更新

我不设计汽车交流发电机，所以我不能确切地说出工程决策的内容。但是，这里有一些合理的推测。

交流发电机的效率在汽车中根本不是什么大问题。发动机为移动汽车而必须输出的动力使交流发电机所需的动力相形见绌。如果总电机功率的这一小部分减少 1/3，则不会有太大的不同。因此，可以牺牲效率来获得其他更重要的参数。其中一些可能包括在恶劣环境中的高可靠性，在很宽的温度范围内运行，并且在被含有污垢和道路盐分和其他污垢的水溅到时继续运行。产量非常高，因此降低成本也必须是一个主要愿望。

首先，看看与汽车交流发电机相比，相同功率效率为 90% 的发电机的成本。我预计会多出好几倍。然后尝试在汽车引擎盖下等恶劣环境中运行高效发电机，看看它可以存活多久。汽车交流发电机通常可以使用 10 到 15 年。成本高出数倍的高端高效发电机在恶劣条件下可能不会持续一个月。

这一切都是关于什么是真正重要的，并在设计中做出适当的工程权衡。

电压：在 14v 时很难高效。

• 二极管损耗：汽车交流发电机工作在 14v 左右，每个二极管通过 0.6v，你有 1.2v 损耗：只有这个损耗几乎 10%。

• 绕组：由于绕组尺寸的高电流，您会因绕组中的电阻损耗而损失大量功率（您可以在给定电流下使用绕组规格计算此损耗）

• 连接：在这种电流和电压下，很容易降低几个百分比的效率：65A 的 0.1 欧姆连接将是 6.5v，损失几乎 50% 的功率！

• 铁损：在更高的速度下，铁损可能越来越重要（试图解释图表的大猜测）

我认为我们可以通过在更高电压下运行相同的交流发电机来获得更好的效率。

汽车交流发电机效率低下，因为它们使用了 50 年的无源过载保护设计。您可以在最大励磁电流的情况下对发电机施加无限负载，只要电压不低于 12 伏，它就不会因过热而损坏，至少不会立即损坏。绕组中有大量的杂散电感。在空闲时，它可能会输出 16 伏交流电，但在内部（如果在无负载情况下测量）它将输出 28 伏。在 16 AC 伏特产生 100 安培负载的高 RPM 时，如果您要在无负载的情况下测量交流发电机，内部交流发电机可能会输出超过 100 伏特。随着 RPM 增加，杂散电感在降低输出电流方面变得更加有效。

如果您可以在发动机怠速时从交流发电机中获得 24 伏电压，那么您可以在发动机高速运转时轻松获得 150 伏电压。显然，如果它产生 150 伏电压，但由于感抗而只能从中获得 14 伏电压，那么就会出现大量的低效率。

定子的损耗也很大。如果您将全场电压施加到交流发电机上，如果您尝试在没有任何负载的情况下用手转动它，您甚至可以感觉到阻力。这都是由于磁场丢失到状态机。电流被感应到定子并产生热量。交流发电机以数千转的速度转动产生的大量气流使这种热量得到控制。有些人安装了一个交流发电机禁用开关，该开关在全油门时激活，以免浪费额外的马力。

然后整流器将在较高负载下下降约 2 伏。16 伏特降至 14 伏特除了其他一切外，还有 12.5% 的损失。

如果您可以通过让它输出更高的电压来从以高转速转动的交流发电机中获得更多的电力。这样做也会使其效率更高。整流二极管虽然是 TVS 二极管，但它们会将输出保持在 40 伏以下，如果需要，它们会在此过程中自毁。如果没有 TVS 二极管，如果交流发电机在高转速和满负载下运行，并且负载突然断开，则在调节器重新调整之前输出可能会飙升至 100 伏以上。因此，您必须用普通的 3 相整流器更换整流器，并提供一种处理浪涌的方法。然后手动控制励磁电流。让输出从 14 伏到 28 伏，交流发电机在内部产生 150 伏，这将使输出功率和效率几乎翻倍。

他们可以制造更高效的定子，而不是被动过载保护，并且只需对输出进行电流检测，以使调节器回退以保护其免受过载影响。

我相信低效率的很大一部分可以归因于这样一个事实，即各个线圈在其电压超过电池电压 + 2 个二极管压降之前不会为电池充电。如果峰值线圈电压为 16V，而电池电压为 12.6V，则直到线圈的交流波形超过约 14.6V（12.6V + 1V + 1V）时，才会有电流从线圈流出。所以每个绕组根本不产生电流，直到其电压高于 14.6。虽然确实有 3 个相位，这大大降低了电池纹波电流，但这并没有改变每个单独线圈在每个周期的大部分时间里根本不产生任何电流的事实。如此低的线圈利用率必然会对整体效率产生负面影响。

除非交流发电机是恒流源而不是恒压源...