永磁发电机虽然有结构简单的优点,但不适合汽车上使用,这主要是因为永磁发电机的发电电压(发电量)不好控制。
所有发电机的发电量有一个简单的公式,就是E=CnΦ,也就是说,发电机发电的多少,也就是发电的电动势(E)的大小,仅取决于三个方面:第一项是C:电机常数,和发电机的结构有关,可以粗略的理解为发电机的个头,个头越大,发电越多,身大力不亏嘛。但这项参数一旦发电机造好就无法改变了。第二项是发电机转速n,当然,不转不发电,转的越快发电越多,这也好理解。最后一项是磁通Φ,也就是电机内磁力线的总条数,光转没有磁是空转,转的再快也白搭,一点电也发不出来。只有发电机个头大、转速高、磁性又强,发出的电就多多益善了。
永磁发电机由于磁通Φ是固定不变的,发电机个头和绕组匝数的电机常数C也变不了,发电量(实际是电动势)E只和一个因素有关,这就是转速n。
汽车发动机转速一般有4~6倍的变化,永磁发电机的发电电压也会有4~6倍的变化,发电电压低会造成蓄电池亏电固然不好,但发电电压高也会使蓄电池过充并烧毁用电设备更不好。为了在发动机不同的转速下,发电机都能发出恒定的(13.8V)电压,目前所有汽车发电机都采用了励磁发电机,通过控制励磁电流来控制不同转速下的发电电压:转速越低励磁电流越大,转速越高励磁电流越小,这样以来,发电机不管转速如何,只要在1000r/min(转/分)以上,都能发出正常电压来。既不会造成蓄电池亏电,又不会使蓄电池过充和烧毁用电设备,使蓄电池和用电设备都保持良好的工作状态。
汽车发电机的发电量控制是通过串联在励磁绕组的一个叫“发电机调节器”的装置来进行的,上世纪七十年代之前,汽车上使用的是转子发电的直流发电机,调节器也必须是三联的,一联调节发电电压,一联控制发电电流,使其不超过18A(发电电流过大了会烧毁发电机转子),还有一联叫逆流断电器,是发电机发电时才把发电机和蓄电池连接起来,发电机不发电时就把它俩给断开,防止蓄电池的电倒流回发电机。后来有了硅二极管作整流,就不用讨厌的转子发电了(还得用碳刷、铜头把电引下来,不管是电流大还是转速高,都会因火花增大而烧铜头,电流超过20A转子就会冒烟烧毁,转速很难超过5000转,功率被限制在200多瓦难以提高),改为用定子三相绕组发电,转子则产生磁场,向转子上通的是很小的(最大不超过3.5A)、不用换向的励磁电流,而且转子上有6对磁极(6个N极、6个S极,共12个磁极),这样转一圈就相当于两极发电机转六圈,所以低速充电性能很好,怠速所发的电就够开大灯加全车用电。加上是三相绕组也能多发电,这样发电量就很大,过去老解放直流发电机,重9.5Kg,发电量才220W(12.5V,18A),而桑塔纳发电机才重4.2Kg,发电量就达到惊人的1100W(13.6V,80A),当然发电量大和本身转速高也有关系,老解放发电机最高转速不过3600r/min,而桑塔纳发电机由于皮带轮直径小,转速可轻松过万。
所配用的发电机调节器也简单了,只要一联控制发电电压的就够了,限制电流的一联不用了,因为交流发电机发电多时转速必须高,这时交流电频率也高,绕组电抗大,限制了电流,所以有良好的自限流特征,逆流断电器的一联由于有硅二极管的单向导电也可以省去,这样就剩下一联了,最早是用触点进行调节,但寿命短容易烧;目前使用了专用集成块式,已经装入了发电机的内部。
汽车发电机使用励磁而不是永磁,主要是因为励磁具有更好的调节性能和可靠性。
首先,励磁发电机可以通过励磁线圈的调节来控制发电机的输出电压,使其更加稳定。而永磁发电机的输出电压受磁场强度影响较大,一旦温度、湿度等环境因素发生变化,输出电压就容易波动。
其次,励磁发电机具有更好的过载能力。由于励磁线圈可以通过调节励磁电流来改变磁场强度,因此励磁发电机可以承受更大的过载电流。而永磁发电机的磁场强度是固定的,过载能力相对较差。
此外,励磁发电机还具有更好的维护性能。励磁线圈可以通过拆卸进行维修和更换,而永磁体一旦损坏就需要更换整个发电机。
因此,综合来看,励磁发电机在调节性能、过载能力和维护性能方面都优于永磁发电机,所以汽车发电机大多采用励磁而不是永磁。
因为发动机的转速变化范围很大,可以通过调节励磁来调节输出电压。
永磁发电机会随着转速的提高输出电压和功率都会提高,有可能是0到几百伏,不好控制。励磁发电机可以通过调节磁场强度来调节电压和功率,发动机800转和6000转的输出功率和电压基本相同。
输出电压和功率不可控制。