发电机的工作原理、电路控制逻辑、常见故障检修技巧

知识点：发电机电路

发电机工作原理

汽车的供电电源由汽车发电机（图1）与蓄电池并联组成，蓄电池在发动机熄火状态下给车辆用电器提供电能，同时在车辆启动时为起动机提供电能，让发动机启动。发动机启动成功后就会驱动发电机发电。发电机在发电状态下会为蓄电池充电，同时给整车供电。

图1：发电机实物

汽车发电机是三相交流发电机，发出的电是三相交流电。那么发电机是如何发电的？三相交流电又是如何变成直流电的？发电机由定子、转子、整流桥等几个关键的部件构成。定子与转子均是由线圈绕制的，整流桥是由硅二极管制作的。如图2所示，给转子通电，转子就会形成一个磁场。此时如果发电机的转子随着发动机旋转，那么这个磁场就是一个旋转的磁场。与之对应安装在转子外面的线圈是一个定子线圈，定子线圈由三组线圈构成，它们之间相互错开120°，三组线圈按照三角形接法引出三个抽头。在转子旋转时，定子线圈的三个抽头就能感应出一个相位相差120°的交流电。这个交流电经过整流桥的桥式整流电路后变成了14V直流电给整车供电。

图2：发电机工作原理

发电机的转子是随着发动机旋转的，发动机转速越高则发电机输出电压就越高，发动机转速越低则发电机输出电压就越低。但是我们需要发电机始终输出一个稳定的14V电压。这样就需要一个能调整输出电压的装置。那么如何调整电压呢？其实只需要调整转子的励磁电流就可以了。根据励磁电流来调整输出电压的装置称为电压调节器，电压调节器按照安装位置不同分为内置式调节器和外置式调节器。现在汽车上基本已经看不到外置式调节器了，所以不再介绍。内置式电压调节器如图3所示，其安装在发电机的后部。电压调节器上面有两个炭刷，这两个炭刷直接压在转子上，给转子提供励磁电流。电压调节器的供电根据车型电路结构不同而不同，具体看后面的各个车型的发电机电路控制逻辑。

图3：内置式电压调节器实物

5种控制逻辑与常见故障检修

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A控制逻辑

图4所示为五菱之光的发电机电路。发电机上只有两根线：一根是B+线，它是发电机的输出线；还有一根L线，它在发动机定义中都是发电机指示灯线，基本上所有发电机都是这样的，L线另外一端与仪表连接起来。仪表内的指示灯一端接在正极，一端接在发电机的L端子。L端子如果没有发电则是负极，此时蓄电池指示灯点亮；如果发电机发电了，这个端子就是正极，蓄电池指示灯熄灭。这种发电机控制电路称为自励式控制电路。转子的励磁线来自发动机的B+端子，因此发电机是否发电与L端子无关。

图4：A 控制逻辑

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B控制逻辑

图5所示为哈弗H6的发电机电路。可以看出发电机的端子共有三根线：B+线是发电机输出线；L线依旧是指示灯控制线；点火开关打开IG线有电，IG线在有的车型中也称F励磁线。采用这种控制方法的发电机也称它励式发电机。

在检修这种发电机不发电的故障时，需要注意IG端子的电压是否正常。如果没有电压，则发电机就失去了励磁，也就不会发电。

图5：B 控制逻辑

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C控制逻辑

图6所示为大众朗逸的发电机电路，发电机共有三个端子，分别为B+与T2ax插头上的两个端子。同理，B+线一定是发电机输出线。一根去发动机电脑的线称为DFM线，它是发电机通过占空比信号向发动机电脑报告自身的负荷情况的线。如有必要，发动机电脑会提升发动机转速。还有一根去车身电脑的是蓄电池指示灯信号线，车身电脑根据蓄电池指示灯信号线的电压，来判断当前发电机是否正常工作，如果电压过低，会适时切断车辆上的一些大负荷用电器。

图6：C 控制逻辑

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D控制逻辑

图7所示为科鲁兹的充电系统电路，它由蓄电池电流传感器、车身电脑（车身控制模块）、发动机电脑（发动机控制模块）、发电机构成了一个电源管理系统。这套系统能根据当前车载电网负荷状态来实时调整发电机的输出电压。同时电源管理系统将执行以下三个功能：监测蓄电池电压并估计蓄电池的状态；通过提高怠速转速和调节稳定的电压采取校正动作；进行诊断并提醒驾驶员。

图7：D 控制逻辑

充电系统各部件功能如下：

发电机：

它是可维修的部件。如果诊断出发电机故障，则必须将它作为一个总成更换。发动机传动带驱动发电机。当转子旋转时，它将使定子绕组产生交流电（AC），交流电通过一系列二极管整流，转换成直流电（DC），供车辆电气系统使用，以维持电气负载供电和蓄电池充电。电压调节器与发电机控制装置集成为一体，控制着发电机的输出。它是不可维修的。电压调节器控制供给转子的电流量。如果发电机磁场控制电路故障，则发电机默认输出电压为13.8V。

车身控制模块（BCM）：

它是一个GMLAN装置。它与发动机控制模块（ECM）和仪表板组合仪表（IPC）通信，以进行电源管理（EPM）操作。车身控制模块确定发电机输出，并发送信息到发动机控制模块，以控制发电机接通信号电路。它监测来自发动机控制模块的发电机磁场占空比信号电路信息，以控制发电机。它监测蓄电池电流传感器、蓄电池正极电压电路，并估计蓄电池温度以确定蓄电池充电状态（SOC）。车身控制模块进行怠速提高。蓄电池电流传感器。它是一个可维修的部件，它在蓄电池处与蓄电池负极电缆连接。蓄电池电流传感器是一个三线制霍尔式电流传感器。蓄电池电流传感器监测蓄电池电流。它直接输入到车身控制模块中。它产生一个128Hz、占空比为0～100%的5V脉冲宽度调制（PWM）信号。正常的占空比在5%～95%之间。0～5%和95%～100%之间的占空比用于诊断目的。

发动机控制模块（ECM）：

发动机运行时，发动机控制模块将发电机接通信号发送至发电机以打开调节器。发电机电压调节器通过控制转子的电流从而控制输出电压。转子电流与调节器供给的电脉冲宽度成正比。发动机启动后，调节器通过内部导线检测定子上的交流电压从而感测发电机的转动。一旦发动机运行，调节器通过控制脉冲宽度来改变励磁电流。这就能调节发电机输出电压，使蓄电池正常充电以及电气系统正常运行。发电机磁场占空比端子内部连接到电压调节器，外部连接到发动机控制模块。当电压调节器检测到充电系统故障时，它将搭铁此电路以通知发动机控制模块存在故障。发动机控制模块监测发电机磁场占空比信号电路，并接收基于车身控制模块信息而作出的控制指令。

总结：

这种控制逻辑在很多车型上都有应用，主要是由发动机电脑或者车身电脑根据当前车辆的用电量来调节发电机的发电电压（占空比调节），同时发电机还会反馈一个信号给发动机电脑或者车身电脑，告知自己现在的负荷状态。

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E控制逻辑

图8所示为宝马3系的发电机电路，在很多高端车型的发电机控制电路中都采用的是这种控制方法，其控制逻辑与科鲁兹的控制逻辑区别不大，只不过实际控制发动机的线被改成了LIN总线，在宝马车型中称为BSD总线，实际就是LIN总线控制。这种电路在发电机与发动机电脑失去通信后，发电机的电压就不能跟随车辆的用电负荷而改变，会以一个固定的电压发电。这种发电机若有故障，按照通信类故障检修即可。

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