地法來判斷發電機是否發電，也不要在發電機高速運轉時移除蓄電池或其他主要電氣設備。否則，突波電壓可能會損壞精密電子元件。
在日常維護中，應經常檢查發電機與蓄電池之間的連接，確保連接牢固可靠，接頭處無鏽蝕。同時，也要檢查發電機皮帶的張緊度。如果皮帶過松，發電機轉速可能過低，無法正常發電；如果皮帶太緊，則容易損壞皮帶和發電機軸承。
