자동차용 발전기는 교류(AC)와 직류(DC) 시스템을 연결하는 흥미로운 에너지 변환 원리를 기반으로 작동합니다. 발전기는 기본적으로 전자기 유도를 통해 3상 교류를 생성하는데, 이는 기본적인 교류 발전 과정입니다. 그러나 차량의 전기 시스템은 제대로 작동하고 배터리를 충전하기 위해 직류가 필요합니다. 이러한 겉보기에 모순되는 현상은 교류와 직류 구성 요소가 조화롭게 작동하는 발전기의 정교한 내부 설계를 통해 해결됩니다.
교류 발전기는 고정자 권선에서 발생하는데, 회전자 전자석에 의해 생성된 회전 자기장이 3상 교류 전류를 유도합니다. 이러한 설계는 초기 자동차에 사용되었던 직류 발전기에 비해 상당한 이점을 제공합니다. 3상 교류 출력은 특히 저속 엔진에서 더 부드러운 전력 공급과 더 높은 효율을 제공합니다. 직류 발전기에 필수적인 정류자가 없으므로 마모 및 전기적 소음의 주요 원인이 제거되어 발전기의 신뢰성과 수명이 향상됩니다.
DC로의 변환은 정류기 브리지라고 불리는 다이오드 어셈블리를 통해 이루어집니다. 이 부품에는 AC 파형의 모든 부분을 사용 가능한 DC 전류로 변환하도록 배열된 6개의 다이오드가 있습니다. 다이오드는 단방향 전기 밸브 역할을 하여 전류가 원하는 방향으로만 흐르도록 합니다. 이러한 전파 정류 과정은 리플을 최소화한 비교적 부드러운 DC 출력을 생성하는데, 이는 민감한 전자 부품에 매우 중요합니다.
전압 레귤레이터는 DC 출력을 제어하여 시스템을 완성합니다. 최신 발전기는 시스템 전압을 정밀하게 모니터링하고 그에 따라 로터의 계자 전류를 조절하는 솔리드 스테이트 레귤레이터를 사용합니다. 이 폐루프 제어는 엔진 속도나 전기 부하에 관계없이 전압을 엄격한 허용 오차(일반적으로 13.5~14.4V) 내로 유지합니다. 일부 첨단 시스템은 차량의 컴퓨터와 통신하여 주행 조건에 따라 충전 전략을 최적화하기도 합니다.
이 하이브리드 AC/DC 설계는 자동차 애플리케이션에서 교류 발전기가 DC 발전기를 대체한 이유를 설명합니다. AC 발전기는 특히 공회전 속도에서 더 작은 패키지로 더 높은 출력을 제공하는 반면, 통합 정류 장치는 차량에 필요한 DC 전력을 제공합니다. 이 시스템의 효율성과 신뢰성은 1960년대 이후 자동차 충전 시스템의 보편적 표준으로 자리 잡았습니다.
