普及贴：短路式整流器与开关式整流器

汽车、摩托车12V蓄电池充电电压国家标准规定值为14.2±0.25 V；《摩托车和轻便摩托车用调节器技术条件》中规定，摩托车从“最低调压转速至最高转速”，12V蓄电池的充电电压值为14.5±0.5 V。

    一般大家都认为12V蓄电池在浮充电电压13.5～13.8 V下充电就可以了；加上摩托车发动机长期处在转速1 200～2 500 r/min下运行，使充电电压为12.05～12.6 V。这两种情况下，12V蓄电池的充电电压均低于国家规定值。

    摩托车发动机处于低速运行或蓄电池长期处于欠充电状态，会加快蓄电池极板的硫化，不但摩托车电起动困难、照明效果不佳，而且还会缩短蓄电池的使用寿命。出现以上问题是因为使用稳压效果很差的短路型调节器，这种调节器的缺陷就是浪费能源，通过短路将电能浪费掉，使充电电压达不到规定要求。当前一种全新的开关型节能调节器能彻底解决摩托车充电电压不稳定的问题，使充电实现智能化自动控制，充电效果得到明显改善。现将此电路介绍给大家，以供参考。

　　摩托车电压调节器作为摩托车上一个重要的电器元件，其作用是将磁电机发出的交流电通过整流变为直流电，并进行稳压后供蓄电池充电和用电器使用。根据调节器调节电压方式的不同，将采用短路方式调节电压的调节器称为短路型调节器，将采用开关方式而又不直接形成短路型式调节电压的调节器称为开关型调节器。摩托车使用调节器类型的不同和性能的好坏，不但直接关系到摩托车电气性能的好坏，而且还会影响到摩托车能耗的高低。

1 节能的方式

    随着全球石油供应日趋紧张，对于以石油作为能源的摩托车、汽车和拖拉机等热动力机械，开发高效节能产品已成为政府和企业十分关心的问题。可以说从摩托车和汽车诞生的那天开始，无数的节能专家便开始从事节能产品的研制与开发，值得注意的是这些研制与开发绝大部分都是在机械结构、化油器、油路及燃料添加剂等直接与燃油相关的领域实施技术改进与创新，被称为“直接节能”。这方面经过多年的不断挖掘，节能的潜力已很有限了，如果想要有所突破，需要巨大的投资。因此，人们在积极寻找新的节能途径，笔者在从事摩托车和汽车永磁发电机及用电器的研究过程中，从发电机和用电器方面找到一条节能的新途径，因为这种节能方式不直接与燃油相关，被称为“间接节能”。摩托车开关型节能电压调节器，就是“间接节能”的典型代表。

2 磁电机输出电压的稳定及磁电机耗能分析

    磁电机因为其体积小、结构简单、耐用等优点，在摩托车上得到广泛的运用。然而磁电机由于磁场的不可调节性，在转速变化范围大和用电负载也变化的摩托车上，输出电压不稳定。摩托车上的磁电机是由发动机带动，其转速随发动机转速的变化而变化，发动机转速高，磁电机输出电压高，转速低输出电压低，经测量普通六级磁电机转速从0变化到10 000 r/min时，输出经整流后的直流电压从0 V上升到200 V左右。要将如此大变化范围的电压一直稳定在14.5 V左右，以满足摩托车蓄电池充电和用电器使用，用过去的“短路技术”是无法保证的。

磁电机发电是否要消耗能量？做一个既简单又能说明问题的小实验，用手来转动磁电机发电，当不接负载时，转动磁电机感觉很轻松(磁电机空转)；若在磁电机输出端接上一个小灯泡后用手转动，就会感觉到转动有一定的阻力，如果要转动到能让灯泡发光，就会感到费劲；要是接上几个灯泡，再用手转动磁电机，就会感觉阻力明显的增大。这个实验说明磁电机发电时不但要消耗相当的能量，而且输出电流越大所消耗的能量也就越多。即磁电机耗能是随输出电流大小(即负载大小)的变化而变化的，只有当无负载时磁电机空转，才基本不耗能。

3 短路型调节器的工作原理及缺陷

    现在摩托车上所使用的调节器，基本都是短路型或并联式开关稳压整流装置，许多人错误地将后者称为开关型调节器，实质上它仍然是短路型调节器如图1所示。其工作原理是：当磁电机的输出电压超过一定值时，由控制电路分别向晶闸管KP1和KP2发出信号使其导通形成短路，对磁电机的输出电压进行削波降压，用降低电压的方式来控制电压的继续升高。这样在白天不开大灯行车时，摩托车上用电量很小，磁电机的输出电压就很高，为此，晶闸管就要长时间处于导通状态，形成短路来降低电压，磁电机发出的电大部分以热量的形式白白浪费掉，这些能量的消耗归根结底是燃油的消耗。根据实验计量，一辆普通125型摩托车，若每天只运行1小时，一年消耗在短路型整流调节器上的燃油有30L以上。

图1 短路型调节器

　　从以上分析可以总结出短路型调节器有以下缺陷：

a) 短路负载或短路开关元件，在白天车上电器不用电时，基本是满负荷工作，发热产生较高的温度，容易造成电子元件老化、直至烧坏电子元件，使调节器提前报废。

b) 磁电机所发的电除供用电器使用外，多余的部分被短路浪费掉，根据前面分析，磁电机要消耗能量才能发出电，因此浪费电就是浪费燃油。

c) 稳压是通过连接负载或靠开关短路来降低电压，低速时电压过低，高速时电压过高，电压波动范围较大，稳压的精度低、稳压效果差。

d) 由于稳压精度低，高速时较高的电压和较大电流直接冲击蓄电池和用电器，容易造成蓄电池过充而缩短其使用寿命，一旦蓄电池损坏，其它用电器失去蓄电池的缓冲作用更容易被烧坏；低速时电压过低，较低的电压不能对蓄电池进行充电，蓄电池经常处于欠充状态，不但电起动困难，而且容易造成蓄电池极板硫化，降低蓄电池容量，缩短蓄电池的寿命。

e) 只要摩托车起动，磁电机便是满负荷工作，磁电机长时间满负荷工作容易发热，使永磁体退磁、烧坏线圈和轴承等，缩短磁电机的使用寿命。

4 开关型节能调节器工作原理及优点

    全新开关型节能调节器能在摩托车电器不用电和蓄电池的电量充足时，自动切断磁电机的供电回路，让磁电机空转；而当用电器需要用电或蓄电池的电量不足需要充电时又能自动接通磁电机的供电回路，保证向用电器正常供电和给蓄电池充电。这样既可以节能，又不影响用电器工作，其工作原理如图2所示，工作时磁电机发出的交流电经整流后，由控制开关控制，当信号采集系统采集的电压偏离设定值时(如14.5 V)，稳压控制系统根据电压高于或低于该值而自动关断或打开控制开关，将负载两端的电压控制在设定的范围。检测开关型节能调节器在摩托车上使用的情况，电压随转速的变化情况检测结果如图3所示；检测时由于电压波动很小，用指针式电压表测量时看不到指针的变动，只有用精确到小数点后两位的数字万用表测量，才能看到小数点后第二位数字有少量的变动。

图2 开关型节能调节器

图3 电压随转速的变化情况

　　对于三相输出的磁电机及调节器，工作原理与单相磁电机相似，调节器效果与单相完全一样。

    从上面分析可以看出，开关型节能调节器完全克服了短路型调节器的五大缺陷，而且还具有以下显著的优点：

a) 稳压精度高，能延长蓄电池和用电器的使用寿命：磁电机转速从1 500～10 000 r/min，充电电压波动范围很小，远远低于国家标准规定电压波动±0.5 V的范围，蓄电池和用电器不受高电压的影响，寿命自然延长。

b) 蓄电池充电完全智能化自动控制，当蓄电池缺电时自动补充，蓄电池充足后自动停充，不会过充、也不欠充，既能保护蓄电池并延长其使用寿命，又能保证蓄电池随时提供充足的电能。

c) 控制开关能根据负载用电情况自动调节输出电流的大小，即能根据负载情况自动调节磁电机的负荷，实现真正的“间接节能”。

开关整流器

摩托车上的电能均由车上的磁电机供给。磁电机的输出电压经车上的硅整流稳压调节器稳压后，供给车上的电器使用并给蓄电池充电。目前，国内许多摩托车都广泛采用并联式开关稳压整流装置，如图１所示。该装置是当磁电机的输出电压超过额定电压时，利用硅整流稳压器内部的可控硅ＳＣＲ１和ＳＣＲ２的导通对磁电机的输出电压进行削波而实现稳压的。这样，在白天，车上的电器大都不用电，但可控硅大部分时间均处于导通短路状态，磁电机产生的电能大部分白白浪费，以热量的形式消耗掉，这些能量的消耗归根结底是燃油的消耗。据估算，一辆五羊本田ＷＨ１２５Ｔ车一年消耗在硅整流稳压器上的燃油至少有３０Ｌ（每天按运行１小时计），耗油相当可观）。
    如果有这样一种装置，在车上的电器不用电和蓄电池的电量充足时，能切断发电机的供电回路，就可以达到节油目的。本装置就是根据这一思想而设计的。经试验，它完全达到了预想效果。
　　工作原理

    本装置电路如图２所示。磁电机输出的交流电压经二极管Ｄ１～Ｄ６整流后变成脉动直流电压分两路输出。一路由Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｒ１、Ｒ７、ＤＷ１，以及Ｃ２组成的典型晶体管串联稳压电路稳压后输出１６Ｖ电压，经Ｄ８给蓄电池充电；另一路经Ｄ７隔离后由Ｃ１滤波、ＩＣ１稳压得到１２Ｖ直流稳定电压对运算放大器ＩＣ２供电，并且经电阻Ｒ６接至ＩＣ２的②脚作基准电压，蓄电池的电压经Ｒ４、Ｒ５分压后送至ＩＣ２的③脚作为比较电压。当蓄电池的电压低于１４．４Ｖ时，加至ＩＣ２③脚的比较电压比②脚的１２Ｖ基准电压低，运算放大器输出低电平，Ｑ４截止，Ｑ１～Ｑ３正常工作输出１６Ｖ电压。当蓄电池的电压高于１４．４Ｖ时，ＩＣ２的③脚比较电压高于②脚基准电压，ＩＣ２输出高电平，Ｑ４饱和导通，分流掉流入Ｑ３基极的电流，从而造成Ｑ１Ｑ２的输出电压大幅下降，Ｄ８截止，停止向蓄电池充电和向电器供电。此时，车上的电器均由蓄电池供电。当蓄电池的电压再次低于１４．４Ｖ时，则ＩＣ２又输出低电平，Ｑ１、Ｑ２又正常输出。显然，当蓄电池充满电时，磁电机几乎工作在空载状态，而不像常规的硅整流稳压器那样处于大负荷短路状态，这就达到了节能的目的。电路中Ｒ３为ＩＣ２的正反馈电阻，Ｒ７用于在Ｑ１Ｑ２截止时给蓄电池进行涓流充电，Ｄ９的作用是保证某些运算放大器的微量零漂输出不至于导致Ｑ４导通，而产生误动作。
　　电路调试
    该电路只要元件良好，焊接好后一般无需调试。如想改变蓄电池的终止充电电压值，只需改变Ｒ４或者Ｒ５的阻值，即改变ＩＣ２③脚取样电压的大小即可。
　　安装使用
    Ｑ１、Ｑ２在安装时需加散热片，电路接好后用环氧树脂封装起来。拆除车上的原硅整流稳压器，把Ａ、Ｂ、Ｃ三端接至磁电机输出端，如原车磁电机为单相电机，则只接任意两端即可。Ｄ、Ｅ接至原硅整流稳压器的输出端。如原车所用的蓄电池为６Ｖ，则应把电路中的ＩＣ１和ＤＷ１分别改用７８Ｌ０６和９Ｖ稳压管，其余元件均不用改变

感谢分享。

你可以改行修车了

MSC2923 发表于 2015-11-23 14:13
你可以改行修车了

只是理论，动手，我没有白老鼠开刀啊:lol，倒是可以考虑给老胥打下手