Agregat prądotwórczy, niezbędny w wyposażeniu każdego pojazdu, można porównać do roli elektrowni w dostarczaniu energii na potrzeby gospodarki narodowej.
Jest on głównym (gdy silnik pracuje) źródłem energii elektrycznej w samochodzie i jest zaprojektowany poprzez przewody elektryczne, oplatające cały samochód od wewnątrz, w celu utrzymania ustalonego i ustabilizowanego napięcia sieci elektrycznej samochodu. Zasada działania generatora samochodowego opiera się na teoretycznej reprezentacji klasycznego generatora elektrycznego, przekształcającego energię nieelektryczną w energię elektryczną.
W konkretnym przypadku generatora samochodowego wytwarzanie energii elektrycznej odbywa się poprzez przekształcenie mechanicznego ruchu obrotowego wału korbowego jednostki silnikowej.
Ogólna zasada działania
Teoretyczne założenia leżące u podstaw schematu działania generatorów elektrycznych opierają się na dobrze znanym przypadku indukcji elektromagnetycznej, która przekształca jeden rodzaj energii (mechaniczną) w inny (elektryczną). Efekt ten objawia się poprzez umieszczenie miedzianych przewodów ułożonych w formie cewki i umieszczonych w polu magnetycznym o zmiennej wielkości.
Sprzyja to pojawieniu się siły elektromotorycznej w przewodach, która wprawia elektrony w ruch. Ten ruch cząstek elektrycznych generuje prąd w przewodach, a na zaciskach przewodów generowane jest napięcie elektryczne, którego poziom zależy bezpośrednio od szybkości zmian pola magnetycznego. Wytworzone w ten sposób napięcie przemienne musi być doprowadzone do sieci zewnętrznej.
W generatorze samochodowym uzwojenia stojana służą do wytworzenia zjawiska magnetycznego, w którym armatura wirnika obraca się pod wpływem pola. Na wale twornika umieszczone są przewodzące uzwojenia połączone ze specjalnymi stykami w postaci pierścieni. Te styki pierścieniowe są również przymocowane do wału i obracają się wraz z nim. Napięcie elektryczne jest pobierane z pierścieni za pomocą przewodzących szczotek, a wytworzona energia jest dostarczana do odbiorników elektrycznych pojazdu.
Alternator jest uruchamiany za pomocą paska napędowego z koła ciernego wału korbowego jednostki silnikowej, która jest uruchamiana ze źródła akumulatora w celu rozpoczęcia pracy. Aby zapewnić wydajną transformację wytwarzanej energii, średnica koła pasowego alternatora musi być zauważalnie mniejsza niż średnica koła ciernego wału korbowego. Zapewnia to wyższe prędkości obrotowe wału alternatora. W takich warunkach działa on ze zwiększoną wydajnością i zapewnia wyższą charakterystykę prądową.
Wymagania
Aby zapewnić bezpieczną pracę w określonym zakresie charakterystyk całego kompleksu urządzeń elektrycznych, działanie alternatora samochodowego musi spełniać wysokie parametry techniczne i gwarantować wytwarzanie stabilnego poziomu napięcia w czasie.
Głównym wymogiem stawianym alternatorom samochodowym jest stabilne wytwarzanie prądu o wymaganej charakterystyce mocy. Parametry te mają zapewnić:
- ładowanie akumulatora;
- jednoczesne działanie wszystkich urządzeń elektrycznych;
- stabilne napięcie sieciowe w szerokim zakresie prędkości wirnika i dynamicznie podłączonych obciążeń;
Oprócz powyższych parametrów, generator jest projektowany z uwzględnieniem jego pracy w warunkach obciążeń krytycznych i musi mieć mocną obudowę, mieć małą masę i akceptowalne wymiary gabarytowe, mieć niskie parametry hałasu i akceptowalny poziom przemysłowych zakłóceń radiowych.
Projekt i budowa generatora samochodowego
Montaż
Generator samochodowy można łatwo znaleźć w komorze silnika, podnosząc pokrywę maski. Tam jest on mocowany za pomocą śrub i specjalnych kątowników do przedniej części silnika. Obudowa alternatora posiada nóżki montażowe i ucho napinające jednostki.
Obudowa
Obudowa generatora zawiera prawie wszystkie jednostki urządzenia. Jest ona wykonana z lekkich stopów metali na bazie aluminium, które doskonale odprowadzają ciepło. Konstrukcja obudowy stanowi połączenie dwóch głównych części:
- przedniej pokrywy po stronie pierścienia ślizgowego;
- pokrywy końcowej po stronie napędu;
Szczotki, regulator napięcia i mostek prostowniczy są zamontowane na przedniej pokrywie. Pokrywy są połączone z konstrukcją obudowy za pomocą specjalnych śrub.
Wewnętrzne powierzchnie pokryw mocują zewnętrzną powierzchnię stojana, zabezpieczając jego pozycję. Ważnymi elementami konstrukcyjnymi obudowy są również przednie i tylne łożyska, które zapewniają prawidłowe funkcjonowanie wirnika i mocują go do pokrywy.
Wirnik
Konstrukcja zespołu wirnika składa się z obwodu elektromagnesu z uzwojeniem wzbudzającym zamontowanym na wale nośnym. Sam wał wykonany jest ze stali stopowej z dodatkiem ołowiu.
Na wale wirnika zamontowane są również miedziane pierścienie ślizgowe i specjalne sprężynowe styki szczotkowe. Pierścienie ślizgowe są odpowiedzialne za dostarczanie prądu do wirnika.
Stojan
Stojan to struktura składająca się z rdzenia z licznymi szczelinami (w większości przypadków 36), w których umieszczone są uzwojenia trzech uzwojeń, które stykają się ze sobą elektrycznie w układzie gwiazdy lub trójkąta. Rdzeń, określany również jako rdzeń magnetyczny, jest wykonany w formie wydrążonego kulistego okręgu z metalowych płyt nitowanych razem lub spawanych w pojedynczy monolityczny blok.
Aby zwiększyć poziom natężenia pola magnetycznego na uzwojeniach stojana, w procesie produkcji tych płyt stosuje się żelazo transformatorowe o podwyższonych parametrach magnetycznych.
Regulator napięcia
Ta jednostka elektroniczna została zaprojektowana w celu kompensacji niestabilności obrotów wału wirnika, który jest połączony z wałem korbowym jednostki napędowej samochodu pracującej w szerokim zakresie zmian prędkości. Regulator napięcia jest podłączony do grafitowych odbieraków prądu i pomaga stabilizować ustawione stałe napięcie wyjściowe dostarczane do układu elektrycznego maszyny. W ten sposób gwarantuje nieprzerwaną pracę urządzeń elektrycznych.
Regulatory dzielą się na dwie grupy w zależności od ich konstrukcji:
- dyskretne;
- zintegrowane;
Pierwszy typ obejmuje jednostki elektroniczne, na płycie konstrukcyjnej których zamontowane są elementy radiowe, zaprojektowane w technologii dyskretnej (obudowy), charakteryzujące się nieoptymalną gęstością rozmieszczenia elementów.
Drugi typ obejmuje większość nowoczesnych elektronicznych jednostek regulacji napięcia zaprojektowanych z uwzględnieniem integralnej metody rozmieszczenia elementów radiowych, produkowanych w oparciu o cienkowarstwową technologię mikroelektroniczną.
Prostownik
Ponieważ instrumenty pokładowe wymagają stałego napięcia do prawidłowego działania, wyjście alternatora zasila sieć pojazdu poprzez jednostkę elektroniczną złożoną z potężnych diod prostowniczych.
Ten 3-fazowy prostownik, składający się z sześciu diod półprzewodnikowych, z których trzy są podłączone do zacisku ujemnego («masy»), a pozostałe trzy są podłączone do zacisku dodatniego alternatora, jest przeznaczony do przekształcania napięcia przemiennego w napięcie stałe. Fizycznie, zespół prostownika składa się z metalowego radiatora w kształcie podkowy z umieszczonymi na nim diodami prostowniczymi.
Zespół szczotek
Zespół ten ma postać plastikowej struktury i jest przeznaczony do przenoszenia napięcia na pierścienie ślizgowe. Zawiera on kilka elementów wewnątrz obudowy, z których głównym są sprężynowe styki ślizgowe szczotek. Występują one w dwóch wersjach:
- elektrografit;
- miedziano-grafitowe (bardziej odporne na zużycie).
Zespół szczotek jest często wykonywany w jednym zespole z regulatorem napięcia.
Układ chłodzenia
Nadmiar ciepła wytwarzanego wewnątrz obudowy generatora jest odprowadzany przez wentylatory zamontowane na wale wirnika. Generatory ze szczotkami, regulatorem napięcia i zespołem prostowniczym umieszczonymi poza obudową i zabezpieczonymi specjalną obudową, pobierają świeże powietrze przez specjalne szczeliny chłodzące w obudowie.
Urządzenie o klasycznej konstrukcji, z wyżej wymienionymi zespołami wewnątrz obudowy generatora, zapewnia przepływ świeżego powietrza od strony pierścieni ślizgowych.
Tryby pracy
Aby zrozumieć zasadę działania generatora samochodowego, konieczne jest przedstawienie i tryby działania.
- Początkowy okres rozruchu silnika;
- tryb pracy silnika.
W początkowym momencie uruchamiania silnika głównym i jedynym odbiornikiem energii elektrycznej jest rozrusznik. Alternator nie bierze jeszcze udziału w procesie wytwarzania energii, a zasilanie w tym momencie zapewnia jedynie akumulator. Ze względu na fakt, że pobór prądu w tym schemacie jest bardzo wysoki i może sięgać setek amperów, akumulator musi intensywnie wykorzystywać zmagazynowaną wcześniej energię elektryczną.
Po zakończeniu procesu rozruchu silnik przechodzi w tryb pracy, a generator staje się pełnoprawnym dostawcą energii. Generuje on prąd wymagany do działania różnych urządzeń elektrycznych podłączonych do pracy. Oprócz tej funkcji, generator ładuje akumulator podczas pracy silnika.
Gdy akumulator zgromadzi niezbędną rezerwę ładunku, potrzeba procesu ładowania zostaje zredukowana, pobór prądu znacznie spada, a alternator nadal wspiera działanie sprzętu elektrycznego. Ponieważ do pracy podłączone są inne zasobochłonne odbiorniki energii elektrycznej, wydajność generatora w niektórych momentach może nie być wystarczająca do zapewnienia całkowitego obciążenia i wtedy akumulator jest włączany do ogólnej pracy, której działanie w tym trybie charakteryzuje się szybką utratą ładunku.
Podsumowanie
Generator samochodowy jest przeznaczony do zasilania standardowych urządzeń elektrycznych i ładowania akumulatora poprzez przekształcanie energii mechanicznej wału korbowego jednostki napędowej w energię elektryczną.
Alternator znajduje się pod maską z przodu silnika. Konstrukcja alternatora obejmuje główne elementy — obudowę, stojan, wirnik, łożyska, regulator napięcia, mostek prostowniczy, zespół szczotek i wentylatory.
Похожие записи:
Zabawna historia o tym, jak lód uratował mnie przed mandatem
8 samochodów, które udowadniają, że Francuzi są mistrzami w tworzeniu zwariowanych maszyn
Oryginalny tuning deski rozdzielczej
Bezpieczeństwo na drodze: Jak diagnozować i naprawiać usterki świateł cofania?
6 problemów, które napotka kierowca, jeśli nie zmieni opon zimowych na czas
Z nowym Mitsubishi ASX 2020 będziesz w trendzie «samochodowym»