曾教授與古董保時捷

9.1起動系統

系統電路圖是由電瓶、啟動馬達、電磁開關、點火開關..等組成

(A)汽車電瓶

1.功用:

(1)發動引擎時，供給起動馬達大量電流，起動時電瓶電壓需要9.6V以上。

(2)發電機發出電壓低於電瓶電壓時，由電瓶供給全車用電。

(3)發電機發出電壓高於電瓶電壓時，電瓶吸存發電機之剩餘電流。

(4)平衡汽車電系之電壓。

2.構造:

由外殼、蓋、正極板、負極板、隔板、電解液等組成。

(1) 外殼(case)

由硬橡膠或瀝青製成，外殼內部分很多小室，各式互不相通。

例如:12伏特的電瓶有6室。

(2) 格子板(plate grids)

極板之骨架 稱為格子板，其主要成分為鉛(Pb)加入5～12％的銻(Sb)製成，其功用有:

(i) 充電時能將電流很均勻的分配到整塊極板

(ii) 放電時能將整個極板之電流很快傳出

(3) 極板(plate): 區分為正極板與負極板

(i)正極板(Positive plate)：

      主要成份為紅鉛粉(Pb3O4)又稱紅丹粉，用稀硫酸調

      成糊狀，再加硫酸銨[(NH3)2SO4]作為膠合劑，塗於

      格子板上，經極化處理後轉變為過氧化鉛(PbO2)。

      主要成份為黃鉛粉(PbO)又稱密陀僧，用稀硫酸調成

      糊狀，再加硫酸鋇(BaSO4)或硫酸鎂(MgSO4)作膨脹

      劑，塗於格子板上，經極化處理後轉變為海棉狀的

      純鉛(Pb)。

(4)隔板(separator)

隔格夾於正負極板間，隔板一面光滑，一面成溝槽，溝槽面要貼向正極板，防止極板發熱彎曲而造成短路，其材質有微孔硬橡皮、合成樹脂、玻璃強化纖維板……等製成的。

3.充放電原理:

放電原理:

正極板的鉛離子會與電解液的硫酸根離子合成硫酸鉛

正極板的氧離子會與電解液的氫離子合成水

負極板的鉛離子會與電解液的硫酸根離子合成硫酸鉛

負極板多出來的電子會往正極板跑

充電原理:

正極板的鉛離子會與電解液的氧離子合成氧化鉛

正極板的硫酸根離子會與電解液的氫離子合成硫酸

負極板的硫酸根離子會與電解液的氫離子合成硫酸

正極板多出來的電子會往負極板跑

(B)啟動馬達

1.功用:

將電能轉為機械能，透過點火開關即可使引擎轉動，透過馬達電樞軸上的小齒輪驅動引擎上的飛輪，以啟動引擎的曲軸柄。

2.馬達工作原理:

由磁場、導線環、整流子、電刷所組成的，當電流經由電刷進入導線環，在每轉半圈時整流子會改變導線環電流改變一次。可藉由佛萊明左手定則(Fleming's left-hand rule)來判斷馬達旋轉方向。

3. 構造:

        啟動馬達是由一個電磁開關和一個馬達所構成的

1. 馬達

a.外殼與磁極(pole shoes):

     (1)外殼：以軟鋼製成為圓形鋼筒，用以固定磁極，

                作為磁力線迴路。

(2)磁極：是由磁極鐵心與磁場繞組所組成的。

b.電樞(armature):

由軸、鐵心、整流子(commutator)、電樞線圈、絕緣物等組成

c. 電刷(brush):

啟動馬達因需要通過很大電流，因此必須含銅較多含石墨較少材料製成。

d. 後蓋板：

整流子端蓋板，可支持電樞、安裝電刷，中央有一軸

承，常為一銅套，可加以潤滑。

2.電磁開關功能

可利用電磁開關上的鐵芯柱塞向左拉動撥叉，撥叉使小齒輪往右移動與飛輪接合後，大電流才由B點流到M點再流到馬達磁場線圈使馬達運轉。

3. 起動馬達工作情形:

Step1:

(a)當點火開關開啟時，若汽車檔位為空檔時就可以啟動繼電器動作。

(b)當起動繼電器導通後電瓶電壓會進入到S端兩線圈電流方向相同磁力相加，使電磁開關鐵芯柱塞被吸入。

(c)此時電磁開關使B、M線頭接通，電瓶大電流流經接觸片，由M線頭流入馬達，馬達搖動引擎，也將小齒輪推出，與飛輪接合。

Step2:

當電火開關關閉時，則起動繼電器回隨著關閉，此時兩線圈電流方向相反磁力相減，使電磁開關鐵芯柱塞被彈簧退回，小齒輪退回，與飛輪分離。

(3) 超速離合器：

a. 構造:

由撥環、接合彈簧、空心軸管傳動頭、鋼錕、小彈簧、小齒輪。

b. 作用:

引擎起動時，起動馬達需驅動引擎曲柄軸，此時超速離合器會帶動小齒輪轉動來驅動引擎。

引擎起動後，轉速較起動馬達快，此時滾輪因摩擦力而壓縮彈簧，使小齒輪在電樞上空轉，以防馬達因快速轉動而損壞。

(4) 前蓋板：

傳動端的蓋板，可支持電樞、保護傳動機構，中央也有軸承銅套，可加以潤滑，通常由鑄鐵製成。

9.2 充電系統

1.充電系統的功用：

將引擎一部分的機械能轉變為電能，來供給全車電器用電。

2.充電系統的構件:

(1)發電機：由引擎曲軸盤透過皮帶盤帶動，約為引擎轉速的2倍，發出電能，供給各電器用電。

(2)調整器：自動控制發電機發電量，使其輸出不超過規定之最大電壓與電流，並自動切斷充電系統電路。

(3)電流錶或充電指示燈：指示電瓶是在充電或放電狀況。

(4)電瓶：發電機電壓低於電瓶時，由電瓶供電，發電機電壓高於電瓶時，由電瓶儲存。

交流發電機

a.作用原理:

磁場(轉子)在導線線圈(靜子)中轉動，即如同導線運動切割磁力線一樣，使導線感應出電壓

與電流。

當知道了磁場方向與導線環的運動方向後，可藉由佛萊明右手定則(Fleming‘s right -hand rule)來判斷導線環的電流方向。

交流發電機感應電壓與磁鐵位置及線圈中的磁力線變化

三相交流發電機感應電壓與磁鐵位置及線圈中的磁力線變化

b.構造:

I 靜子(stator):

由三組靜子線圈及薄鐵片疊成的鐵芯組成，三組線圈各相差120°的電位差，可以以Y型與△型兩種繞法。

靜子Y行繞法

將U2，V2，W2相連接，再從U1，V1，W1端用導線牽出來當成U1，V1，W1端。

靜子△型繞法

將U1，W2相接後，在用導線牽出來當成A端

將V1，U2相接後，在用導線牽出來當成B端

將W1，V2相接後，在用導線牽出來當成C端

II. 轉子(rotor):

由磁極、磁場線圈、滑環、及軸組成的，而兩個交叉組合的爪型磁極，一邊全為N極，另一邊為S極

III. 整流器(rectifier):

構造:

由三個正極整流粒裝在金屬板上，再由三個負極整流粒裝在另一片金屬板上，在將兩塊金屬板固定再端蓋上。

整流粒(整流二極體)原理:

當二極體P端接正極，N端接負極時，則二極體會導通

當二極體P端接負極，N端接正極時，則二極體不會導通

半波整流:由一顆二極體所組成的電路

當A區域電壓輸入時二極體會導通，

當B區域電壓輸入時二極體不會導通。

全波整流: 由四顆二極體所組成的電路

三相電流需經六顆整流粒作全波整流，每半波的交流電都經過兩只整流粒使外輸出的負載(如電瓶)得到脈動直流電。下面為整流的流程

(A)電流會從U1端經1號電晶體到負載極電瓶，再從5號二極體回流到 U2端完成一個迴路。

(B)

電流會從W1端經3號電晶體到負載極電瓶，再從4號二極體回流到W2完成一個迴路。

(C)

電流會從V1端經2號電晶體到負載極電瓶，再從6號二極體回流到V2端完成一個迴路。

(D)

電流會從U2經2號電晶體到負載極電瓶，再從4號二極體回流到U1完成一個迴路。

(E)

當A線圈感應正電壓，B線圈感應負電壓時，電流會從A線圈經1號電晶體到負載極電瓶，再從6號二極體回流到B線圈完成一個迴路。

(F)

當B線圈感應正電壓，C線圈感應負電壓時，電流會從B線圈經3號電晶體到負載極電瓶，再從5號二極體回流到C線圈完成一個迴路。

原本三相發電機所產生的交流電，經過整流後始得電壓較接近於直流電