發電機是電磁感應原理在汽車電氣系統中的應用，以向汽車電氣設備提供适當電力輸出，并且可在所有行駛條件下調節電壓。

#汽車發電機

那麼什麼是電磁感應原理？當磁場穿過導體運動時會産生電壓。

一個簡單的示例：一個條形磁鐵，其磁場在導體線圈中轉動。旋轉的磁鐵稱為轉子，固定的導體稱為定子。那麼定子中就會産生感應電壓。

如上圖，條形磁鐵（轉子）旋轉的前半圈，磁極改變了位置：N極在上部導體的正下方運動，S極在下部導體的正上方運動。感應電壓則導緻電流以反向流動。導體的末端标有：A為負(-)極，B為正( )極。

當轉子完成了旋轉的後半圈，N極和S極又變回它們的初始位置：A成為正( )極，B成為負(-)極。

因此，電流開始以一個方向流動，然後變為另一個方向，産生了交流電，這種交變的電流産生于發電機内部。它是“交流發電機”一詞的來源，這個詞有時應用于使用這種原理的發電機。但是SAE認可的詞彙為發電機。

有了交流電，怎樣提高電壓？

一般過三種方式提高發電機的電壓：

• 增加定子中線圈匝數
• 增加轉子轉速
• 增加轉子磁場強度

前兩者是從設計角度考慮，第三種是應用于汽車時控制發電機電壓的方法。

第一種方法是增加定子繞組數目，磁力線切割繞組的數目越多，繞組中感應出的電流越大。

第二種方法是增加轉子轉動速度。這樣導緻切割磁力線更為頻繁。因此，這導緻了定子組中的電壓有所增加。汽車發動機轉速增加時，轉子轉速也随之增高。與發動機曲軸相連的皮帶驅動發電機定子繞組中的轉子。

與前兩種方法相反，控制定子磁場強度是控制發電機電壓輸出的最實際的手段。這是由于磁場強度會影響感應電壓的原因。磁場越強，感應電壓越高。磁場越弱，感應電壓越低。第三種方法通過以電磁鐵取代轉子條形磁鐵而得以實現。

對于電磁鐵，流經線圈導線中的電流大小、磁力線或轉子的繞組，決定着轉子的磁場強度。零電流産生零電壓，中等電流産生中等電壓，最大電流産生最大電壓輸出，或獲得最大磁場強度。

在任何時刻，最大磁場強度都可以産生高于電氣系統所需的感應電壓。調節電壓的調壓器通過接通或斷開磁場電流，将電壓限制在規定的數值内。在發電機中調壓器是内置式的。這樣就使發電機這一單一的部件既可以産生電能又可以進行調節，因此發電機被看作為一個充電系統。

發電機在低速時，可以提供足夠的電壓，例如在發動機怠速時。但是，當汽車發動機高轉速運行時，發電機的最大輸出要受到限制。與發電機一體的調壓器，其作用就是限制電壓輸出。

限制電壓對于許多車輛電子部件十分重要，這是因為無限制的電壓輸出會損壞或縮短蓄電池、燈泡、外部線束、電子模塊及其它電子或電氣部件的壽命。

調壓器以每秒四百次的固定頻率切換磁場電壓。通過改變開關磁場電流的時間，電壓得以控制。因此，在低速時，磁場可能90%的時間接通，10%的時間關閉。這形成相對較高的平均磁場電流，平均電流與發電機轉速結合，可以得到所需電壓。

随着發電機轉速升高，産生所需電壓的磁場電流減小。這可以通過改變工作循環以減小平均磁場電流。例如：發動機轉速高時，調壓器可能10%的時間接通，90%的時間關閉。當運行條件變化時，工作循環也将改變以提供系統電壓的所需要的準确磁場電流。

再具體來看下轉子和定子：

#轉子（組成：兩個帶有交錯爪臂的極件、轉子繞組芯、轉子軸與芯、兩個銅滑環、電刷）

用作N極和S極的帶有交錯爪臂的兩個鐵件，爪臂安裝在勵磁繞組、芯及軸的外部，勵磁繞組及極件安裝在轉子軸上。

#定子（組成：鐵芯和三相繞組）

每一繞組具有幾個分離的線圈，這些線圈安置在鐵支架中，這樣在相同時刻，繞組中每一線圈上的磁極相同。由于繞組之間是串聯的，所有繞組中感應出的電壓相加産生所需的輸出電壓。

轉子在定子支架中自由旋轉。轉子旋轉時，其極件上的爪臂的位置使得在N極與S極之間變化的磁場做穿過定子導體的運動。由于通過定子線圈的是變化的磁極，所以定子中每一相中的感應電壓為交流(AC)電壓。

發電機中定子采用三角形連接或星形(Y)連接。三角形的名字來自于定子中三相所形成的三角形。

問題又來了，發電機發出來的是交流電(AC)，而汽車電氣系統使用的是直流電（DC），怎麼轉換？

利用整流電路。

#發電機整流器（其中包含二極管）

整流電路中的一系列二極管，通常稱為二極管橋式電路，将AC轉換為DC電壓。二極管是一種隻允許電流沿一個方向流動的裝置，如果反向連接，二極管不能導通。

二極管橋式電路是二極管的組合。四個二極管連接到被稱作A-B的環行導線上，組成了橋式電路。當A-B環中感應中AC電壓時，電壓通過橋式電路被轉換為DC。由于所有的AC電壓都被轉換為DC電壓，這種二極管橋式電路被稱為全波整流電路。

#全波整流電路

關于電路部分，後續介紹。

來源：公衆号 汽車原野