汽车发电机的工作原理是什么？直流发电机的输出应当如何调节？

  汽车上虽然装有蓄电池，但蓄电池储存的电能有限，并且在它放电以后必须及时给予补充充电才行，因此，汽车上除装有蓄电池外，还必须装有发电机。汽车发电机，，是一个将发电机提供的机械能转换为电能的电磁装置。它在正常工作时，使蓄电池维持在完全充电的情况下，向点火系统及其它辅助设备供电。

  汽车发电机的工作原理是：当一导体线圈穿过磁场时，在线圈中便会感应（或产生）出电压。若将导体线圈的两头连接到一个敏感的电气测量仪器上，使线圈穿过磁场，就可对上述原理作出证明。实际上，用下述两种方法中的任何一种都可以产生电压：使一个导体线圈穿过一个固定不变的磁场；线圈保持不动，而移动磁场。直流（DC）发电机是根据第一个方法工作的。

  当电枢线圈在固定磁场中旋转时，直流发电机在电枢线圈中产生电压；交流（AC)发电机则是根据第二个方法工作的，磁场（转子）在固定的线圈（定子）中旋转，从而在定子线圈中产生电压.总之，任何一个时间里，当穿过线圈的磁力线变化时，就会在线圈中感应出电压。当线圈处在垂直位置时，没有磁力线被切割，这时线圈中不会感应出电压。

  当线圈继续旋转时，线圈切割的磁力线持续不断的增加，感应的电压也持续不断的增加，当转到B位置时，电压达到最大值。过了位置B后，由于线圈切割磁力线又慢慢地减少，电压就开始下降，当达到位置C时，电压降为零。线圈再继续旋转，到D点位置时，电压又达到最大值，但此时切割磁力线的方向与B位置相反，因而产生的电流流动方向与B位置时方向相反。因为线圈转动时，电流不断地改变方向，因而称为交流电。

  感应电压的大小与磁场强度（磁力线数目）、切割磁力线导体的长度与速度成正比。现代发电机的磁场不是由永久磁铁产生，而是由电磁铁产生的。汽车上使用的是直流电，只有直流电才能给蓄电池充电，或供应汽车上电气设备的需要。直流发电机是利用机械开关（电刷和整流子）将交流电转换为直流电；而交流发电机是利用硅二极管的单向导电性（整流作用）将交流电转换为直流电的。

  直流发电机的工作原理如上所述，当线圈在磁场中旋转时，便会产生出交变电压。如果把线圈的两个端子接到整流子（或称换向器）上，就可把交流电变成直流电。最简单的整流子是两个相互绝缘的半圆环。K1、K2为整流子，与线为电刷，固定不动。

  这样，当线圈转到左边位置时，其线圈中的感应电压最大，电流从上面电刷流出，经外面电路从下面电刷流入；当线圈转到中图位置时，其电压为零，此时电刷与整流子的绝缘部分接触；当线圈转到右边位置时，虽然线圈中电流方向已经改变，但此时整流子K2与F1接触，K1与F2接触，结果电流仍从上面电刷（F1）流出，经外面电路从下面电刷（F2）流入。

  结果F1总是正极，F2总是负极，外电路中电流的方向总是保持不变。线圈内产生的交流电，经过整流子和电刷的作用而以直流输出。其流动方向虽然一定，但其电压值仍然忽高忽低，电压很不稳定，这种电压叫做脉动电压。如欲得到方向和量值均为恒定的电压，则应把线圈匝数增加，同时整流子片数亦相应增加，从而使线圈感应电压的脉动大幅度降低。实际上，发电机线圈匝数和整流子片数都是相当多的，所以发电机发出的电压脉动很小，可看作恒定不变的直流电压。

  直流发电机的构造普通直流发电机包括外壳、磁极、励磁线圈、电刷、电枢、端盖、皮带轮等部件。发电机外壳由软钢车成圆筒状，内装磁极，磁极由硅钢片制成，用粗螺钉固定在外壳上。磁极上都套有励磁绕组。当励磁电流通入绕组时，产生磁场。电枢包括一根轴，一个由许多硅钢片迭压而成的铁心，以及电枢线圈、整流子等。电枢铁心上有许多直槽或斜槽，槽内放置电枢线圈，电枢线圈与铁心绝缘。

  整流子由铜片结合而成，中间用云母互相隔开，整流子与轴绝缘，再压合于轴上。电枢上线圈的两端线头焊到整流子片上。碳刷由弹簧力量与整流子接触，碳刷宽度能同时接触两片整流子。直流发电机还有两个端盖，电枢就装在两端盖的轴承上。整流子端盖包括碳刷座、轴承、黄油杯。传动端盖有轴承，两端盖利用长螺栓贯穿连接。有的发电机电枢的两个轴承都是滚珠轴承。

  有的发电机，只在传动端使用滚珠轴承，另一端用简单的轴衬，由黄油润滑。有的发电机用无油式轴衬及滚珠轴承，不须润滑。端盖上常有通风孔，使发电机的小风扇鼓动空气吹入，驱散发电机内部热量，以免过热。电枢反应电枢反应对于设计和修理发电机是很重要的，它是电枢线圈产生的磁场和磁极励磁线圈产生的磁场合并的结果。

  如果直流发电机电枢线圈中没有电流，只有磁极的磁力线存在。磁极磁通的物理中性线与几何中性线是一致的。所谓物理中性线，就是电枢线圈平面与此线重合时未感应电压的位置。当直流发电机电枢线圈有电流通过时，它也要产生磁场。如果不考虑磁极磁场，仅仅考虑电枢线圈磁场时的磁力线分布情况，那末，磁极和电枢线圈的磁场便同时存在。

  由于同方向磁力线相加，反方向磁力线相消，其结果使磁力线扭曲，几何中性线和物理中性线不重合，这种作用称为电枢反应。磁极的磁力线能够说是稳定的，没什么变化。可是电枢线圈的磁力线，随着负载电流的大小、转速的快慢而变化。负载电流愈大，或转速愈快，使磁力线愈扭曲，物理中性线与几何中性线位置偏转角愈大，因此碳刷的理想位置必须随着转速和负载而改变。

  然而在制造电机时，是按一定转速和电流为设计标准来确定中性位置，而将碳刷固定在该位置上。因此，当发电机的实际转速和负载电流与设计标准相同时，整流子与碳刷之间无电弧产生。如果在其它负载与转速下运行，则碳刷与物理中性线位置不重合，换向时线图电压不为零，则碳刷与整流子之间产生电弧，容易将整流子表面烧坏。并激发电机电路汽车直流发电机，其磁场绕组与电枢线图并联，称为并激直流发电机。

  当发电机停转时，磁极磁场亦消失，但极靴上仍有小量磁存在，这些磁称为剩磁。当发电机转动时，利用这些剩磁，电枢线圈就可产生电流，从而建立起强大的磁场。根据磁场绕组搭铁位置的不同，分为“A”电路发电机，和“B”电路发电机。“A”电路发电机的磁场绕组在发电机外面搭铁，故称外搭铁发电机；“B”电路发电机的磁场线圈在发电机内部搭铁，故称为内搭铁发电机。

  直流发电机输出的调节直流发电机的电压与电枢的转速和磁极磁力线数目成正比。在汽车上发电机是由发动机按固定的传动比驱动的，汽车在行驶中，发动机的速度是经常改变的，因而发电机的电压也随着转速的变化而变化，这是与用电设备和蓄电池充电要求电压恒定相矛盾的。因此发电机一定要有调节器，以便当发电机转速升高时，自动调节电压，使输出电压保持在一些范围内。

  由于直流发电机的电压与电枢转速和磁极磁力线数目成正比，因此在电枢转速升高时，减小磁力线数目就可使电压保持一定。而磁力线的多少取决于激磁电流，所以在转速变化时，只要能自动调节励磁电流，就能使电压保持一定。调节器是利用这种方法，自动地将附加电阻从励磁电路中投入或切除来改变励磁电流，从而自动调节输出电压在预定值上的。

  调节器主要由包括弹簧负荷的触点和电阻组成。触点由电磁线圈控制闭合或断开。依据使用的发电机的不同，调节器也分为外搭铁和内搭铁两大类。凡是必须和外搭铁发电机配合使用的调节器，叫做外搭铁调节器；必须和内搭铁发电机配合使用的调节器，叫做内搭铁调节器。

  在“A”电路中，励磁绕组通过调节器而搭铁，故称为外搭铁发电机；在“B”电路中，励磁绕组在发电机里面搭铁，故称为内搭铁发电机。目前国产发电机和大多数日本车辆使用的发电机多半是内搭铁发电机。