5、汽车启动-发电系统详解

汽车启动-发电系统详解

1. 伦德尔交流发电机结构与原理

伦德尔交流发电机是汽车中常用的发电设备。其定子是一组静止的三相绕组，缠绕在钢芯上。为了产生更平滑的感应电压，实际中可能使用超过六个的线圈，且部分线圈会有重叠。汽车交流发电机通常由皮带驱动，转速为曲轴转速的 5 - 10 倍。

当转子随皮带旋转时，其爪极设计会在定子绕组附近产生南北极交替的磁场，从而在定子绕组中感应出一组可变频率的交流电流。定子绕组的几何位置确保了三相电压系统所需的适当相移。每对磁极经过定子上的一点时，就会产生一个交流电流周期，转速与频率的关系为：
[N = \frac{120 \times f}{P}]
其中，(f) 是产生电流的频率（Hz），(P) 是磁极数（2, 4, 6, …），(N) 是转子的转速（RPM）。例如，在特定设计中，(P = 12)（六个北极和六个南极爪极）。

2. 交流发电机的电子控制

2.1 一般要求

现代交流发电机的设计采用电子电压调节器，以应对发电机速度和负载的大幅波动。例如，冬季电池充电困难，电压会较高；夏季则较低。四象限单相 PWM 逆变器可双向使用，兼具启动和发电功能。它能从电池启动发动机，并在发动机运行时为电池充电。逆变器的额定电流是根据发动机启动时的最大电流确定的。使用高速发电机可以进一步提高性能，使电气效率提高 20%，运行噪音显著降低。新设计的发电机在怠速时可产生额定电流的 90% - 100%。

伦德尔交流发电机的问题在于低发动机转速下难以产生高输出功率。可变传动比是一种解决方案，但存在机械问题。目前的趋势是采用能够达到更高最大转速的交流发电机，从而在低发动机转速下实现更大的传