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汽車(chē)交流發(fā)電機紋波電流及其抑制
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時(shí)間：2013-04-06
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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當交流發(fā)電機速度加快時(shí)，輸出值就高于預設值。這時(shí)通過(guò)R3接通晶體管T2基極，允許全部勵磁電流通過(guò)，因而輸出電壓就增大。當達到預設電壓時(shí)，穩壓二極管D0就導通，R1/R2是簡(jiǎn)單的分壓電路，用于設置適合于二極管的電壓。假設供電電壓是14.2V，該二極管導通，晶體管T1接通，這樣晶體管T2就搭鐵了，T2被截止，勵磁電流也就被切斷，輸出電壓就會(huì )下降。這又將使二極管D0停止導通，T1截止，T2又導通。這樣開(kāi)關(guān)管不斷工作，二極管吸收了來(lái)自勵磁線(xiàn)圈的磁場(chǎng)反電勢。
圖5繪出如今廣泛應用的集成電路（IC）電壓調節器電路。采用覆膜技術(shù)，將不同元器件聚集在一塊瓷板上，核心控制部分是一塊集成電路，輸出常用達林頓管。雖然總的調節原理與電子式的相同，但大大提高了可靠性。 
固態(tài)電壓調節器大多采用脈寬調制線(xiàn)路，電路的整個(gè)開(kāi)關(guān)過(guò)程是在毫秒數量級時(shí)間中完成的，頻繁的調節使紋波分量的頻率增高。如開(kāi)關(guān)時(shí)間2ms，對應500Hz的頻率。傅里葉分析可知其諧波頻率會(huì )達到kHz和MHz，成為射頻干擾源。
“紋波”原定義是直流電源中沒(méi)有充分濾波的小的脈動(dòng)輸出分量。紋波系數γ是電源的紋波電壓有效值Ur與直流分量的平均值Up間的比值。三相全波整流γ為16％。
汽車(chē)交流發(fā)電機紋波電流Ir為下式所定義 
足夠大的回路阻抗Zr可以抑制紋波電流。
二、設計制造過(guò)程中影響紋波電流的因素及故障情況
三相定子繞組制造過(guò)程不可避免地會(huì )產(chǎn)生各相阻抗不均衡，所以輸出電動(dòng)勢波形也會(huì )三相不對稱(chēng)。繞組不均衡是紋波電流超標主因之一。但這時(shí)反映在測試臺上，建壓轉速（Turnon speed）會(huì )明顯下降。各相的整流二極管特性曲線(xiàn)也不可能一致性很好，反向漏電流、管壓降的差異也引起合成波形的畸變。8管整流橋有較高的輸出功率，但紋波明顯高于6管。三相星形定子繞組，11管有中點(diǎn)的整流，可克服三相不對稱(chēng)。整流電路的不同，輸出的紋波會(huì )有較大的差異。9管整流器的發(fā)電機中有3個(gè)正向連接的小功率二極管，用來(lái)反饋一小部分電流給轉子中的勵磁線(xiàn)圈。
實(shí)際現場(chǎng)使用或測試臺上，發(fā)電機并聯(lián)著(zhù)蓄電池，蓄電池能起紋波吸收器的作用。如圖1所示，汽車(chē)發(fā)電機內部電路并不復雜。但線(xiàn)路元件間有一系列連接端，若電路中有接觸不良的端子（如表面氧化、腐蝕，壓接不緊），便增大回路的電阻。實(shí)際工作中多次發(fā)現過(guò)，有的是發(fā)電機內部端子電連接不良，有的是蓄電池正端子被腐蝕，盡管直流電阻還能被測到低數值，但高頻阻抗（容抗）存在，造成高的紋波電壓。
發(fā)電機裝在發(fā)動(dòng)機上，交流發(fā)電機功率輸出端應該用極小阻值的導線(xiàn)直接接至蓄電池正極，使紋波電壓進(jìn)入蓄電池。絕大多數汽車(chē)電路系統都是負極搭鐵。從蓄電池負極到發(fā)動(dòng)機，穿越機身到發(fā)電機的返回路徑，各連接處都應有較小的回路阻抗，才能保證電壓的紋波最低。整個(gè)汽車(chē)的搭鐵連接線(xiàn)采用銅表面有防氧化鍍覆的扁平編織帶，也是降低紋波電壓的有效措施之一。
過(guò)濾紋波電壓常用濾波電容器的辦法，它旁路了紋波電壓，濾波電容器必須盡可能裝在發(fā)電機輸出端附近。電容器接線(xiàn)要一端接在發(fā)電機輸出端，另一端搭鐵，接成與電路并聯(lián)。對于國內很多對國外發(fā)電機進(jìn)行來(lái)樣仿制的企業(yè)一定要注意，如原樣機用容量5.6mF的電容器，對你的產(chǎn)品就不一定合適。盡管你的產(chǎn)品結構、輸出特性與原樣機相近，但繞線(xiàn)嵌線(xiàn)工藝、內部布局、二極管調節器特性、原材料元器件的差異，會(huì )使兩者諧振頻率不同。電容器對直流電壓是開(kāi)路的（高阻抗），而對諧振頻率電容器是短路的（低阻抗），旁路諧波電流返回發(fā)電機。以這種方式制成低通濾波器，諧振頻率所針對的電容器容抗和回路感抗應該相等，這樣才有最低的回路阻抗，最好的濾波效果。恰當容量的電容器正好可以旁路等于或小于該頻率的諧波。假如要過(guò)濾射頻干擾（這時(shí)作用在天線(xiàn)上），它是高頻電容器，容量在pF范圍。電容器的引線(xiàn)長(cháng)度，在濾波電路中應盡可能做得短。
鐵氧體磁心的感應濾波器可用來(lái)阻塞紋波。繞在磁心上的繞組在回路上形成一個(gè)較大的感抗，直流可以順利通過(guò)，卻有效抑制諧波分量，起到濾波作用。雖然鐵氧體線(xiàn)圈有令人驚異的濾波能力，由于體積相對電容為大，交流發(fā)電機的電壓波紋大都依賴(lài)電容器來(lái)旁路，裝在發(fā)電機輸出端。電容器用于高阻抗電路，鐵氧體線(xiàn)圈用于低阻抗電路，為防止射頻干擾，在無(wú)線(xiàn)電功率輸入端安裝鐵氧體感應濾波器。
如某相繞組匝間或對搭鐵絕緣不良，某接線(xiàn)端子接觸電阻特大，濾波電容器電容值變異乃至失效，各二極管特性曲線(xiàn)差異過(guò)大，調節器故障等，均會(huì )造成紋波電流值大幅上揚。
三、紋波電壓的測量和允許的紋波電流值
生產(chǎn)制造中，汽車(chē)發(fā)電機的紋波和交流電壓可用萬(wàn)用表的交流檔進(jìn)行測試。將萬(wàn)用表黑筆可靠搭鐵，紅筆接在發(fā)電機背后的“BAT”端（不是蓄電池）。好的發(fā)電機在運行時(shí)，其交流值應小于0.5V。
電壓值過(guò)大表明發(fā)電機二極管損壞。
一臺正常的汽車(chē)發(fā)電機在測試臺上反映的2500r/min的紋波電流，應小于額定的最大輸出電流的20％。若大于20％，表明該發(fā)電機內部有品質(zhì)不良的因素。當然，有時(shí)也會(huì )因測試回路問(wèn)題在檢測報告中反映紋波電流過(guò)大的，這是需要排除的。
這項紋波電流的要求，國外各發(fā)動(dòng)機配套廠(chǎng)也互有差異。國際汽車(chē)監察局（International Automotive Oversight Bureau）的網(wǎng)站（http：//www.iaob.org）中有關(guān)的規范也只有模糊的規定，所以還是以各公司內部標準要求為準。
四、結語(yǔ)
幾年來(lái)的實(shí)踐使我們認識了汽車(chē)發(fā)電機紋波電流的本質(zhì)，掌握了抑制紋波電流的方法，能定量地確定降低紋波電流的電路參數。應密切關(guān)注交流發(fā)電機的回路阻抗，整流器調節器的性能，濾波電容器的各項參數，使我國出口產(chǎn)品的品質(zhì)穩步提高。也期待國內同行指正與交流。(end)
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