我國汽車零部件行業正面臨快速進入全球競爭的挑戰。汽車交流發電機也是一樣，過去我們并不重視的一些整機性能參數，在出口時卻顯得至關重要，對應一定轉速下的紋波電流（Ripple Current）值便是一例。過去國內對汽車交流發電機輸出的紋波電流及其如何降低等的研究幾乎是空白，而國外驗收檢測汽車發電機的測試臺，把紋波電流作為判定合格與否的八大考核指標之一，赫然列在測試報告單上。國際上廣泛使用的D/V Electronis Co.測試臺便是如此。而國產測試臺并無此欄目。

過大的紋波電流值不僅會引起嚴重的無線電干擾，還對蓄電池充電產生不良影響。紋波電流返回發電機，增加軸損和鐵損，也增大了勵磁的脈動，輸出會有更大紋波。因而全面認識發電機紋波電流的產生和抑制，成為許多出口企業當前亟待解決的課題。

汽車整體式交流發電機不同于一般傳統的電磁感應三相交流發電機，安裝在交流發電機端蓋內部的三相全波橋式整流器和電壓調節器使之成為一臺能提供含有紋波的直流電源，整流器和調節器也就影響著它的輸出特性。

欲抑制、降低發電機輸出電流中的紋波值，首先必須認識各種產生紋波電流的原因。

一、整體式交流發電機的工作原理和紋波電流

汽車運轉時，發電機和蓄電池并聯著向各種用電器供電，如點火線圈、照明燈、指示燈、刮水器、車窗、天線升降器、GPS全球定位系統等。各型汽車需要直流電源，功率為0.8～3.5kW不等。發電機的主要作用在于向蓄電池充電，其輸出是帶有紋波分量的。用電器又希望不論負載變化，還是發電機轉速變化，供電的直流電壓能穩定在一個相對范圍內。這便是圖1的原理圖上，電壓調節器必須存在的原因。

直流勵磁的旋轉爪極，在三相交流發電機的定子繞組中感應三相交流電。三相全波橋式整流器6只二極管聯合疊加作用，使輸出成為雖然含有脈動、但已是較為平直的直流電。

圖2顯示了三相全波整流后的ABC各相波形和疊加后的輸出波形，明顯可以看出峰值的脈動，Ucp是平均電壓。

電壓調節器工作原理的邏輯框圖如圖3所示。

發電機負載和轉速等的變化都會引起輸出電動勢的變化，電壓調節器便是通過通斷勵磁繞組、調節勵磁磁通來補償其變動，使之能維持在額定值允許波動的范圍內，例如±1.5％。為了防止汽車蓄電池過充電，穩定的系統電壓應保持在鉛酸電池產生氣泡的電壓以下，對所有12V的系統而言，通常使用（14.2±0.2）V的電壓值。電壓調節器便是控制勵磁電流來調節輸出電壓的變動。但是，即使發電機整流后是平直的直流輸出，調節器的作用使實際輸出波形會如圖2所示。電磁振動式電壓調節器除體積大、觸點易燒蝕、磁慣性和機械慣性大外，致命的缺點是電壓波動幅度大。電子式電壓調節器最基本的線路如圖4所示。

當交流發電機速度加快時，輸出值就高于預設值。這時通過R3接通晶體管T2基極，允許全部勵磁電流通過，因而輸出電壓就增大。當達到預設電壓時，穩壓二極管D0就導通，R1/R2是簡單的分壓電路，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，輸出電壓就會下降。這又將使二極管D0停止導通，T1截止，T2又導通。這樣開關管不斷工作，二極管吸收了來自勵磁線圈的磁場反電勢。

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，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。

固態電壓調節器大多采用脈寬調制線路，電路的整個開關過程是在毫秒數量級時間中完成的，頻繁的調節使紋波分量的頻率增高。如開關時間2ms，對應500Hz的頻率。傅里葉分析可知其諧波頻率會達到kHz和MHz，成為射頻干擾源。

“紋波”原定義是直流電源中沒有充分濾波的小的脈動輸出分量。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％。

汽車交流發電機紋波電流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程不可避免地會產生各相阻抗不均衡，所以輸出電動勢波形也會三相不對稱。繞組不均衡是紋波電流超標主因之一。但這時反映在測試臺上，建壓轉速（Turnon speed）會明顯下降。各相的整流二極管特性曲線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管有中點的整流，可克服三相不對稱。整流電路的不同，輸出的紋波會有較大的差異。9管整流器的發電機中有3個正向連接的小功率二極管，用來反饋一小部分電流給轉子中的勵磁線圈。

實際現場使用或測試臺上，發電機并聯著蓄電池，蓄電池能起紋波吸收器的作用。如圖1所示，汽車發電機內部電路并不復雜。但線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。實際工作中多次發現過，有的是發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。

發電機裝在發動機上，交流發電機功率輸出端應該用極小阻值的導線直接接至蓄電池正極，使紋波電壓進入蓄電池。絕大多數汽車電路系統都是負極搭鐵。從蓄電池負極到發動機，穿越機身到發電機的返回路徑，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。整個汽車的搭鐵連接線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電機輸出端附近。電容器接線要一端接在發電機輸出端，另一端搭鐵，接成與電路并聯。對于國內很多對國外發電機進行來樣仿制的企業一定要注意，如原樣機用容量5.6mF的電容器，對你的產品就不一定合適。盡管你的產品結構、輸出特性與原樣機相近，但繞線嵌線工藝、內部布局、二極管調節器特性、原材料元器件的差異，會使兩者諧振頻率不同。電容器對直流電壓是開路的（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。假如要過濾射頻干擾（這時作用在天線上），它是高頻電容器，容量在pF范圍。電容器的引線長度，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阻塞紋波。繞在磁心上的繞組在回路上形成一個較大的感抗，直流可以順利通過，卻有效抑制諧波分量，起到濾波作用。雖然鐵氧體線圈有令人驚異的濾波能力，由于體積相對電容為大，交流發電機的電壓波紋大都依賴電容器來旁路，裝在發電機輸出端。電容器用于高阻抗電路，鐵氧體線圈用于低阻抗電路，為防止射頻干擾，在無線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，各二極管特性曲線差異過大，調節器故障等，均會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

生產制造中，汽車發電機的紋波和交流電壓可用萬用表的交流檔進行測試。將萬用表黑筆可靠搭鐵，紅筆接在發電機背后的“BAT”端（不是蓄電池）。好的發電機在運行時，其交流值應小于0.5V。

電壓值過大表明發電機二極管損壞。

一臺正常的汽車發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％，表明該發電機內部有品質不良的因素。當然，有時也會因測試回路問題在檢測報告中反映紋波電流過大的，這是需要排除的。

這項紋波電流的要求，國外各發動機配套廠也互有差異。國際汽車監察局（International Automotive Oversight Bureau）的網站中有關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

幾年來的實踐使我們認識了汽車發電機紋波電流的本質，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。應密切關注交流發電機的回路阻抗，整流器調節器的性能，濾波電容器的各項參數，使我國出口產品的品質穩步提高。也期待國內同行指正與交流。

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