如何解釋開路型(Open,或叫Series)與閉路型(Short,或叫Shunt))整流器?用比喻的方式來說,閉路型整流器本身有如一個可變阻抗,來控制發電機到車上負載的電能,多餘的部份由自身消耗掉;而開路型整流器有如一個快速連續ON-OFF的開關,當負載端電能不足時,就變成ON讓發電機的電能轉移到負載端,當負載端電能足夠時,就變成OFF切開發電機不讓電能轉移到負載端,這個開關的動作相當迅速以控制電能的傳遞

開路型整流器主要特點:

1.當電壓偵測線或是直流輸出端已經達其設定值或是發電機達到一定轉速(整流器需提供此功能),控制正負半週整流的元件將斷開發電機端AC電能傳遞至直流輸出的通路,此時發電機端AC電流會降為0,也就是說當下發電機為"自由狀態",僅剩微小阻力,可以減輕對引擎動力的負擔

2.發電機自由狀態時,因為此時無電流流動,發電機本身及線路不會因電流流動產生熱量

3.與閉路型最大不同,閉路型的發電機是隨時維持在一定功率輸出,經由整流器控制輸出電能在一定範圍,把其他多餘的電能轉變為熱,經由整流器及發電機本體 消耗掉;開路型整流器的工作狀態是,負載需要電能時,整流器會自發電機取得所需電能,當所需電能滿足時,即會斷開發電機,在這兩個狀態間快速切換,發電機 功率會隨著車上用電負載變動而改變

4.因為開路型整流器,是採用快速啟動(ON)/關閉(OFF)發電機AC整流方式來控制輸出,所以整流器其接通/切斷的快速動作會造成直流輸出端的電壓產生瞬間變化,可以由電壓波形看出來,不過此波動經過電瓶的平滑效果後,對變化量有改善效果

以下是CCH(嘉好)所推出的開路型加強整流器的介紹及實際測試

整流器本體正面外觀,採黑色烤漆,散熱片頂部露出鋁金屬原色

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整流器頂部,印上CCH 13-12字樣

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整流器背面,採用整片的鋁板來協助散熱

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整流器出線部,除了發電機AC輸入三黃線、正電紅色粗線、負電綠色粗線以外,還多了一條電壓回授用紅色細線以及一條輔助接地用黑色細線

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整流器實裝圖,除了連接原來的整流器接頭外,還要把電壓回授的紅色細線接到電池正極,並把輔助接地用的黑色細線接到整流器鎖點,輔助接地的用途是可以協助分擔負電線返回整流器的電流

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另外再從引擎外殼端拉一條黑色的輔助接地線至整流器的鎖點處,可加強輔助接地的效果

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接下來就是實際上車測試

測試對象:YAMAHA 2007 TMAX ABS,電系部分更換RCE 7.5Ah鋰鐵電池、RCE/KOSO電壓表、LED剎車尾燈、行車紀錄器電源轉換裝置,其他部份未更動


測試A:開路整流器端發電機輸出交流電壓及電流波形

使用示波器觀察,從開路整流器端測量從發電機送過來的交流電壓(黃色)與電流波形(藍色)

當車輛於怠速下,此時發電機發電量只能剛好與車上負載打平,所以此時整流器完全接受來自發電機的電能持續運作,可以見到黃色交流輸出電壓波形被箝制在一固定範圍大小,藍色電流波形也依照電壓波形極性改變而變換方向

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開始提高引擎轉速後,發電機發電量提高,當整流器輸出與車上電系所需逐漸開始平衡之時,可以觀察到波形的變化,部份區間的藍色電流波形有些已經降為0(變成一直線),而同一時間下的黃色電壓波形因為電流為0負荷消失,所以電壓未經箝制而大幅提高,形成明顯凸出

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轉速繼續再提高,發電機輸出大幅上升,但車上電系負荷沒有太大變動,整流器繼續減少動作的波形數量與單位時間,整流器動作中的區間黃色電壓波形產生箝制, 藍色電流波形上下起伏;而整流未動作時因沒有電流,藍色電流波形呈現一直線,當下的輸出電壓隨發電機轉速提升而越來越高

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維持在發電機額定輸出的轉速時(5000RPM),可以看到整流器動作的時間越來越短,藍色波形大部分是呈現無電流的直線狀態、當下黃色波形最高值接近發電機額定輸出下的電壓數值

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這裡要注意的是,當藍色波形呈現一直線的比例越大時,表示發電機輸出電流為0、無負荷狀態的時間越長,這也代表消耗的動力也越少

與閉路式整流器的比較,無論負載端用電負荷狀態如何,發電機的交流輸出電壓(黃色波形)與輸出電流(藍色波形)都維持在持續供應的狀態,而多餘未使用的電能則轉變成熱,經由整流器與發電機線圈消耗掉

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測試B:開路整流器對電池回充電流的影響

使用直流勾表,測量電池正極端電流的流向及數值,數值顯示正表示電流流出電池(放電),數值顯示負表示電流流入電池(充電)

怠速下,因為發電機轉速不足,輸出功率剛好與車上負載持平,所以達到平衡電壓後電池正極的電流流動在正負1A上下跳動,也就是說,當下電池沒有明顯回充也沒有大幅消耗

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引擎轉速拉高後,因為發電機輸出增大,整流器輸出電壓也跟著往上提高,這時電池開始有回充,扣掉車上所需的電能後,剩下的電能都提供給電池作為充電,此時有最高的充電電流

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轉速提高一陣子後,因為鋰鐵電池充電速度快,所以開始看到充電電流往下降,表示電池端電壓逐漸與整流器輸出電壓間取得平衡

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轉速繼續維持,當電池電壓與整流器輸出電壓達到平衡後,這時又變成有如怠速一般,電池沒有大幅度的回充及放電,電流在正負1A變動

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這裡要注意的是,因為電池充電時如同一個用電負載,所以電池達到平衡電壓的速度(嚴格說來,是整流器連接到電池的電壓回授線,偵測到電池電壓達到其設定的 平衡準位),會決定整流器何時轉為開路模式,這時發電機才會釋放減輕引擎動力消耗,所以說如果電池充電特性較快的,就可以使平衡電壓較快上升,達到其設定 的平衡準位後就進入開路模式


測試C:開路整流器直流端的輸出功率

使用直流功率表,串接在整流器正負極輸出線及整流器接頭之間,直接量測整流器直流端輸出的電壓、電流及功率

怠速下,此時從發電機輸出經整流器整流後,功率維持在此數值,也表示這是目前車上電系所消耗的總直流功率

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開始提升引擎轉速後,發電機輸出加大,但因為電池電壓與整流器輸出電壓尚未平衡,電池此時為充電狀態,這時電池也會成為一個用電負載,所以可以看到整流器直流輸出功率大幅提高

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隨著電池充電,電池電壓逐漸上升,充電電流減小,這時可以看到整流器輸出功率開始下降

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當電池電壓與整流器輸出電壓取得平衡後,電池充電電流減到最小,這時可以看到整流器直流輸出功率與怠速時十分接近,僅有平衡電壓的差異

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這裡要注意的是,功率表上面顯示的電壓是整流器輸出端的電壓,可以看見當輸出電流越高時,顯示的電壓也會越高,這是因為整流器的電壓回授端裝設在電池端, 而線路與接頭存在阻抗,當整流器到電池端電流加大時,產生的壓降就越大,這時整流器將輸出電壓提高,來克服壓降問題,使電壓回授點可以達到所設定的電壓


測試D:開路整流器直流端輸出電壓的波形

使用示波器觀察,測量整流器直流輸出正及負兩端的直流電壓波形,觀察整流器於各狀態下輸出波形的變化程度

於怠速下,因為發電機輸出與負載消耗打平,所以整流器一直維持動作狀態,可以看到此時的直流輸出波形中沒有間斷的部分

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當轉速提高,整流器開始進入開路模式時,因為整流器快速的ON-OFF動作,使得整流器輸出電壓上下變動幅度開始增加

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如果開路模式下整流器釋放發電機的時間夠長時,因為釋放發電機時交流輸入電流為0,這時會看到直流輸出波形中開始有"無波形"的空白部份出現,無輸出波形表示整流器當下是沒有動作的

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引擎轉速再提升,在車上用電負載不變下,整流器動作時間會縮得更短,可以看到"有"跟"無"波形的比例開始改變,當單位時間內"無波形"的空白比例越大時,表示整流器釋放發電機的時間越長

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測試E:開路整流器裝上車輛後實際行駛一般道路時電壓與溫度的記錄

實際路試過程中整流器輸出端電壓記錄

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實際路試過程中整流器背面鋁片溫度記錄

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結論:
從上面的測試,可以看出開路型整流器依電系負載需求,汲取所需發電機電能的實際運作方式,但是此前提是要在發電機輸出足以負荷電系所需,且電池可以獲得充電並達到一定電壓下,整流器才會開始進入開路運作模式,除此之外,基於保護電系立場整流器不會進入開路模式。所以說要開路型整流器發揮減少動力損失的最佳效果,仍須注意車上電池的狀況、發電機最大發電量與車上負載消耗量間的相對關係

報告完畢,謝謝收看

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