Dynamo

Předměty:

obecný
Operace
rotor
Stator
Předbuzení, samobuzení a nabíjecí proud
Regulátor napětí
Dynamo připojení
Usměrňovací diody
Zvlnění napětí
Regulátor napětí
Volnoběžná kladka
Ventilátor
Obnovení energie
Možné závady na alternátoru
Kontrola nabíjecího napětí a nabíjecího proudu

Obecné:
Když motor běží, dynamo (anglicky nazývané „alternátor“) zajišťuje nabíjení baterie a napájení spotřebičů (jako je rádio, osvětlení atd.). Dynamo je poháněno multi- pás. Víceřemen pohání řemenici alternátoru, která je s vnitřkem spojena na hřídeli. Kinetická energie se v dynamu přeměňuje na elektrickou energii (a teplo).
Otáčky motoru ovlivňují napětí alternátoru. Čím rychleji se motor točí, tím rychleji se točí řemenice, což umožňuje generovat více energie. Napětí nemusí být příliš vysoké, a proto je omezeno regulátorem napětí.
Více o regulátoru napětí později.

V dynamu se generuje střídavé napětí. Stejnosměrné napětí je aplikováno v celém elektronickém obvodu vozu. Baterii lze také nabíjet pouze stejnosměrným proudem. Střídavé napětí se převádí na stejnosměrné napětí pomocí diod v diodovém můstku. Velikost generovaného napětí závisí na:

Rychlost, kterou se vodič a magnetické pole vzdalují
Délka vinutí
Síla magnetického pole

Je možné jezdit bez alternátoru. Pokud je například vadný a již nedodává napětí, můžete pokračovat v jízdě, dokud se baterie zcela nevybije. To se samozřejmě nedoporučuje, protože hluboké vybití může způsobit poruchu baterie, ale s autem lze jet (na krátkou vzdálenost) bez alternátoru a bez víceřemenu (takže lze případně najet na přívěs pro přepravu) .

Úkon:
Proud je generován rotujícím rotorem ve statoru. Rotor je elektromagnet; magnetickým se stává teprve tehdy, když jím protéká proud. Alternátor proto potřebuje pomoc od baterie, než se začne nabíjet. Zbývající magnetismus v alternátoru je nedostatečný k tomu, aby umožnil průchod elektrického proudu diodami.

Proud pro vytvoření magnetu rotoru prochází z baterie přes zámek zapalování a kontrolku nabíjecího proudu do D+ připojení alternátoru. Proud pak teče do rotoru. Z rotoru proud teče přes regulátor do země. Po zapnutí zámku zapalování se rozsvítí kontrolka nabíjecího proudu a současně probíhá magnetizace alternátoru. Když se alternátor začne nabíjet, kontrolka nabíjecího proudu zhasne.
Když se alternátor nabíjí, severní a jižní pól se pohybují vzhledem ke statoru. To vytváří střídavé napětí ve statoru. S jednou otáčkou magnetu je napětí indukované ve vodiči ve tvaru sinusovky, jak je znázorněno na obrázku.

Protože se jedná o střídavé napětí a všechny spotřebiče ve voze fungují pouze na stejnosměrné napětí, je třeba ještě provést usměrnění. Diody zajišťují přeměnu střídavého napětí na stejnosměrné napětí.
Musí být také omezeno nabíjecí napětí a nabíjecí proud; Když motor běží ve vysokých otáčkách a je zapnuto málo spotřebičů, stačí alternátor nabíjet jen velmi málo. Při zapnutí více spotřebičů musí alternátor dodávat větší nabíjecí proud. Při plném zatížení to může činit 75 až 120 ampér (v závislosti na typu vozu). Jak to celé funguje, je popsáno v následujících kapitolách.

Rotor:
Rotor není permanentní magnet, ale elektromagnet. Průchodem proudu rotorem se stává magnetickým a může vznikat střídavé napětí. Generované napětí lze řídit zvýšením nebo snížením proudu rotoru. To je úkolem regulátoru napětí.
Rotor má pólové drápy (severní a jižní pól). Každá polovina s tyčovými drápy se obvykle skládá ze 6 nebo 7 tyčí. Druhá polovina se skládá ze stejného počtu pólů, takže existuje 6 nebo 7 severních pólů a 6 nebo 7 jižních pólů. Mluvíme pak o 12 nebo 14 párech tyčí. Počet pólových párů ovlivňuje napětí generované ve statoru.

Magnetické pole v alternátoru vzniká, když je rotor nabuzen. To se děje již při zapnutí zapalování vozu. Pro nabuzení rotoru se budicími vinutími posílá budicí proud. Tento proud pochází z baterie a je přenášen do budicího vinutí přes sběrací kroužky a uhlíkové kartáče. To probíhá od severního pólu k jižnímu pólu, protože jeden sběrací kroužek je připojen k severnímu pólu a druhý k jižnímu pólu.

Jakmile je rotor vyjmut, lze jej změřit, aby se zjistily závady. Odpor rotoru se často pohybuje kolem 3 Ohm. Přesnou hodnotu naleznete v továrních údajích.

Stator:
Alternátor používaný téměř ve všech autech je třífázový alternátor. To znamená, že alternátor je tvořen třemi statorovými cívkami, které jsou spojeny s jedním jádrem statoru a rotorem. Každá statorová cívka produkuje své vlastní generované střídavé napětí. Protože jsou všechny cívky statoru namontovány pod úhlem 120 stupňů vůči sobě, generovaná napětí jsou také fázově posunuta o 120 stupňů. Tato napětí jsou usměrněna třemi zápornými a třemi kladnými diodami (tedy celkem šest diod).

Jádro statoru je tvořeno naskládanými deskami, které jsou od sebe odděleny izolačním materiálem. Jádro statoru zesiluje magnetické pole v alternátoru a tím zvyšuje generované napětí. Cívky statoru lze připojit dvěma způsoby; pomocí trojúhelníkového spojení (rozpoznatelné podle 3×2 spojení) a spojení do hvězdy (4 spojení, z toho 3 volné spojení a jedno spojení, kde jsou 3 konce cívek spojeny navzájem. Nejběžnější je spojení do hvězdy , protože umožňuje rychlejší dosažení vysokého napětí.Zapojení do trojúhelníku se používá pro dynama, která musí dodávat hodně energie.
V okamžiku, kdy se cívka statoru dostane do kontaktu s jádrem statoru (zkrat na kostru) nebo pokud je jedna z cívek přerušena (přerušení vodiče), stator již nepracuje správně. Ke kontrole, zda nedošlo ke zkratu nebo přerušení vodiče, lze použít multimetr. Pod jednou podmínkou; statorové cívky musí být odpojeny; oba konce by se neměly dotýkat jiných součástí. Často stačí odpájení. Odpor cívek musí být velmi malý; asi 0,05 ohmů. Odpor mezi cívkami statoru a jádrem statoru musí být nekonečně velký. Pokud existuje odpor (pokud je extrémně vysoký), existuje spojení.

Obrázek níže ukazuje demontovaný stator a rotor. Ve skutečnosti se rotor otáčí ve statoru a jen tak se nedotýkají.

Předbuzení, samobuzení a nabíjecí proud:

Před zapnutím:
Motor je zastaven a kontrolka svítí. Předbudicí proud jde k zemi přes baterii, zámek zapalování, rotor a ovladač. To je možné, protože Zenerova dioda v regulátoru napětí je odříznuta a základní proud T1 je vodivý, protože T2 přestane vést.

Sebeposílení:
Po nastartování motoru je rotor dostatečně magnetický, aby se přepnul na samobuzení. Samobudicí proud pak jde přes usměrňovací diody (záporná strana) do cívky statoru, poté přes budicí diody do rotoru a přes regulátor k zemi.

Nabíjecí proud:
V cívce statoru se generuje střídavé napětí, protože se přes ni otáčí rotor. Zelená čára označuje cestu, po které teče proud z cívky statoru V. Proud je usměrněn usměrňovací diodou (ze střídavého napětí na stejnosměrné) a jde přes přípojku B+ k baterii a spotřebičům.

Nabíjecí proud, který jde do baterie a spotřebičů přes připojení alternátoru B+, zajišťuje kompletní napájení vozu. Když je motor vypnutý, alternátor nedodává proud. Všichni spotřebitelé tak budou využívat energii z baterie.
Při běžícím motoru musí být alternátor schopen dodat dostatek energie pro napájení všech spotřebičů. Když motor běží, není nikdy zamýšleno používat energii z baterie. Nabíjecí proud alternátoru závisí na počtu spotřebičů a stavu nabití baterie. Maximální nabíjecí proud je uveden na alternátoru (obvykle mezi 60 a 90A).

Nabíjecí napětí alternátoru lze snadno zkontrolovat, pokud existují pochybnosti o tom, zda alternátor nabíjí správně nebo ne. Změřením kladného a záporného pólu baterie napěťovým měřičem (multimetrem) za chodu motoru (napětí z alternátoru je přímo na něm) můžete zkontrolovat, zda se alternátor správně nabíjí:

Pokud je napětí při běžícím motoru kolem 14,2 V, alternátor funguje, jak má
Pokud je napětí 13,8 V, je baterie téměř plná a spotřebiče jsou vypnuté. Alternátor nemusí dodávat velké napětí a proto to nedělá. Nabíjecí napětí je v pořádku
Pokud je napětí 12,4 V nebo nižší, víte, že se alternátor nenabíjí správně. Toto je napětí, které má také plná baterie. Takže je problém s alternátorem.
Pokud je napětí nižší než 12,4 V, alternátor se již nebude nabíjet. Baterie se bude vybíjet, dokud napětí nedosáhne 8 voltů. Pak motor zhasne a už nic nefunguje.

V druhém případě, tedy když se alternátor již nenabíjí, můžete zvolit výměnu alternátoru. To je často velmi drahé a je levnější hledat repasovaný alternátor. Existuje mnoho opravárenských firem, které alternátor kompletně rozeberou a udělají ho zase jako nový. To může ušetřit (více) než polovinu nové ceny.
Vždy se ujistěte, že při výměně alternátoru odpojíte záporný pól od baterie! Pokud to neuděláte a přípojka B+ (kterou vyjmete z alternátoru) se dotkne karoserie nebo kovového bloku motoru, vzniknou jiskry v důsledku zkratu. Drahé elektronické řídicí jednotky se pak mohou pokazit.

Regulátor napětí:
Když napětí stoupne nad regulované napětí, Zenerova dioda (na obrázku výše) se zapne, což způsobí, že základna T1 je spojena se zemí pomocí T2. T1 se vypne, magnetické pole zmizí, což způsobí pokles napětí alternátoru.
To způsobí výpadek proudu rotoru, což způsobí, že se alternátor krátkodobě nedobije. Plynulým zapínáním a vypínáním T1 se upravuje napětí.

Obrázek ukazuje uvolněný rotor s uvolněným regulátorem napětí přidržovaným proti němu. Regulátor napětí je namontován mezi přípojkami D+ a DF alternátoru a táhne uhlíkové kartáče přes rotor. Při zapnutí spotřebiče (např. osvětlení) nabíjecí proud krátce klesne z 14,4 na 13,8 voltů. Regulátor napětí to absorbuje a rychle upraví napětí vyšší na 14,4 voltů.

Níže vidíte 2 snímky zaměřovače, které byly změřeny na DF připojení alternátoru. Tyto signály jsou předávány do řídicí jednotky motoru. Aby bylo jasno, rotor je na spodní straně obou obrázků magnetický.

Signál v grafu byl měřen, když bylo zapnuto málo nebo žádné spotřebiče. Rotor je tedy minimálně magnetický. Pracovní cyklus je zde přibližně 10 %.

Signál v níže uvedeném grafu byl měřen, když bylo mnoho spotřebičů zapnuto. Rotor je zde napájen mnohem více, aby bylo dosaženo nabíjecího proudu 14,4 V. Pracovní cyklus je zde přibližně 50 %.

Dynamo připojení:

B+ jde do baterie; Tím prochází nabíjecí napětí a nabíjecí proud.
D+ je řídicí napětí rotoru pro nastavení napětí alternátoru.
D- je hmotnost alternátoru.
W je zapojení, které se dříve používalo pro tachometry starých naftových motorů. V dnešní době již neexistuje.
DF nebo LIN jsou možným připojením pro řízení buzení rotoru ze systému řízení motoru.

Usměrňovací diody:
Alternátor dodává střídavé napětí, ale protože se v autě používá pouze stejnosměrné napětí, musí se střídavé napětí (AC) přeměnit na stejnosměrné napětí (DC). K tomu slouží usměrňovací diody. Diody umožnit proudění pouze jedním směrem. Kladná část střídavého proudu se používá, záporná část se ztrácí.

Na obrázku je demontovaný diodový můstek. Červený měřící kolík ukazuje na jednu ze tří mini diod.
Kladné diody jsou na druhé straně diodového můstku. Čep je připojení B+, na kterém je namontován silný kabel, který vede k baterii.

To je princip jednofázového alternátoru. Na obrázku nahoře (vpravo) vidíte, že fáze je neustále přerušovaná, chvíli není napětí a pak je zase fáze. V části mezi fázemi se tedy negeneruje žádné napětí. Aby se tomu zabránilo, používají se u třífázových alternátorů zapojení do hvězdy a trojúhelníku. Výsledkem je níže uvedený výsledek.
Obrázek níže ukazuje 3 různé barvy; černá, červená a modrá. To vše jsou oddělené fáze. Obrázek ukazuje, že například mezi černými fázemi je velký prostor. Tento prostor je překlenut propojením ostatních fází. To vytváří postupné napájení.

Zvlněné napětí:
Po usměrnění napětí usměrňovacími diodami vždy zůstane malé zvlnění. Signál není nikdy pěkný a plochý. Zvlněné napětí nesmí nikdy překročit 500 mV, protože by to mohlo způsobit poruchy nebo závady v elektronice vozu.
Obrázek ukazuje snímek dalekohledu, který byl změřen na baterii. Tento obraz se změní při změně otáček motoru nebo při zapnutí spotřebičů.

Regulátor napětí:
Regulátor napětí zapíná a vypíná magnetické pole zapínáním a vypínáním proudu procházejícího rotorem. Regulátor napětí zajišťuje konstantní nabíjecí napětí (mezi 13,2 a 14,6 volty). Úroveň nabíjecího napětí závisí mimo jiné na rychlosti. Čím rychleji se klikový hřídel otáčí, tím rychleji se bude otáčet rotor. Pokud by napětí nebylo upraveno, mohlo by při vysoké rychlosti stoupnout na 30 voltů. Tomu zabrání regulátor napětí. Obrázek ukazuje samostatný regulátor napětí. Ve většině případů je viditelně připojen k alternátoru.

Generované napětí závisí nejen na otáčkách motoru, ale také na počtu otáček statoru a síle magnetického pole rotoru. Počet závitů statoru je určen při návrhu alternátoru, ale intenzitu magnetického pole rotoru lze ovládat. To lze snížit velmi rychlým vypnutím a zapnutím rotoru. Pokud se napětí zvýší, rotor se vypne. Pokud je napětí příliš nízké, rotor se znovu zapne. Tím, že se to provede velmi rychle za sebou, se vytvoří průměrná intenzita pole. Nabíjecí napětí tak zůstává pokud možno konstantní.

Když je napětí na kladné svorce alternátoru (D+) nižší než nastavovací napětí, proud teče z D+ přes rotor do D- (záporná svorka) a v alternátoru se generuje napětí. Generované napětí je opět nastaveno na D+. Když je napětí na D+ vyšší než nastavovací napětí, dosáhne se Zenerova napětí (viz obrázek níže), což způsobí sepnutí tranzistoru T2. Tranzistor T1 pak nevede, takže rotorem již nemůže protékat žádný proud. Magnetické pole se tak vypne, takže nabíjecí napětí klesne. Toto napětí dále klesá, dokud již není dosaženo Zenerova napětí. Následně se tranzistor T2 odpojí a T1 bude opět vést. Tento cyklus se neustále opakuje.

Volnoběžná kladka:
V dnešní době je mnoho alternátorů vybaveno přesuvnou řemenicí (viz obrázek níže). Tyto kladky mohou být poháněny pouze jedním směrem. Když je vícežebrový řemen sejmut z řemenice a řemenici otáčíte rukou, všimnete si, že vnitřek alternátoru se otáčí pouze jedním směrem a zůstává nehybný v druhém směru. Tento systém má chránit multipás. Když motor běží ve vysokých otáčkách a uvolníte plyn najednou, otáčky motoru rychle klesnou. Silné dynamo může zpomalit poněkud méně rychle. Tyto otáčky klesají pomaleji než otáčky motoru. Výsledkem toho je, že víceřemen je více namáhán a v nejhorším případě přerušen na polovinu, protože víceřemen pak musí brzdit alternátor. S volnoběžnou kladkou se alternátor bude pohybovat při zrychlování, ale při zpomalování poběží vlastní rychlostí.

Řemenice je namontována závitem na hřídeli rotoru (viz obrázek výše). Vnější část kladky s sebou nese pouze vnitřní část v jednom směru otáčení. Blokovací zařízení zajišťuje upnutí vnitřní části proti vnější části. Celá řemenice se pak zablokuje, takže alternátor je poháněn víceřemenem. Když uvolníte pedál plynu, vnitřní část se otáčí vyšší rychlostí než vnější část; otáčky motoru klesaly rychleji než otáčky rotoru. Blokovací zařízení pak není v činnosti, to znamená, že kuličková ložiska umožňují rotoru mít jiné otáčky než klikový hřídel.

Na obrázku je alternátor vybavený přesuvnou řemenicí.

Ventilátor:
Alternátor se zahřívá, když má dodávat energii. Aby se nepřehřálo, musí se chladit. Vnitřní ventilátor alternátoru zajišťuje chlazení. V dnešní době existují také alternátory, které jsou připojeny k systému chlazení motoru. Chladicí kapalina zajišťuje chlazení.

Obnovení energie:
Pokud se alternátor nabíjí na svou maximální kapacitu (s mnoha zapnutými spotřebiči), dojde ke zvýšené spotřebě paliva. Alternátor se totiž bude otáčet silněji, protože magnetické pole ve statoru bude větší. Magnetické pole způsobí, že se rotor bude otáčet silněji a klikový hřídel bude muset více zatáhnout za víceřemen, aby se mohl pohybovat. V dnešní době na to výrobci automobilů našli šikovné řešení. Alternátor se vždy nabíjí, ale nebude se během jízdy jednoduše dobíjet na maximální kapacitu (pokud není baterie opravdu vybitá). Maximální dobíjení probíhá při brzdění vozu motorem. Tedy když řidič sundá nohu z plynu a nechá auto setrvat (například na semaforu nebo na sjezdu z dálnice). Vůz v takové chvíli nespotřebovává žádné palivo a kinetická energie (pohybová energie) vozidla zajišťuje, že se vůz dále kutálí. Baterie je nyní plně nabitá, dokud znovu nestisknete pedál plynu. V tu chvíli alternátor zajistí, že napájení zůstane stabilní.
Tento způsob nabíjení vede k nižší spotřebě paliva.

Možné závady na alternátoru:
V alternátoru může být řada typických problémů nebo závad. Technik často ví, co může dále zkontrolovat nebo změřit. Níže uvádíme několik typických stížností:

Kontrolka nabíjecího proudu se při předbuzení normálně rozsvítí, ale zhasne pouze při vyšších otáčkách motoru; závada na alternátoru (pravděpodobně vadná budicí dioda).
Stejná stížnost jako výše, pouze se také slabě rozsvítí, když motor běží ve vysokých otáčkách nebo když je zapnuto mnoho spotřebitelů; závada na alternátoru (pravděpodobně vadná dioda).
Kontrolka nabíjecího proudu se při předbuzení slabě rozsvítí, ale zhasne až při vyšších otáčkách motoru; (pravděpodobně závada na alternátoru nebo závada v elektroinstalaci či jejích spojích).
Kontrolka nabíjecího proudu se nerozsvítí během předběžného buzení nebo když motor běží; (vadný alternátor, špatná kabeláž/spojení nebo vadná kontrolka nabíjecího proudu).

Kontrola nabíjecího napětí a nabíjecího proudu:
Množství energie, kterou alternátor dodává, závisí na jeho kapacitě a na tom, co vyžadují spotřebiče a zapnutá baterie. Například alternátor musí být schopen dodávat 100 A pro napájení všech spotřebičů a současně nabíjet prázdnou baterii. Množství energie dodávané alternátorem klesá téměř na nulu, když je baterie plná a nejsou zapnuté žádné spotřebiče. Maximální kapacita alternátoru je často uvedena na typovém štítku nebo na nálepce na alternátoru. To je často mezi 65A a 120A. To se často zobrazuje následovně: 14V 17/85A. To znamená: regulované napětí (14V), nabíjecí proud (17A) při 1800 ot/min a nabíjecí proud (85A) při 6000 ot/min alternátoru (ne otáčky klikového hřídele).

Pokud je závada v alternátoru nebo v kabeláži, nemusí být dosaženo maximální kapacity při maximálním zatížení. To lze zkontrolovat kontrolou nabíjecího proudu. Toho lze dosáhnout zatížením alternátoru co nejvýše pomocí speciálního testovacího zařízení při běžícím motoru nebo zapnutím co největšího počtu spotřebičů (jako je vyhřívání sedadel, vyhřívání zadního okna, všechna osvětlení, motor ventilátoru na nejvyšší stupeň , atd.). Hodnotu nabíjecího proudu lze určit pomocí a proudová svorka být zkontrolován. Naměřená hodnota musí odpovídat hodnotě uvedené na alternátoru.
Upravené napětí lze zkontrolovat pomocí multimetr změřte napětí mezi připojením B+ a kostrou při zvýšených otáčkách motoru (2000 ot./min.). Regulované napětí by mělo být mezi 13.8 volty a 14.5 volty.
Pro kontrolu správnosti zapojení lze změřit rozdíl napětí mezi kladným pólem baterie a B+ připojením alternátoru; napětí musí být nižší než 0,3V. Pokud ne, je problém s kabelem nebo s připojením kabelu.
Pokud zemnící obvod není dobrý, nebudete mít problémy pouze s nabíjecím systémem, ale také s jinými systémy. Ukostřovací obvod lze zkontrolovat spuštěním motoru na 2000 ot./min a připojením voltmetru mezi záporný pól baterie a skříň alternátoru. Toto napětí musí být také menší než 0,3V.