发电机的工作原理是什么(发电机的工作原理详解)

发电机是电磁感应原理在汽车电气系统中的应用，以向汽车电气设备提供适当电力输出，并且可在所有行驶条件下调节电压。

那么什么是电磁感应原理？当磁场穿过导体运动时会产生电压。

一个简单的示例：一个条形磁铁，其磁场在导体线圈中转动。旋转的磁铁称为转子，固定的导体称为定子。那么定子中就会产生感应电压。

如上图，条形磁铁（转子）旋转的前半圈，磁极改变了位置：N极在上部导体的正下方运动，S极在下部导体的正上方运动。感应电压则导致电流以反向流动。导体的末端标有：A为负(-)极，B为正(+)极。

当转子完成了旋转的后半圈，N极和S极又变回它们的初始位置：A成为正(+)极，B成为负(-)极。

因此，电流开始以一个方向流动，然后变为另一个方向，产生了交流电，这种交变的电流产生于发电机内部。它是“交流发电机”一词的来源，这个词有时应用于使用这种原理的发电机。但是SAE认可的词汇为发电机。

有了交流电，怎样提高电压？

一般过三种方式提高发电机的电压：

增加定子中线圈匝数

增加转子转速

增加转子磁场强度

前两者是从设计角度考虑，第三种是应用于汽车时控制发电机电压的方法。

第一种方法是增加定子绕组数目，磁力线切割绕组的数目越多，绕组中感应出的电流越大。

第二种方法是增加转子转动速度。这样导致切割磁力线更为频繁。因此，这导致了定子组中的电压有所增加。汽车发动机转速增加时，转子转速也随之增高。与发动机曲轴相连的皮带驱动发电机定子绕组中的转子。

与前两种方法相反，控制定子磁场强度是控制发电机电压输出的最实际的手段。这是由于磁场强度会影响感应电压的原因。磁场越强，感应电压越高。磁场越弱，感应电压越低。第三种方法通过以电磁铁取代转子条形磁铁而得以实现。

对于电磁铁，流经线圈导线中的电流大小、磁力线或转子的绕组，决定着转子的磁场强度。零电流产生零电压，中等电流产生中等电压，最大电流产生最大电压输出，或获得最大磁场强度。

在任何时刻，最大磁场强度都可以产生高于电气系统所需的感应电压。调节电压的调压器通过接通或断开磁场电流，将电压限制在规定的数值内。在发电机中调压器是内置式的。这样就使发电机这一单一的部件既可以产生电能又可以进行调节，因此发电机被看作为一个充电系统。

发电机在低速时，可以提供足够的电压，例如在发动机怠速时。但是，当汽车发动机高转速运行时，发电机的最大输出要受到限制。与发电机一体的调压器，其作用就是限制电压输出。

限制电压对于许多车辆电子部件十分重要，这是因为无限制的电压输出会损坏或缩短蓄电池、灯泡、外部线束、电子模块及其它电子或电气部件的寿命。

调压器以每秒四百次的固定频率切换磁场电压。通过改变开关磁场电流的时间，电压得以控制。因此，在低速时，磁场可能90%的时间接通，10%的时间关闭。这形成相对较高的平均磁场电流，平均电流与发电机转速结合，可以得到所需电压。

随着发电机转速升高，产生所需电压的磁场电流减小。这可以通过改变工作循环以减小平均磁场电流。例如：发动机转速高时，调压器可能10%的时间接通，90%的时间关闭。当运行条件变化时，工作循环也将改变以提供系统电压的所需要的准确磁场电流。

再具体来看下转子和定子：

#转子（组成：两个带有交错爪臂的极件、转子绕组芯、转子轴与芯、两个铜滑环、电刷）

用作N极和S极的带有交错爪臂的两个铁件，爪臂安装在励磁绕组、芯及轴的外部，励磁绕组及极件安装在转子轴上。

每一绕组具有几个分离的线圈，这些线圈安置在铁支架中，这样在相同时刻，绕组中每一线圈上的磁极相同。由于绕组之间是串联的，所有绕组中感应出的电压相加产生所需的输出电压。

转子在定子支架中自由旋转。转子旋转时，其极件上的爪臂的位置使得在N极与S极之间变化的磁场做穿过定子导体的运动。由于通过定子线圈的是变化的磁极，所以定子中每一相中的感应电压为交流(AC)电压。

发电机中定子采用三角形连接或星形(Y)连接。三角形的名字来自于定子中三相所形成的三角形。

问题又来了，发电机发出来的是交流电(AC)，而汽车电气系统使用的是直流电（DC），怎么转换？

利用整流电路。

整流电路中的一系列二极管，通常称为二极管桥式电路，将AC转换为DC电压。二极管是一种只允许电流沿一个方向流动的装置，如果反向连接，二极管不能导通。

二极管桥式电路是二极管的组合。四个二极管连接到被称作A-B的环行导线上，组成了桥式电路。当A-B环中感应中AC电压时，电压通过桥式电路被转换为DC。由于所有的AC电压都被转换为DC电压，这种二极管桥式电路被称为全波整流电路。