Napajalni sistem mora biti sposoben nenehno izpolnjevati te zahteve v vseh pogojih delovanja in še vedno omogočati "hitro polnjenje" baterije ali akumulatorja.
Uvod
Glavna komponenta elektroenergetskega sistema je alternator ali preprosto generator električne energije zaradi kinetične energije, ki se uporablja v njem (rotacija). Vsak rotacijski sistem za proizvodnjo električne energije ustvarja izmenično napetost ali AC, vendar vozilo potrebuje neposredno napetost ali DC, saj je samo tak sistem električne energije sposoben vzdrževati napolnjenost akumulatorja, poleg dejstva, da so avtomobilska elektronska vezja učinkovita samo pod enosmerni tok.
Na ta način mora biti napetost, dovedena v sistem, stalna in neprekinjena, ne glede na vrtenje in vremenske razmere. Če povzamemo, bi moral alternator na splošno:
• Izpolnite zahteve obremenitev med delovanjem vozila;
• Napajalni tok, potreben za polnjenje akumulatorja vozila;
• Ohranite učinkovitost, tudi v prostem teku;
• Ohranjajte stalno napajanje;
• Imeti popolno učinkovitost glede na dejavnike, kot sta moč, dovedena sistemu in vzdrževanje navora;
• Zanesljivo delovanje in nizek hrup;
• Ohranite dobro delovanje tudi v neugodnih razmerah;
• Sistemu zagotovi zanesljive informacije.
Povpraševanje po električni energiji vozil
Polnilni sistem sodobnega vozila mora biti sposoben obvladovati visoke zahteve in v različnih pogojih, bodisi neprekinjeno, dolgotrajno ali občasno.
Prekinitvene obremenitve se redko uporabljajo, prav tako občasni porabniki energije, zlasti glede na to, da so ogrevana zadnja stekla in grelniki sedežev trenutno opremljeni s časovnim relejem. Dolgotrajne obremenitve so na primer klimatske naprave, saj je njihovo delovanje pogojeno z okoljskimi pogoji, ki jih je težko pogosto spreminjati. Pri stalnih obremenitvah lahko omenimo klasične črpalke za gorivo, katerih delovanje vozila je odvisno izključno od teh elementov. Zato je povpraševanje potrošnikov po alternatorju vsota stalnih obremenitev, dolgotrajnih obremenitev in občasnih obremenitev.
Zahteve za sistem polnjenja so obsežne. Polnilni sistem je poleg tega, da je odgovoren za vzdrževanje delovanja celotnega vgrajenega sistema med delovanjem vozila, odgovoren tudi za vzdrževanje napetosti, ki je višja od nazivne vrednosti akumulatorja, da se ta stalno in pravočasno polni., ki omogoča zagon motorja med kratkimi časovnimi obdobji.
Idealen polnilni sistem
Upoštevati moramo tri glavne dejavnike: alternator, baterijo in obremenitve, ki jih je treba napajati. Ko je napetost alternatorja nižja od napetosti akumulatorja (močan padec napetosti, neučinkovit regulacijski sistem), se tok usmeri neposredno iz akumulatorja v sistem, ki ga je treba napajati. Kroženje toka od akumulatorja proti alternatorju kaže na težave v komponentah usmernika in regulatorja. Ko je napetost na polu alternatorja večja od napetosti na pozitivnem polu akumulatorja, se stanje šteje za ustrezno, saj tok teče od alternatorja z višjim potencialom do pola akumulatorja z nižjim potencialom.
V normalnih pogojih, z izenačitvijo napetosti alternatorja in akumulatorja, potencialna razlika pade praktično na nič, vendar ne more priti do pregretja, še posebej akumulatorja, in takšno stanje je možno le, če je obremenitev konstantna Napetost.
Vendar je sprejemljivo, da napetost alternatorja ostane nekoliko višja od napetosti akumulatorja. Navsezadnje je normalno, da pride do majhnega padca napetosti v kablu, ki povezuje oba zatiča.
Alternatorji - Načela proizvodnje električne energije
Osnovno načelo avtomobilskega alternatorja zahteva določeno raven znanja o elektromagnetizmu, znanosti, ki izhaja iz električnih in magnetnih pojavov. Alternator temelji na principu elektromagnetne indukcije za ustvarjanje električne energije z mehansko energijo.
Predstavljajte si premikajoči se prevodnik z rotirajočim magnetnim poljem. Če so konci konektorja povezani z voltmetrom, bo mogoče preveriti, ali bo napetost prevzela izmenično obliko zaradi variacije položaja zanke glede na poli. Če je vrtenje te zanke konstantno, bo napetostna krivulja glede na položaj (kot vrtenja) zanke sinusna.
Pri alternatorjih zgoraj omenjeno magnetno polje ustvarjajo elektromagneti, pritrjeni na stator ali ohišje opreme. V primeru tuljave, sestavljene iz navitja žic, je jakost magnetnega polja, ki ga ustvarjajo elektromagneti, odvisna od števila ovojev in velikosti toka, ki teče skozi njo. To magnetno polje se lahko razvije z uporabo železnih jeder, ki jih je mogoče namagnetiti.
Uporaba teh principov v alternatorju vodi do dejstva, da lahko povečamo ali zmanjšamo jakost magnetnega polja in na ta način povečamo ali zmanjšamo inducirano napetost.
Da se vse to zgodi, je potreben vzbujevalni tok, ki lahko prihaja iz zunanjega vira, kot je akumulator vozila, iz enote za upravljanje ali iz lastnega električnega tokokroga generatorja.
V alternatorju so tri enake razporeditve tuljav, razporejene pod kotom 120° druga proti drugi in pritrjene v reže rotorja. V skladu z načelom elektromagnetne indukcije, ko se gred vrti, zavoji, ki pripadajo tuljavam, "prerežejo" pretočne črte med magnetnimi poli, pritrjenimi na stator. Tako s spreminjanjem magnetnega pretoka nastanejo inducirane napetosti, izmenično enake frekvence in velikosti, vendar v različnih časih, vendar med enakimi obdobji, ki jih določa vrtenje sklopa. Nato imamo trifazno izmenično napetost.
Pri avtomobilskih alternatorjih je ugodneje namestiti magnetna pola v stacionarni del opreme (stator). Navitja, ki jih prečka vzbujevalni tok, se nahajajo v vrtljivem delu opreme ali rotorju. Vzbujevalni tok je lahko zvezen ali pulzirajoč, kar inducira napetost v armaturi rotorja, ta pa se preko kontaktnih ščetk, ki drsijo po dveh prevodnih obročih, vodi v zunanji tokokrog.
Karakteristike izhodne napetosti se razlikujejo za alternatorje, povezane v zvezdo in trikot. Skratka, zvezdasta povezava je nekakšna povezava, pri kateri imajo tri faze enega od svojih koncev medsebojno povezane s središčno točko, njihova ustvarjena napetost pa ima višjo velikost. Pri trikotniku ali trikotniku so faze medsebojno povezane, kar ima za posledico zaprt tokokrog, katerega prednost je, da predstavlja tok večje jakosti.
Večina alternatorjev za vozila uporablja navitja, vezana v zvezdo, zaradi možnosti ustvarjanja višje napetosti, vendar pa je v situacijah previsoke porabe in potrebe po hitrejšem polnjenju zaradi visokega toka boljša navitja trikot ali trikot ponudba.
Popravek iz AC v DC
Izmenični tok, ki ga ustvarja alternator, ima to pomanjkljivost, da ga ni mogoče shraniti v akumulatorju, prav tako pa ni primeren za napajanje električnih in elektronskih komponent vozila. To je mogoče jasno razložiti s konceptom, da je napetost, ki jo uporablja sistem, povprečje med najvišjo in najnižjo ravnjo. Sinusna napetost ima pozitivne in negativne cikle z enakim trajanjem, zato se njena povprečna vrednost zmanjša na vrednost blizu nič voltov, kar je neuporabno za avtomobilski vgrajeni sistem.
Na ta način so potrebni nekateri postopki, da bo ustvarjena napetost uporabna za vozilo s trenutno tehnologijo.
Prvi korak je popravljanje ustvarjene napetosti z uporabo posebnih usmerniških diod. Usmerniška dioda omogoča, da običajni tok teče le v eno smer, to pomeni, da se krožni tok nanaša samo na pozitivni cikel. Negativni cikel napetosti je odpravljen, saj se v tem smislu dioda obnaša kot odprt tokokrog. Rezultat je pulzirajoč tok s samo pozitivnimi cikli.
Rezultat popravljanja je vsota pozitivnih amplitud trifaznega toka. Ta vsota ustvarja neprekinjen tok. Za zmanjšanje oscilacij, imenovanih Ripple, se uporabljajo ustrezni kondenzatorji, ki čim bolj stabilizirajo nastalo napetost.
Vzbujevalni krog
Ko je vžig vklopljen, teče tok iz akumulatorja, skozi opozorilno lučko, v armaturo rotorja in od tam v maso, preko notranjega regulatorja. Pri alternatorjih z zunanjim regulatorjem teče tok najprej skozi regulator, nato pa napaja armaturo.
Na ta način tok, ki prihaja iz akumulatorja, najprej vzbudi alternator. To je potrebno, ker pri običajnih alternatorjih preostali magnetizem v železnem jedru v trenutku zagona ni dovolj, da začne ustvarjati napetost.
V vzbujalnem vezju sta za vsako od faz zaporedno vezani vzbujalna dioda in močnostna dioda. Zato vzbujanje začne veljati šele, ko alternatorju uspe ustvariti napetost, ki je večja od padca napetosti na obeh diodah, to je približno 1,4 V.
Opozorilna lučka, ki je prisotna na armaturni plošči, deluje kot upor, ko vključite kontakt. Ko se motor začne vrteti, je generirana pozitivna napetost, ki povzroči ugasnitev svetilke na panelu, tista, ki zagotavlja prehod toka skozi usmerniški most in začne ustvarjati minimalno izmenično napetost za delovanje sistema.
Za popravljanje polnega vala je potrebnih šest diod. Ti so povezani v obliki mostu, ki je sestavljen iz treh pozitivnih diod in treh negativnih diod.
Regulator napetosti
Amplituda in frekvenca generatorja električne energije se spreminjata glede na vrtenje, ki mu je naloženo. Usmerniško vezje je namenjeno pretvarjanju izmenične napetosti v enosmerno napetost, vendar se ustvarjena napetost lahko spreminja glede na pospešek motorja.
Ker vemo, da se vgrajeni sistemi napajajo z napetostjo do 14 V, poleg tega pa je treba baterijo polniti s konstantno napetostjo in v sprejemljivem območju, se pojavi potreba po sistemu, ki je sposoben vzdrževati takšno pravilnost. Takšni dejavniki upravičujejo obstoj napetostnega regulatorja, katerega cilj je ohraniti konstantno ustvarjeno napetost za vsa polja delovnih vrtljajev motorja avtomobila.
Je zapleteno elektronsko vezje, saj več dejavnikov vpliva na njegovo obnašanje, kot je vrtenje vozila, ki se nenehno spreminja, zahteva po obremenitvi, ki se lahko spreminja, dovzetnost za preobremenitve, poleg vremenskih razmer, ki spreminjajo prevodnost in elektrokemijske lastnosti baterije.
Novi trendi ista načela
Alternator je vedno bil in bo generator električne energije s pomočjo kinetične energije, njegovi principi delovanja pa so nespremenljivi postulati, tudi v primeru elektronskega razvoja, ki ga spodbuja naraščajoče povpraševanje po električni energiji iz vozil. Kljub temu izdelovalci avtomobilov izboljšajo svoje nosilne zmogljivosti ter jih naredijo pametnejše in učinkovitejše.
Trenutno pri upravljanju regulacije napetosti sodeluje Center za elektronski vbrizg, zaradi česar je sistem varčnejši in učinkovitejši. To je posledica dejstva, da minimizira povratno elektromotorno silo in omogoča, da motor deluje z manjšim navorom ob zmanjšanih obremenitvah.
To pomeni, da je "teža" alternatorja razbremenjena zaradi pomanjkanja povpraševanja, lahko Central zmanjša količino goriva, vbrizganega v motor, in zmanjša trenutno porabo goriva, poleg emisij onesnaževal.
Vredno je omeniti, da kontrolno lučko na plošči zdaj nadzira ECU in deluje le, ko je to potrebno. Vrsta novih tehnologij, uporabljenih v sistemu, katerega "motor zadaj" ostaja "učinkovit in star" elektromagnetizem.
Se vidimo naslednjič!
