發電機在皮帶斷裂情況下還有勵磁嗎——說說汽車發電機的勵磁原理

今天看到群裡面有人在討論，說汽車的發電機皮帶斷了，這種情況啟動發動機，發電機中還有勵磁嗎？很多人都說在發電機不轉的情況下是不勵磁的，其實這種說法是錯誤的，車用發電機沒有皮帶的情況下著車，電機是有磁性的。他們之所以說沒有，是沒有弄明白汽車發電機的勵磁原理。下面我來簡單說說汽車發電機的勵磁原理。

汽車上所用的發電機學名為「三相同步交流發電機」，它的主要結構是由轉子、定子、電刷與滑環機構、三相橋式整流器、軸承、風扇和前後端蓋等組成，其中轉子用來產生磁場，定子線圈切割轉子的磁力線產生電流，輸出三相交流電，然後由矽二極體整流器將三相交流電轉變成直流脈動電壓，提供給汽車上各用電器使用，多餘的電能儲存在蓄電池中。這就是發電機的簡單工作原理。

那麼轉子中的磁場是如何產生的呢？首先我們來看看轉子的結構。發電機轉子是由兩塊爪極、勵磁繞組、轉子軸和滑環等組成。兩塊爪極各具有相等數量的鳥嘴形磁極（一般是六對），它們壓裝在轉子軸上。在兩對爪極之間的空腔內裝有導磁用的鐵芯，稱為磁軛，在磁軛上面饒有勵磁繞組。勵磁繞組的兩端分別焊接在彼此絕緣的兩個滑環上，滑環與安裝在後端蓋上的碳刷相接。

當碳刷與直流電源接通時，便會有電流通過勵磁繞組（這個電流稱為發電機勵磁電流），根據物理定律「通電的導體周圍會產生磁場」，在勵磁繞組周圍就會產生磁場，磁場的方向可以根據安培定則來判斷，磁軛的作用是增強磁場強度，這樣就使得兩塊爪極中的一塊磁化為N極，另一塊磁化為S極，從而形成了六對互相交錯的N、S磁極，轉子中的磁場就是這樣產生的。由於電瓶的正負極是固定的，勵磁繞組中電流的方向也是固定不變的，所以轉子中的磁場方向和爪極的N、S極也是固定的。磁場的強度與勵磁電流的大小有關，一般勵磁電流越大，磁場強度越高。

所以，只要汽車的點火開關打開，蓄電池的電壓就會通過發電機調節器加載在電刷上，然後通過滑環使直流電通過勵磁繞組，從而產生磁場。即使是發電機皮帶斷裂、發動機無法帶動發電機運轉，此時的發電機內部轉子上也是有磁場的。此時的發電機的勵磁電流完全是由電瓶提供的，磁場大小是固定的，磁場強度與電瓶的電壓有關，電壓越高、電瓶電量越足，磁場強度越大。這種完全由蓄電池提供勵磁電流的方法稱為「他勵」，在發電機低速運轉時由蓄電池來提供初始勵磁電流。

如果發電機皮帶沒有斷裂，在發動機曲軸的帶動下正常運轉，那麼發電機轉子高速運轉，產生一個旋轉的磁場，定子線圈切割磁力線產生電流，即發電機正常發電。當發電機輸出電壓高於蓄電池電壓時，就自動的切換為由發電機向磁場繞組供電。這種由發電機自己發電、給自己提供勵磁電流的方法稱為「自勵」。一般發電機只有在啟動階段需要蓄電池提供勵磁電流，等發動機啟動後，即使在怠速狀態下，發電機也可以實現自勵。

如果發電機不用他勵，完全用自勵行不行呢？答案是不行的。因為發電機發電需要線圈切割磁力線，如果沒有他勵，轉子沒有勵磁電流，就不會產生磁場，此時即使發動機高速運轉，定子線圈也不會切割磁力線，發電機就不會發電，勵磁繞組中始終沒有電流通過，也就一直沒有磁場，發電機始終不發電，處於空轉狀態。只有在啟動初期，發電機轉速較低的情況下，由蓄電池提供勵磁電流，才可以讓發電機迅速發電，然後快速達到自勵狀態，進入良性循環。事實上，很多發電機不發電的原因都是因為沒有勵磁電流造成的，而發電機的定子和轉子線圈極少發生故障。

有人提出了一個疑問：在摩託車上沒有蓄電池，但是發動機啟動後發電機也可以發電，各種電器設備也可以正常使用，它的初始勵磁電流是如何獲得的呢？這是因為，摩託車發電機與汽車發電機是不同的，摩託車發電機是永磁電機，它的轉子就是一塊永磁鐵，只要發電機轉動，定子線圈就會切割磁力線發電。事實上汽車發電機的定子也會有微弱的剩磁，只是這個磁場強度不足以讓發電機發出足以克服二極體導通的「死區電壓（約0.6V）」，所以汽車發電機沒有他勵是無法正常工作的。

汽車發電機的勵磁電流都是通過電壓調節器提供的，因此控制電壓調節器的通斷就可以控制勵磁電流，進而控制發電機的輸出電壓。由於發電機的轉速越高，發出的電壓越高，如果發電機輸出電壓過高，會燒毀汽車的電氣系統及一些精密的電子元件。因此必須對發電機的輸出電壓做一定的限制，一般保持在13.8－14.4伏之間。當電壓超過規定值時，電壓調節器就會切斷勵磁電流，發電機停止發電；當電壓低於規定值時，電壓調節器重新接通勵磁電流，發電機恢復發電。早期的電壓調節器是機械觸點式的，後來隨著電子技術的發展，逐漸的發明了電晶體調節器、集成電路電壓調節器。其中的集成電路電壓調節器具有體積小、功能強、可靠性高、結構簡單、成本低等特點，目前已廣泛應用於國內外的汽車上。它一般都是安裝於發電機內，成為整體式交流發電機。

因此說，車用發電機在沒有皮帶的情況下著車，電機也是有磁性的。即使是只打開點火開關，發電機轉子中也會通過勵磁電流，電機也有磁性，同時會消耗一定的蓄電池電量。這樣就會帶來一個問題：如果駕駛員在停車後忘記了關閉點火開關，蓄電池就會通過電壓調節器向發電機勵磁繞組長時間放電，進而導致蓄電池電量消耗、發動機下一次啟動困難等。針對這種情況，有些車型上使用了九管交流發電機，即在發電機上增加了三個小功率矽二極體，專供勵磁電流，所以也叫勵磁二極體。這樣可以在停車後使充電指示燈點亮，警告駕駛員即使關閉點火開關。