Dynamo

Viðfangsefni:

General
Aðgerð
Rotor
stator
Pre-excitation, Self-excitation og hleðslustraumur
Spennustillir
Dynamo tengingar
Leiðréttingardíóða
Ripple spenna
Spennustillir
Friðhjól
aðdáandi
Endurheimt orku
Hugsanlegir gallar á alternator
Athugaðu hleðsluspennu og hleðslustraum

Almennt:
Þegar vélin er í gangi tryggir dynamoinn (kallaður „alternator“ á ensku) að rafhlaðan sé hlaðin og neytendum sé veitt afl (svo sem útvarp, lýsing o.s.frv.) Dýnamóið er knúið áfram af fjölbeltinu . Fjölbeltið knýr alternator trissuna sem er tengd innréttingunni á skafti. Hreyfiorkunni er breytt í raforku (og varma) í dynamo.
Snúningur hreyfilsins hefur áhrif á spennu alternatorsins. Því hraðar sem mótorinn snýst, því hraðar snýst trissan, sem gerir kleift að framleiða meira afl. Spennan má ekki vera of há og er því takmörkuð af spennustillinum.
Meira um spennustillinn síðar.

Riðspenna myndast í dynamo. Jafnspenna er beitt um alla rafrásina í bílnum. Einnig er aðeins hægt að hlaða rafhlöðuna með jafnstraumi. Riðspennunni er breytt í jafnspennu með því að nota díóðurnar í díóðabrúnni. Stærð spennunnar sem myndast fer eftir:

Hraðinn sem leiðarinn og segulsviðið færast í sundur
Lengd vindanna
Styrkur segulsviðsins

Það er hægt að keyra án alternators. Til dæmis, ef það er bilað og gefur ekki lengur spennu, getur þú haldið áfram að keyra þar til rafhlaðan er alveg tóm. Þetta er auðvitað ekki mælt með því að djúphleðsla getur valdið því að rafgeymirinn bilar, en hægt er að aka bílnum (stutt) án rafstraums og án fjölbeltis (svo að hugsanlega sé hægt að aka honum upp á tengivagn til flutnings) .

Aðgerð:
Straumurinn myndast með því að snúningurinn snýst í statornum. Snúðurinn er rafsegull; það verður aðeins segulmagnað þegar straumur fer í gegnum það. Rafallalinn þarf því aðstoð frá rafhlöðunni áður en hann getur byrjað að hlaða. Segulmagn sem eftir er í alternatornum er ófullnægjandi til að rafstraumur geti flætt í gegnum díóðurnar.

Straumurinn til að gera snúninginn segulmagnaðan rennur frá rafgeyminum, um kveikjulásinn og hleðslustraumsljósið að D+ tengingu alternatorsins. Straumurinn rennur síðan til snúningsins. Frá snúningnum streymir straumurinn um þrýstijafnarann til jarðar. Þegar kveikt er á kveikjulásinn kviknar á hleðslustraumsljósið og segulmagnið á alternatornum á sér stað á sama tíma. Þegar alternatorinn byrjar að hlaða mun hleðslustraumsljósið slokkna.
Þegar alternatorinn hleðst færast norður- og suðurskautið miðað við statorinn. Þetta myndar riðspennu í statornum. Með einum snúningi segulsins er spennan sem framkölluð er í leiðaranum í formi sinusbylgju, eins og sýnt er á myndinni.

Vegna þess að þetta er riðspenna og allir neytendur í bílnum vinna eingöngu á jafnspennu þarf enn að leiðrétta. Díóður tryggja að riðspennunni sé breytt í jafnspennu.
Einnig verður að takmarka hleðsluspennu og hleðslustraum; Þegar vélin er í gangi á miklum hraða og fáir neytendur eru á, þarf aðeins að hlaða alternatorinn mjög lítið. Þegar kveikt er á fleiri neytendum verður rafalinn að gefa meiri hleðslustraum. Á fullu hleðslu getur þetta numið 75 til 120 amper (fer eftir gerð bíls). Hvernig þetta allt virkar er lýst í köflum hér að neðan.

Númer:
Snúðurinn er ekki varanleg segull, heldur rafsegull. Með því að leiða straum í gegnum snúninginn verður hann segulmagnaður og hægt er að mynda riðspennu. Hægt er að stjórna spennunni sem myndast með því að auka eða minnka snúningsstrauminn. Þetta er starf spennueftirlitsins.
Rótorinn er með skautaklóm (norður- og suðurskaut). Hver helmingur með stangarklóm samanstendur venjulega af 6 eða 7 stöngum. Hinn helmingurinn samanstendur af jafnmörgum skautum, þannig að það eru 6 eða 7 norðurskautar og 6 eða 7 suðurskautar. Við erum þá að tala um 12 eða 14 stangapör. Fjöldi pólapöra hefur áhrif á spennuna sem myndast í statornum.

Segulsviðið í alternatornum verður til þegar snúningurinn er spenntur. Þetta gerist þegar þegar kveikt er á bílnum. Til að virkja snúninginn er sviðsstraumur sendur í gegnum sviðsvindurnar. Þessi straumur kemur frá rafhlöðunni og er fluttur til sviðsvindanna í gegnum rennihringina og kolefnisbursta. Þetta liggur frá norðurpólnum að suðurpólnum, því annar sleifahringurinn er tengdur norðurpólnum og hinn við suðurpólinn.

Þegar snúningurinn hefur verið fjarlægður er hægt að mæla hann til að athuga hvort hann sé galli. Snúningsviðnámið er oft um 3 Ohm. Fyrir nákvæmt gildi, vinsamlegast skoðaðu verksmiðjugögnin.

Stator:
Rafallalinn sem notaður er í nánast alla bíla er þriggja fasa alternator. Þetta þýðir að alternatorinn er gerður úr þremur stator spólum sem eru tengdir við einn stator kjarna og rotor. Hver stator spólu framleiðir sína eigin myndaða riðspennu. Vegna þess að allar stator spólur eru festar í 120 gráðu horni hver við aðra, eru myndaðar spennur einnig færðar um 120 gráður í fasa. Þessar spennur eru leiðréttar með þremur neikvæðum og þremur jákvæðum díóðum (svo samtals sex díóða).

Statorkjarninn er gerður úr staflaðum plötum sem eru aðskildar frá hvor öðrum með einangrunarefni. Statorkjarninn styrkir segulsviðið í alternatornum og eykur þannig spennuna sem myndast. Hægt er að tengja statorspólurnar á tvo vegu; með þríhyrningstengingu (þekkjanleg á 3×2 tengingum) og stjörnutengingu (4 tengingar, þar af 3 lausar tengingar og ein tenging þar sem 3 endar spólanna eru tengdir innbyrðis. Stjörnutengingin er algengust , vegna þess að það gerir hraðari háspennu hægt að ná. Delta tengingin er notuð fyrir dynamos sem þurfa að veita mikið afl.
Um leið og stator spóla kemst í snertingu við stator kjarna (jörð stutt) eða ef ein spólan er rofin (vírbrot), virkar statorinn ekki lengur rétt. Hægt er að nota margmæli til að athuga hvort það sé jarðtenging eða vírbrot. Undir einu skilyrði; stator spólurnar verða að vera aftengdar; báðir endar ættu ekki að hafa samband við aðra íhluti. Oft dugar ólóðun. Viðnám spólanna verður að vera mjög lítið; um 0,05 ohm. Viðnámið milli stator spólanna og stator kjarna verður að vera óendanlega mikið. Ef það er viðnám (ef það er mjög hátt) þá er tenging.

Myndin hér að neðan sýnir sundurtættan stator og snúning. Í raun og veru snýst snúningurinn í statornum og þeir snerta bara ekki hvor annan.

Forörvun, sjálfsörvun og hleðslustraumur:

Forkraftur:
Vélin er stöðvuð og gaumljósið logar. Forörvunarstraumurinn fer til jarðar í gegnum rafhlöðuna, kveikjulásinn, snúninginn og stjórnandann. Þetta er mögulegt vegna þess að Zener díóðan í spennustillinum er slökkt og grunnstraumurinn T1 er gerður leiðandi vegna þess að T2 hættir að leiða.

Sjálfstyrking:
Þegar vélin er ræst er snúningurinn gerður nægilega segulmagnaður til að skipta yfir í sjálförvun. Sjálförvunarstraumurinn fer síðan um leiðréttingardíóðurnar (neikvæð hlið) að statorspólunni, síðan um sviðdíóðurnar til snúningsins og um þrýstijafnarann til jarðar.

Hleðslustraumur:
Riðspenna myndast í statorspólunni vegna þess að snúningurinn snýst í gegnum hana. Græna línan markar leiðina sem straumurinn rennur frá stator spólu V. Straumurinn er leiðréttur með leiðréttingardíóða (frá riðspennu í jafnspennu) og fer um tengingu B+ til rafhlöðunnar og neytenda.

Hleðslustraumurinn sem fer til rafhlöðunnar og neytenda í gegnum alternator tenginguna B+ sér fyrir öllu aflgjafa fyrir bílinn. Þegar slökkt er á vélinni gefur alternatorinn ekki afl. Allir neytendur munu því nota rafmagn frá rafhlöðunni.
Þegar vélin er í gangi, verður rafstraumurinn að geta veitt nægilegt afl til að sjá fyrir öllum neytendum. Þegar vélin er í gangi er aldrei ætlað að nota afl frá rafhlöðunni. Hleðslustraumur alternators fer eftir fjölda neytenda og hleðslustöðu rafhlöðunnar. Hámarks hleðslustraumur er tilgreindur á alternatornum (venjulega á milli 60 og 90A).

Auðvelt er að athuga hleðsluspennu alternators ef vafi leikur á hvort alternatorinn hleðst rétt eða ekki. Með því að mæla jákvæða og neikvæða pólinn á rafgeyminum með spennumæli (margmæli) á meðan vélin er í gangi (spennan frá alternatornum er beint á þetta) er hægt að athuga hvort alternatorinn hleðst rétt:

Ef spennan er um 14,2 volt þegar vélin er í gangi virkar alternatorinn eins og hann á að gera
Ef spennan er 13,8 volt er rafhlaðan næstum full og slökkt á neytendum. Rafallalinn þarf ekki að gefa mikla spennu og gerir það því ekki. Hleðsluspennan er bara fín
Ef spennan er 12,4 volt eða lægri veistu að alternatorinn er ekki að hlaða rétt. Þetta er spennan sem full rafhlaða hefur líka. Svo það er vandamál með alternatorinn.
Ef spennan er lægri en 12,4 volt hleðst alternatorinn ekki lengur. Rafhlaðan mun halda áfram að tæmast þar til spennan nær 8 volt. Þá stöðvast vélin og ekkert virkar lengur.

Í síðara tilvikinu, þ.e. þegar alternatorinn hleður ekki lengur, getur þú valið að skipta um alternator. Þetta er oft mjög dýrt og ódýrara að leita að endurgerðum alternator. Það eru mörg endurskoðunarfyrirtæki sem taka alternatorinn alveg í sundur og gera hann eins og nýjan aftur. Þetta getur sparað (meira) en helming nýverðs.
Gakktu úr skugga um að þegar þú skiptir um alternator, aftengir þú neikvæðu tengið frá rafhlöðunni! Ef þú gerir þetta ekki og B+ tengið (sem þú tekur af alternatornum) snertir yfirbygginguna eða málmvélarkubbinn færðu neista vegna skammhlaups. Dýrar rafeindastýringar geta þá orðið gallaðar.

Spennustillir:
Þegar spennan fer upp fyrir reglubundna spennu kviknar á Zener díóðunni (á skýringarmyndinni hér að ofan) sem veldur því að grunnur T1 er tengdur við jörð með T2. T1 slokknar, segulsviðið hverfur og veldur því að rafspennan lækkar.
Þetta veldur því að straumur snúnings bilar, sem veldur því að alternatorinn hleður ekki aftur í stuttan tíma. Með því að kveikja og slökkva stöðugt á T1 er spennan stillt.

Myndin sýnir lausan snúning með lausum spennujafnara sem haldið er á móti. Spennustillirinn er festur á milli D+ og DF tenginga alternatorsins og dregur kolbursta hans yfir snúninginn. Þegar kveikt er á neytanda (t.d. lýsingu) mun hleðslustraumurinn lækka í stutta stund úr 14,4 í 13,8 volt. Spennustillirinn gleypir þetta og mun fljótt stilla spennuna hærra í 14,4 volt.

Hér að neðan má sjá 2 umfangsmyndir sem mældar voru við DF tengingu alternators. Þessi merki eru send áfram til stýrieiningarinnar. Svo það sé á hreinu er snúningurinn segulmagnaður neðst á báðum myndunum.

Merkið á línuritinu var mælt á meðan kveikt var á fáum eða engum neytendum. Rótorinn er því í lágmarki segulmagnaður. Vinnulotan hér er um það bil 10%.

Merkið á grafinu hér að neðan var mælt á meðan kveikt var á mörgum neytendum. Hér er mun meira spennt á snúningnum til að ná 14,4 volta hleðslustraumnum. Vinnulotan hér er um það bil 50%.

Dynamo tengingar:

B+ fer í rafhlöðuna; Í gegnum þetta fara hleðsluspennan og hleðslustraumurinn.
D+ er stýrispenna snúningsins til að stilla rafspennu.
D- er massi alternatorsins.
W er tengi sem áður var notað fyrir snúningshraðamæla gamalla dísilvéla. Nú á dögum er það ekki lengur til.
DF eða LIN eru mögulegar tengingar til að stjórna örvun snúningsins frá vélstjórnarkerfinu.

Leiðréttingardíóða:
Rafallinn gefur riðspennu en vegna þess að eingöngu er jafnspenna í bílnum þarf að breyta riðspennunni (AC) í jafnspennu (DC). Þetta er gert með leiðréttingardíóðunum. Díóða leyfa aðeins straumi að flæða í eina átt. Jákvæði hluti riðstraumsins er notaður, neikvæði hlutinn tapast.

Myndin sýnir sundurbyggða díóðabrú. Rauði mælipinna vísar á eina af litlu díóðunum þremur.
Jákvæðu díóðurnar eru hinum megin við díóðabrúna. Nagurinn er B+ tengið sem þykki kapallinn sem fer í rafhlöðuna er festur á.

Þetta er meginreglan um einfasa alternator. Á myndinni hér að ofan (hægra megin) má sjá að fasinn er stöðugt rofinn, það er engin spenna í smá stund og svo kemur aftur fasi. Þannig að engin spenna myndast í hlutanum á milli fasanna. Til að koma í veg fyrir þetta eru stjörnu- og deltatengingar notaðar í þriggja fasa alternatorum. Þetta gefur niðurstöðuna hér að neðan.
Myndin hér að neðan sýnir 3 mismunandi liti; svartur, rauður og blár. Þetta eru allt aðskildir áfangar. Myndin sýnir að það er mikið bil á milli, til dæmis svörtu fasanna. Þetta rými er brúað með því að tengja hina áfangana. Þetta skapar hægfara aflgjafa.

Gára spenna:
Eftir að spennan hefur verið leiðrétt með leiðréttingardíóðunum verður alltaf smá gára eftir. Merkið er aldrei gott og flatt. Gáraspennan má aldrei fara yfir 500 mV þar sem það gæti valdið bilunum eða göllum í rafeindabúnaði bílsins.
Myndin sýnir umfangsmynd sem var mæld á rafhlöðunni. Þessi mynd mun breytast þegar snúningshraði hreyfilsins breytist eða þegar kveikt er á neytendum.

Spennustillir:
Spennustillirinn kveikir og slökkir á segulsviðinu með því að kveikja og slökkva á straumnum í gegnum snúninginn. Spennustillirinn sér til þess að hleðsluspennan haldist stöðug (á milli 13,2 og 14,6 volt). Stig hleðsluspennunnar fer meðal annars eftir hraðanum. Því hraðar sem sveifarásinn snýst, því hraðar mun snúningurinn snúast. Ef spennan væri ekki stillt gæti hún farið upp í 30 volt á miklum hraða. Þetta kemur í veg fyrir með spennustillinum. Myndin sýnir sérstakan spennujafnara. Í flestum tilfellum er þetta sýnilega fest við alternatorinn.

Spennan sem myndast veltur ekki aðeins á hraða mótorsins heldur einnig fjölda stator snúninga og styrk segulsviðs snúningsins. Fjöldi stator snúninga er ákvarðaður þegar alternatorinn er hannaður, en hægt er að stjórna segulsviðsstyrk snúningsins. Hægt er að draga úr þessu með því að slökkva og kveikja á snúningnum mjög hratt. Ef spennan verður há slokknar á snúningnum. Ef spennan er of lág er kveikt á snúningnum aftur. Með því að gera þetta mjög hratt í röð skapast meðalstyrkur á sviði. Hleðsluspennan helst því stöðug eins og hægt er.

Þegar spennan á jákvæðu skautum alternatorsins (D+) er lægri en stillispennan, rennur straumur frá D+ í gegnum snúninginn að D- (neikvæð tengi) og myndast spenna í alternatornum. Mynduð spenna er stillt á D+ aftur. Þegar spennan á D+ er hærri en stillingarspennan er Zener spennunni náð (sjá myndina hér að neðan) sem veldur því að smári T2 kviknar á. Smári T1 leiðir þá ekki þannig að ekki getur meiri straumur flætt í gegnum snúninginn. Þannig er slökkt á segulsviðinu þannig að hleðsluspennan lækkar. Þessi spenna heldur áfram að lækka þar til Zener spennunni er ekki lengur náð. Í kjölfarið mun smári T2 slökkva og T1 leiða aftur. Þessi hringrás er stöðugt endurtekin.

Friðhjól:
Nú á dögum eru margir alternatorar búnir yfirkeyrslu (sjá mynd hér að neðan). Aðeins er hægt að aka þessum hjólum í eina átt. Þegar margribba beltið er fjarlægt úr trissunni og þú snýrð trissunni með höndunum muntu taka eftir því að innra hlutar alternatorsins snýst aðeins í eina átt og er kyrrstætt í hina áttina. Þetta kerfi er til að vernda fjölbeltið. Þegar vélin gengur á miklum hraða og inngjöfinni er sleppt í einu, mun snúningshraði vélarinnar lækka hratt. Öflugur dynamo getur hægst aðeins á hraðar. Þessi hraði lækkar hægar en vélarhraði. Afleiðingin af þessu er sú að fjölbeltið verður fyrir meira álagi og í versta falli skorið í tvennt því fjölbeltið þarf þá að hægja á alternatornum. Með fríhjóli hreyfist alternatorinn við hröðun en keyrir á sínum eigin hraða þegar hann hægir á sér.

Trissan er fest með þræðinum á skaftið á snúningnum (sjá mynd að ofan). Ytri hluti trissunnar ber aðeins innri hlutann með sér í eina snúningsstefnu. Lokunarbúnaðurinn tryggir að innri hlutinn klemmast að ytri hlutanum. Þá verður heilri trissunni læst þannig að alternatorinn er knúinn áfram af fjölbeltinu. Þegar þú sleppir inngjöfinni snýst innri hlutinn á meiri hraða en ytri hlutinn; vélarhraði hefur lækkað hraðar en snúningshraði. Lokunarbúnaðurinn er þá ekki í gangi sem þýðir að kúlulegirnar leyfa snúningnum að hafa annan hraða en sveifarásinn.

Myndin sýnir alternator sem er útbúinn með yfirkeyrslu.

Öndunarvél:
Rafallalinn hitnar þegar hann þarf að veita orku. Til að koma í veg fyrir að það ofhitni verður það að kæla. Viftan innan við alternatorinn veitir kælingu. Nú á dögum eru líka alternatorar sem eru tengdir við kælikerfi vélarinnar. Kælivökvinn veitir kælingu.

Endurheimt orku:
Ef alternatorinn er að hlaða hámarksgetu (með mörgum neytendum kveikt á), mun auka eldsneytisnotkun eiga sér stað. Þetta er vegna þess að alternatorinn mun snúast þyngra vegna þess að segulsviðið í statornum verður meira. Segulsviðið mun valda því að snúningurinn snýst þyngra og sveifarásinn verður að toga meira í fjölbeltið til að hreyfa hann. Nú á dögum hafa bílaframleiðendur fundið handhæga lausn á þessu. Rafallalinn hleður alltaf, en mun ekki einfaldlega endurhlaða í hámarksgetu við akstur (nema rafhlaðan sé raunverulega tóm). Hámarks endurhleðsla á sér stað þegar bíllinn hemlar með vélinni. Svo þegar ökumaður tekur fótinn af bensíngjöfinni og lætur bílinn renna (t.d. við umferðarljós eða á hraðbrautarafrein). Bíllinn eyðir ekki eldsneyti á slíku augnabliki og hreyfiorka (hreyfingarorka) ökutækisins tryggir að bíllinn haldi áfram að rúlla. Rafhlaðan er nú fullhlaðin þar til ýtt er aftur á bensíngjöfina. Á því augnabliki tryggir alternatorinn að spennuframboðið haldist stöðugt.
Þessi hleðsluaðferð leiðir til minni eldsneytisnotkunar.

Mögulegir gallar á alternator:
Það getur verið fjöldi dæmigerðra vandamála eða galla í alternatornum. Tæknimaðurinn veit oft hvað hann eða hún getur athugað eða mælt næst. Hér að neðan eru nokkrar dæmigerðar kvartanir:

Gaumljósið fyrir hleðslustraum kviknar venjulega við forspennu, en slokknar aðeins þegar vélin gengur á meiri hraða; galli í alternator (líklega biluð sviðsdíóða).
Sama kvörtun og að ofan, aðeins það kviknar einnig veikt þegar vélin gengur á miklum hraða eða þegar kveikt er á mörgum neytendum; galli í alternator (líklega biluð díóða).
Gaumljósið fyrir hleðslustraum logar veikt við forspennu, en slokknar aðeins þegar vélin gengur á meiri hraða; (líklega galli í alternator eða galli í raflögnum eða tengingum hans).
Gaumljósið fyrir hleðslustraum kviknar ekki við forspennu eða þegar vélin er í gangi; (gallaður alternator, léleg raflögn/tengingar eða gallað gaumljós fyrir hleðslustraum).

Athugun á hleðsluspennu og hleðslustraumi:
Orkumagnið sem alternatorinn gefur fer eftir getu hans og því sem neytendur og rafhlaðan sem er kveikt á þurfa. Til dæmis þarf alternatorinn að geta veitt 100A til að sjá fyrir öllum neytendum og hlaða tóma rafhlöðu á sama tíma. Orkumagn rafstraumsins fer niður í næstum núll þegar rafhlaðan er full og kveikt er á engum neytendum. Hámarksgeta alternators er oft tilgreint á tegundarplötu eða á límmiða á alternatornum. Þetta er oft á milli 65A og 120A. Þetta er oft sýnt sem hér segir: 14V 17/85A. Þetta þýðir: stillt spenna (14V), hleðslustraumur (17A) við 1800 snúninga á mínútu og hleðslustraumur (85A) við 6000 snúninga á mínútu alternators (ekki hraða sveifarásar).

Ef galli er í alternatori eða í snúru getur hámarksafköst ekki náðst við hámarksálag. Þetta er hægt að athuga með því að athuga hleðslustrauminn. Þetta er hægt að gera með því að hlaða alternatorinn eins hátt og hægt er með sérstökum prófunarbúnaði þegar vélin er í gangi eða með því að kveikja á eins mörgum notendum og hægt er (svo sem sætishitun, afturrúðuhitun, öll lýsing, viftumótor á hæstu stillingu , o.s.frv.). Hægt er að ákvarða gildi hleðslustraumsins með því að nota a núverandi klemma vera athugað. Mælt gildi verður að samsvara því gildi sem tilgreint er á alternatornum.
Hægt er að athuga stilltu spennuna með því að nota Multimeter mæla spennuna á milli B+ tengisins og jarðar við aukinn snúningshraða vélarinnar (2000 rpm). Stýrð spenna ætti að vera á milli 13.8 volt og 14.5 volt.
Til að athuga hvort raflögnin séu rétt er hægt að mæla spennumuninn á milli jákvæða póls rafgeymisins og B+ tengingar alternators; spennan verður að vera lægri en 0,3V. Ef ekki, þá er vandamál með snúruna eða tengingar kapalsins.
Ef jarðrásin er ekki góð muntu ekki aðeins lenda í vandræðum með hleðslukerfið, heldur einnig með öðrum kerfum. Jarðrásina er hægt að athuga með því að keyra vélina á 2000 snúningum á mínútu og tengja spennumæli á milli neikvæða tengi rafgeymisins og alternatorhússins. Þessi spenna verður einnig að vera minni en 0,3V.