6.1.4.1 电动原理

电磁感应是电能产生的基础，原理如下：

当导体切割磁场磁力线时，导体中感应出电压。当磁场保持不变，而导体旋转，就会产生这种非物质的能量，反之亦然。线圈在永磁体N、S极之间旋转，它的两端通过整流环和碳刷与电压表相连。电压表的示数变化反映了线圈在磁极之间感应电流的变化。如果线圈按一定规则旋转，那么就可以产生正弦交流电，如图6-3所示。左边线圈此时旋转的位置对应于右图中位置3。

图6-3 电动原理图（一个周期）

永磁体可以产生磁场，而且由于其价廉、使用简单等优点，常用于制作小型发电机。另外，直流电流过磁场就可以产生相当高的电压输出，而且可控，这正是其用于产生磁场的原因。电流流过导线或绕组时，将在其周围产生磁场，从而产生电动势。绕组的匝数以及流过绕组的电流大小决定了其产生的磁场强度。在绕组中增加一个铁心可以增大励磁磁场强度，因为在旋转的过程当中，它能增大电枢线圈中的交流电压。实际应用的发电机中，为了增加磁感应效应，都是采用绕组而不用单个的线圈。而且通常采用增大或减小励磁电流来增减磁场强度。一旦励磁电流消失，那么绕组的磁场也将消失，当然，也会有一点剩磁。如果是外部电源（如电池）来提供励磁电流，则称之为“他激”。如果由设备自身电路提供励磁电流，那么称之为“自激”。电机当中，将整个旋转系统称为转子，包括绕组和铁心。

6.1.4.2 交流发电机工作原理

三相交流也是由转子在磁场中旋转产生的，过程如前面讲述的单相交流电没有区别。三相交流电的优点之一是它大大提高了发电机效率。现代所设计的三相交流发电机电枢包括三个相同的绕组，每一个绕组之间相差120°，三个绕组的起点通常用u、v、w来表示，终点通常用x、y、z来表示。根据感应定律，转子在磁场中旋转时，每个绕组都将产生正弦电压，且同频同相，仅仅是各自在相位上相差120°。因此随着转子旋转，交流发电机循环产生固定的交流电。三相绕组在磁场中一个周期输出电压波形如图6-4所示。

图6-4 三相绕组在磁场中一个周期输出电压波形

通常，在没连绕组的情况下，交流发电机需要6根线输出电能，然而，如果在内部连接的话，那么就只需要3根线，各相之间的连接可以是型连接或者是△型连接。如果是型连接，由于没有中性点，那么三相电流之和任何时刻均为0。

对于汽车交流发电机来说，无论是接还是△接，三相绕组都在定子上，因此汽车中的绕组通常是指定子绕组。磁体和励磁绕组都安装在转子上，因此一旦有电流流过励磁绕组，转子立刻产生磁场。在转子转动的过程当中，磁场在定子绕组上感应出三相交流电压，以便发电机加载之后提供三相电流。(www.daowen.com)

6.1.4.3 交流电压整流

交流发电机产生的三相交流电既无法存储到汽车蓄电池中，也不能给车上的电子器件或者是ECU供电，因此，首要任务就是将交流整流。为了保证整流质量，最重要的先决条件之一就是要有高性能的电力二极管，考虑到汽车使用的环境温度变化很大，因此要求二极管的工作温度范围很宽。整流二极管都有正反向之分，通常以一个箭头表示正向。举例而言，二极管等同于止回阀，只允许气体或液体往一个方向流动，是单向的。由此，大家知道整流二极管只允许正弦波形的正半周通过，而负半周无法通过，产生脉动的直流。通常采用全波整流以提高效率。

二极管在交流整流电路中的工作原理如图6-5所示，其中图6-8a为半波整流，图6-8b为全波整流。三相交流整流桥需要用到6只电力二极管，如图6-6所示。每一相有两个二极管，一个采用共阴极接法，连到B-，另一个采用共阳极接法，连到B+。正半波通过通过共阴极二极管整流，负半波通过共阳极二极管整流。

图6-5 整流原理图及波形图

a—半波整流 b—全波整流 UG—整流前交流 U—整流后直流 1—蓄电池 2—励磁绕组（G） 3—定子绕组 4—整流二极管

全波整流采用桥式电路，整流之后的电压主要由正负半波的包络构成，不过有纹波。这就意味着给整个车载系统供电的直流电并不是理想的很平稳的，而是脉动的。不过这个纹波经过汽车电气系统的蓄电池以及电容之后就被吸收掉了，蓄电池是和发电机并联的。为了提高高速时输出功率，可以加辅助二极管，采用接方式，充分利用交流电压的所有谐波分量。

一旦发生发动机停止运转，或者是低转速自激的情况（如起车过程），如果没有二极管，那么蓄电池电流将流过定子绕组。考虑到这种情况，整流二极管不仅可以起到整流的作用，而且其单极性还可以防止蓄电池通过三相定子绕组放电。从而保证了在整个汽车系统中，电流只能是从发电机流向蓄电池。共阴和共阳两组二极管都是一样的，只是用在不同的地方。

图6-6 三相全波整流

a—三相交流电压 b—交流电压正负半周包络 c—整流后的电压波形 1—蓄电池 2—励磁绕组 3—定子绕组 4—共阴极二极管 5—共阳极二极管