汽车发电机中的磁场是如何产生的？如果没有磁场还能放电吗？

今天看到群里面有人在讨论，说汽车的发电机皮带断了，这种情况启动发动机，发电机中还有励磁吗？很多人都说在发电机不转的情况下是不励磁的，其实这种说法是错误的，车用发电机没有皮带的情况下着车，电机是有磁性的。他们之所以说没有，是没有弄明白汽车发电机的励磁原理。下面我来简单说说汽车发电机的励磁原理。

汽车上所用的发电机学名为“三相同步交流发电机”，它的主要结构是由转子、定子、电刷与滑环机构、三相桥式整流器、轴承、风扇和前后端盖等组成，其中转子用来产生磁场，定子线圈切割转子的磁力线产生电流，输出三相交流电，然后由硅二极管整流器将三相交流电转变成直流脉动电压，提供给汽车上各用电器使用，多余的电能储存在蓄电池中。这就是发电机的简单工作原理。

那么转子中的磁场是如何产生的呢？首先我们来看看转子的结构。发电机转子是由两块爪极、励磁绕组、转子轴和滑环等组成。两块爪极各具有相等数量的鸟嘴形磁极（一般是六对），它们压装在转子轴上。在两对爪极之间的空腔内装有导磁用的铁芯，称为磁轭，在磁轭上面绕有励磁绕组。励磁绕组的两端分别焊接在彼此绝缘的两个滑环上，滑环与安装在后端盖上的碳刷相接。

当碳刷与直流电源接通时，便会有电流通过励磁绕组（这个电流称为发电机励磁电流），根据物理定律“通电的导体周围会产生磁场”，在励磁绕组周围就会产生磁场，磁场的方向可以根据安培定则来判断，磁轭的作用是增强磁场强度，这样就使得两块爪极中的一块磁化为N极，另一块磁化为S极，从而形成了六对互相交错的N、S磁极，转子中的磁场就是这样产生的。由于电瓶的正负极是固定的，励磁绕组中电流的方向也是固定不变的，所以转子中的磁场方向和爪极的N、S极也是固定的。磁场的强度与励磁电流的大小有关，一般励磁电流越大，磁场强度越高。

所以，只要汽车的点火开关打开，蓄电池的电压就会通过发电机调节器加载在电刷上，然后通过滑环使直流电通过励磁绕组，从而产生磁场。即使是发电机皮带断裂、发动机无法带动发电机运转，此时的发电机内部转子上也是有磁场的。此时的发电机的励磁电流完全是由电瓶提供的，磁场大小是固定的，磁场强度与电瓶的电压有关，电压越高、电瓶电量越足，磁场强度越大。这种完全由蓄电池提供励磁电流的方法称为“他励”，在发电机低速运转时由蓄电池来提供初始励磁电流。

如果发电机皮带没有断裂，在发动机曲轴的带动下正常运转，那么发电机转子高速运转，产生一个旋转的磁场，定子线圈切割磁力线产生电流，即发电机正常发电。当发电机输出电压高于蓄电池电压时，就自动的切换为由发电机向磁场绕组供电。这种由发电机自己发电、给自己提供励磁电流的方法称为“自励”。一般发电机只有在启动阶段需要蓄电池提供励磁电流，等发动机启动后，即使在怠速状态下，发电机也可以实现自励。

如果发电机不用他励，完全用自励行不行呢？答案是不行的。因为发电机发电需要线圈切割磁力线，如果没有他励，转子没有励磁电流，就不会产生磁场，此时即使发动机高速运转，定子线圈也不会切割磁力线，发电机就不会发电，励磁绕组中始终没有电流通过，也就一直没有磁场，发电机始终不发电，处于空转状态。只有在启动初期，发电机转速较低的情况下，由蓄电池提供励磁电流，才可以让发电机迅速发电，然后快速达到自励状态，进入良性循环。事实上，很多发电机不发电的原因都是因为没有励磁电流造成的，而发电机的定子和转子线圈极少发生故障。

有人提出了一个疑问：在摩托车上没有蓄电池，但是发动机启动后发电机也可以发电，各种电器设备也可以正常使用，它的初始励磁电流是如何获得的呢？这是因为，摩托车发电机与汽车发电机是不同的，摩托车发电机是永磁电机，它的转子就是一块永磁铁，只要发电机转动，定子线圈就会切割磁力线发电。事实上汽车发电机的定子也会有微弱的剩磁，只是这个磁场强度不足以让发电机发出足以克服二极管导通的“死区电压（约0.6V）”，所以汽车发电机没有他励是无法正常工作的。

汽车发电机的励磁电流都是通过电压调节器提供的，因此控制电压调节器的通断就可以控制励磁电流，进而控制发电机的输出电压。由于发电机的转速越高，发出的电压越高，如果发电机输出电压过高，会烧毁汽车的电气系统及一些精密的电子元件。因此必须对发电机的输出电压做一定的限制，一般保持在13.8－14.4伏之间。当电压超过规定值时，电压调节器就会切断励磁电流，发电机停止发电；当电压低于规定值时，电压调节器重新接通励磁电流，发电机恢复发电。早期的电压调节器是机械触点式的，后来随着电子技术的发展，逐渐的发明了晶体管调节器、集成电路电压调节器。其中的集成电路电压调节器具有体积小、功能强、可靠性高、结构简单、成本低等特点，目前已广泛应用于国内外的汽车上。它一般都是安装于发电机内，成为整体式交流发电机。

因此说，车用发电机在没有皮带的情况下着车，电机也是有磁性的。即使是只打开点火开关，发电机转子中也会通过励磁电流，电机也有磁性，同时会消耗一定的蓄电池电量。这样就会带来一个问题：如果驾驶员在停车后忘记了关闭点火开关，蓄电池就会通过电压调节器向发电机励磁绕组长时间放电，进而导致蓄电池电量消耗、发动机下一次启动困难等。针对这种情况，有些车型上使用了九管交流发电机，即在发电机上增加了三个小功率硅二极管，专供励磁电流，所以也叫励磁二极管。这样可以在停车后使充电指示灯点亮，警告驾驶员即使关闭点火开关。

手摇交流发电机模型——发光二极管

用小灯泡观察交流电，用发光二极管观察交流电。

这是手摇交流发电机模型，转子线圈在磁场中转动会产生交流电。把它作为电源连接小灯泡，可以观察到线圈转动时灯泡发光，缓慢转动手柄，线圈的转动速度较慢。观测到灯泡一闪一闪的发光，这说明线圈中产生的是大小做周期性变化的电流。

但仅凭此实验还不能说明是交流电，转动手柄的速度逐渐加快，观察到灯泡的亮度加大，闪动频率加快，再快速转动手柄，观察到灯泡亮度已无明。

这是旋转磁场式交发电机模型，转子是永磁铁，转动过程中电子线圈会产生电流，与线圈相连的是两个发光二极管，它们并联在电路中，但正负极的方向相反，二极管的特性是单向导电，发光二极管则只是电流沿某一方向流动时才发光，向相反方向流动时不发光。

使磁铁转动，看到两个发光二极管交替发光，这说明发电机模型发出的是方向做周期性变化的电流，这就是交流电。

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