四、调节器的作用与基本调节原理
1.调节器的作用与工作方式
（1）交流发电机调节器的作用
从发电机各电枢绕组电动势与发电机的转速和磁极的磁通关系可推出
E=Ceϕn
式中 E——交流发电机的等效电动势；
Ce——交流发电机的结构常数；
ϕ——交流发电机磁极磁通；
n——交流发电机的转速。
忽略发电机内阻电压降，就有
U≈E=Ceϕn
从上式可知，发电机的输出电压与其转速成正比，而交流发电机由发动机通过带传动驱动，汽车运行时发动机转速的变化范围很大，因而发电机工作时其转速很不稳定且变化很大。可见，如果不对发电机加以调节，其端电压将随发动机转速的变化而变化，这与汽车用电设备需要稳定的电源电压不相适应。因此，发电机必须要配备一个自动的电压调节装置，使发电机的电压保持稳定。
要点提示
当发动机转速变化时，交流发电机调节器通过对发电机磁极绕组励磁电流的调节来改变磁通量，使发电机的电压保持稳定，以满足汽车用电设备的要求。
（2）调节器的工作方式
发电机配备的调节器串联在发电机磁场绕组电路中，根据发电机电压的高低动作。发电机调节器的工作方式如图1-39所示。
在发电机电压低时，调节器的B、F端子通路，流经磁场绕组的励磁电流较大；当发电机的电压达到设定的上限U2时，调节器使磁场绕组的励磁电流下降或断流（B、F端子之间电阻增大或断路），使发电机磁极磁通量迅速减弱或消失，以使发电机的电压下降；当发电机的电压降至设定的下限U1时，调节器又使磁场绕组的励磁电流增大（B、F端子之间电阻减小或通路），磁极磁通量增大，发电机的电压又上升；当发电机的电压又上升至上限时则重复上述过程。
图1-39 发电机调节器的工作方式
a）调节器基本电路 b）工作电压波形
由图1-39b可知，调节器起作用时，发电机的电压始终在设定的范围内波动，使其平均电压稳定在设定的值。
（3）调节器的稳压原理
发电机转速不同时，磁场加强后发电机电压的上升速率和磁场减弱后发电机电压的下降速率也都不同，如图1-40所示。
由图1-40可知，发电机的转速升高时，发电机电压的上升速率增大，使发电机电压达到U2的时间tb缩短；发电机电压下降速率减小，使发电机电压降至U1的时间tk延长。于是，随着发电机转速的上升，调节器的动作使励磁电流大的相对时间减少，而使励磁电流小或无的相对时间增加，使得发电机的平均励磁电流随发电机转速的上升而减小，其磁极磁场减弱，从而使发电机的平均电压保持不变（图1-41）。
图1-40 不同转速下发电机电压升降曲线
图1-41 发电机电压调节器的工作特性
n1——调节器工作的起始转速
nmax——调节器开始失效的发电机转速
2.电子式调节器的工作原理
（1）电子式调节器的基本原理
电子式调节器利用晶体管的开关特性，通过其导通和截止的相对时间变化来调节发电机的励磁电流。电子式调节器的基本原理如图1-42所示。
图1-42 电子式调节器的基本原理
1）电路特点。发电机电压通过R1、R2的分压作用，施加于稳压管VS，控制VS的导通和截止；小功率晶体管VT1起信号放大作用，其导通或截止受控于VS；大功率晶体管VT2串联于发电机磁场绕组电路中，通过其导通和截止控制磁极绕组的励磁电流的通断。
接通点火开关，蓄电池电压在R1上的分压低于稳压管VS的导通电压，VS不导通，VT1截止；VT1截止时其发射极与集电极之间有较高的电压，此电压加在VT2的发射极和基极之间，使VT2饱和导通，发电机的励磁回路处于通路状态。
2）电路原理。电子式调节器的电路工作原理如下：
发动机工作时，发电机正常发电，其电压达到设定的高限电压时，R1上的分压就会使VS导通，VT1同时饱和导通；VT1饱和导通后，使VT2的发射极和基极之间无正向导通电压而截止，发电机励磁回路断电；发电机在无励磁电流时其电压迅速下降，当电压降至设定的低限电压时，R1上的分压低于VS的导通电压，VS又截止，VT1也同时截止，VT1截止后又使VT2导通，发电机励磁回路又通路；随后发电机的电压又上升，达到高限电压时又使VT2截止，如此反复，使发电机的电压在高低限值之间波动，其平均电压稳定在设定值。
当发电机的转速升高时，由于发电机电压上升的速率增加，而下降的速率减小，故而调节器晶体管VT2导通的比率减小，使发电机的平均励磁电流减小，其电压保持稳定。
实际电子式调节器的电子元件和电路结构要比图1-42所示的电子式调节器的基本电路复杂，不同型号的电子式调节器其电路结构和元件组成也有所不同，但基本原理大致相同。
专家解读：
以前发电机使用的是触点式调节器，发电机的电压加在调节器的磁化线圈上，使磁化线圈产生相应的磁力来控制触点的开闭，调节发电机磁场绕组的电流，以使电压稳定。这种调节器的缺点是触点开闭时有触点火花，触点很容易烧蚀，其工作的可靠性较低，因而早已被电子式调节器所取代。
（2）电子式调节器的性能完善
基本电路不能满足调节器工作的需要，实际电子式调节器还设有其他的电子元件和电路，用以弥补基本电路的不足。实际电子式调节器电路如图1-43所示。
图1-43 满足实际使用要求的电子式电压调节器电路
1）晶体管的开关频率过高（图1-44a），使晶体管处在截止与饱和导通之间的时间较长，晶体管集电极耗散功率（PC=ICUC）过大，这使晶体管容易过热而烧坏。R2并联一个电容C1，利用电容的充、放电时间，使稳压管VD1的导通和截止变得迟缓，从而降低了晶体管的开关频率（图1-44b）；增加R4C2正反馈电路，用以加速晶体管导通和截止的变化过程（图1-44c）。可见，加上电容C1和正反馈电路R4C2后，减小了晶体管的功率消耗，使晶体管不易过热烧坏。
图1-44 调节器晶体管开关频率和波形的改善
a）改善前的电压波形 b）加C1降频后的电压波形 c）再加R4C2整形后的波形
2）开关晶体管截止时，磁场绕组所产生的自感电动势容易损坏晶体管和稳压管等电子元件。为此，增加续流二极管VD4，当开关晶体管截止时，磁场绕组产生的自感电动势经VD4形成通路，加在电子电路上的电压就只有VD4的正向导通电压，从而保护了调节器中的电子元件。
3）汽车电源如果产生反向瞬变电压，就很容易造成调节器电子元件损坏。增加VD3后，反向瞬变电压通过VD3形成通路，输入的反向电压只是VD3的正向导通电压，从而防止了电源反向瞬变电压对调节器电子元件造成损害。
4）稳压管的导通电压会随着温度的上升而增高，导致发电机的调节电压随之增高。增加温度系数为负的VD2用作温度补偿，以使发电机的调节电压不随温度而变。
5）V1饱和导通，实际的导通电压不为0时，就有可能导致V2不能可靠截止，从而使电子调节器失效。为此，在V1集电极和V2基极之间增加VD5，由于VD5的分压作用，使得V1饱和导通时V2能可靠截止。
6）V3需要通过较大的励磁电流，因此，增加V2用于电流放大，以使V3能控制励磁电流。