Generator (bil) - Alternator (automotive)
En generator er en type elektrisk generator, der bruges i moderne biler til at oplade batteriet og til at drive det elektriske system, når motoren kører.
Indtil 1960'erne, biler brugte DC dynamo generatorer med kommutatorer . Som silicium diode ensrettere blev bredt tilgængelige og overkommelige, generatoren gradvist erstattet dynamoen. Dette blev fremmet af den stigende elektriske kraft, der kræves til biler i denne periode med stigende belastning fra større forlygter, elektriske viskere, opvarmede bagruder og andet tilbehør.
Historie
Den moderne type køretøjsgeneratorer blev først brugt til militære anvendelser under Anden Verdenskrig til at drive radioudstyr på specialkøretøjer. Efter krigen kunne andre køretøjer med høje elektriske krav - såsom ambulancer og radiotaxi - også være udstyret med valgfri generatorer.
Generatorer blev først introduceret som standardudstyr på en produktionsbil af Chrysler Corporation på Valiant i 1960, flere år foran Ford og General Motors .
Magneter i tidlige biler
Nogle tidlige biler, som Ford Model T , brugte en anden slags opladningssystem: en motordrevet magneto, der genererede lavspændings vekselstrøm, der blev leveret til rysten , hvilket gav den høje spænding, der var nødvendig for at generere tændingsgnister. (Dette var forskelligt fra en ægte antændelsesmagneto , der genererer høj spænding direkte.) Da et sådant magnetosystem kun var afhængig af motorens bevægelse for at generere strøm, kunne det endda bruges, når en manuelt startet motor startes, forudsat at kranken blev trukket skarpt , så magnetoen ville producere tilstrækkelig strøm til spolerne til at skabe gode gnister.
Model T indbyggede sin magneto i motorens svinghjul. Den første Model Ts brugte magnetoen udelukkende til trembler-spoletænding. Begyndende med modelåret 1915 tilføjede Ford elektriske forlygter, også drevet af magneto. Magnetokredsløbet var strengt vekselstrøm uden batteri inkluderet. (Der var en kontakt på tændspolerne for at bruge et batteri i stedet, hvilket kunne være nyttigt, når man startede i koldt vejr, men Ford hverken leverede et batteri eller opmuntrede det til brugen af et, før det introducerede en elektrisk starter i 1919. Ejeren skulle selv installere batteriet og oplade det eksternt.)
Fra og med modelåret 1919 opgraderede Ford Model T til at omfatte en elektrisk starter, som var standard for nogle modeller og valgfri for andre. Denne starterinstallation omfattede også et batteri, der blev opladet af en konventionel dynamo, og lysene blev nu drevet af batteriet. Svinghjulsmagneten drev dog stadig tændingen, og da modeller uden starter ikke havde noget batteri, fortsatte de med at bruge magnetodrevne lys.
Fordele i forhold til dynamoer
Generatorer har flere fordele i forhold til jævnstrømsgeneratorer ( dynamoer ). Generatorer er:
- Lettere, billigere og mere robuste
- Kan give nyttig opladning ved tomgangshastighed
- Brug glideringe , der har en meget længere levetid for børsten over en kommutator (eller helt børsteløse designs)
- Børsterne i en generator bærer kun DC- exciteringsstrøm, hvilket er en lille brøkdel af strømmen, der bæres af børsterne fra en DC-generator, som bærer generatorens hele output
Et sæt ensrettere ( diode bridge ) er påkrævet for at konvertere AC til DC . For at give jævnstrøm med lav rippel anvendes en flerfasevikling, og rotorens polstykker er formet (klo-pol). Automotive vekselstrømsgeneratorer er normalt bælte -driven på 2-3 gange krumtapakslen hastighed, hastigheder, der kan forårsage en kommutator til at flyve fra hinanden i en generator. Generatoren kører ved forskellige omdrejninger (hvilket varierer frekvensen), da den drives af motoren. Dette er ikke et problem, fordi vekselstrømmen er rettet til jævnstrøm .
Generatorregulatorer er også enklere end for generatorer. Generatorregulatorer kræver et udskæringsrelæ for at isolere udgangsspolerne (ankeret) fra batteriet ved lav hastighed; at isolering tilvejebringes af generatorens ensretterdioder. Også de fleste generatorregulatorer inkluderer en strømbegrænser; generatorer er i sagens natur strømbegrænsede.
Operation
Klopoledesignet producerer en vekselstrømsbølgeform, der er mere effektivt rettet end en sinusbølge.
På trods af deres navne producerer både 'DC-generatorer' (eller 'dynamoer') og 'generatorer' oprindeligt vekselstrøm. I en såkaldt 'DC-generator' genereres denne AC-strøm i det roterende anker og konverteres derefter til DC af kommutatoren og børsterne. I en 'generator' genereres vekselstrømmen i den stationære stator og konverteres derefter til jævnstrøm af ensrettere (dioder).
Typiske personbiler og generatorer til lette lastbiler bruger Lundahl eller 'klo-pol' feltkonstruktion. Dette bruger en formet jernkerne på rotoren til at producere et flerpolet felt fra en enkelt spolevikling. Rotorens poler ligner fingrene på to hænder, der er sammenflettet med hinanden. Spolen er monteret aksialt inde i denne, og feltstrøm leveres af glidringe og kulbørster. Disse generatorer har deres felt- og statorviklinger afkølet af aksial luftstrøm, produceret af en ekstern blæser fastgjort til drivremskiven.
Moderne køretøjer bruger nu det kompakte generatorlayout. Dette er elektrisk og magnetisk ens, men har forbedret luftkøling. Bedre køling tillader mere strøm fra en mindre maskine. Huset har karakteristiske radiale udluftningsslidser i hver ende og lukker nu blæseren. Der anvendes to blæsere, den ene i hver ende, og luftstrømmen er halvradial, ind i aksialt og efterlades radialt udad. Statorviklingerne består nu af et tæt centralt bånd, hvor jernkernen og kobberviklingerne er tæt pakket, og endebåndene, hvor viklingerne er mere udsatte for bedre varmeoverførsel. Den tættere kerneafstand fra rotoren forbedrer magnetisk effektivitet. De mindre lukkede blæsere producerer mindre støj, især ved højere maskinhastigheder.
Generatorer kan også vandkøles i biler.
Større køretøjer kan have markante pol- generatorer svarende til større maskiner.
Viklingerne på en 3-faset generator kan forbindes ved hjælp af enten delta- eller stjerne ( wye ) -forbindelsesregimet.
Børsteløse versioner af denne type generatorer er også almindelige i større maskiner som motorvejsbiler og jordbearbejdningsmaskiner. Med to overdimensionerede aksellejer som de eneste sliddele, kan disse yde ekstrem lang og pålidelig service, endog overstige intervallet for motoreftersyn.
Markregulering
Bilgeneratorer kræver en spændingsregulator, der fungerer ved at modulere den lille feltstrøm for at producere en konstant spænding ved batteripolerne. Tidlige designs brugte en diskret enhed monteret andetsteds i køretøjet. Mellemliggende designs (ca. 1970-90'erne) inkorporerede spændingsregulatoren i generatorhuset. Moderne design fjerner spændingsregulatoren helt; spændingsregulering er nu en funktion af motorstyringsenheden (ECU). Feltstrømmen er meget mindre end generatorens udgangsstrøm; for eksempel kan en 70 A- generator kun have brug for 2-3 A feltstrøm. Feltstrømmen tilføres rotorviklingerne med glideringe. De ringe og relativt glatte ringe sikrer større pålidelighed og længere levetid end den, der opnås af en jævnstrømsgenerator med dens kommutator og højere strøm, der føres gennem dens børster.
Markviklingerne forsynes med strøm fra batteriet via tændingskontakten og regulatoren. Et parallelt kredsløb forsyner advarselsindikatoren "opladning" og jordes via regulatoren (det er derfor, indikatoren er tændt, når tændingen er tændt, men motoren ikke kører). Når motoren kører, og generatoren genererer strøm, føder en diode feltstrømmen fra generatorens hovedudgang, der udligner spændingen over advarselsindikatoren, der slukker. Den ledning, der forsyner feltstrømmen, omtales ofte som "exciter" -ledningen. Ulempen ved dette arrangement er, at hvis advarselslampen brænder ud, eller "exciter" -ledningen frakobles, når ingen strøm til feltviklingerne, og generatoren genererer ikke strøm. Nogle advarselsindikatorkredsløb er udstyret med en modstand parallelt med lampen, der tillader exciteringsstrøm at strømme, hvis advarselslampen brænder ud. Føreren skal kontrollere, at advarselsindikatoren er tændt, når motoren er stoppet; ellers kan der ikke være nogen indikation af svigt i bæltet, som også kan drive køling vandpumpe . Nogle generatorer ophidser sig selv, når motoren når en bestemt hastighed.
I de senere år er generatorregulatorer forbundet med køretøjets computersystem, og forskellige faktorer, herunder lufttemperatur opnået fra indsugningstemperaturføler, batteritemperaturføler og motorbelastning, evalueres ved justering af spændingen, der leveres af generatoren.
Udgangsstrøm
Ældre biler med minimal belysning kan have haft en generator, der kun kan producere 30 ampere . Typiske personbiler og lette lastbilsgeneratorer er klassificeret omkring 50–70 A, selvom højere ratings bliver mere almindelige, især da der er større belastning på køretøjets elektriske system med aircondition , elektrisk servostyring og andre elektriske systemer. Meget store generatorer, der bruges på busser, tungt udstyr eller udrykningskøretøjer, kan producere 300 A. Semi-lastbiler har normalt generatorer, der leverer 140 A. Meget store generatorer kan være vandkølet eller oliekølet.
Effektivitet
Effektiviteten af bilgeneratorer er begrænset af ventilatorkøletab, lejetab, jerntab, kobbertab og spændingsfaldet i diodebroerne. Effektiviteten reduceres dramatisk ved høje hastigheder, hovedsageligt på grund af blæsermodstand. Ved medium hastighed er effektiviteten af nutidens generatorer 70-80%. Dette better meget små højtydende permanentmagnet-generatorer, som dem der bruges til cykelbelysningssystemer , der opnår en effektivitet på omkring 60%. Større elektriske maskiner med permanent magnet (der kan fungere som motorer eller generatorer) kan i dag opnå meget højere effektivitet. Pellegrino et al. Foreslår for eksempel ikke særlig dyre designs, der viser rigelige regioner, hvor effektiviteten er over 96%. Store vekselstrømsgeneratorer, der bruges i kraftværker, kører med omhyggeligt kontrollerede hastigheder og har ingen begrænsninger for størrelse eller vægt. De har meget høje effektiviteter så høje som 98%.
Hybride køretøjer
Hybride biler udskifter den separate generator og startmotor med en eller flere kombinerede motor / generator (er) (M / G'er), der starter forbrændingsmotoren, leverer en del eller hele den mekaniske effekt til hjulene og oplader et stort lagerbatteri . Når mere end en M / G er til stede, som i Hybrid Synergy Drive, der bruges i Toyota Prius og andre, kan man fungere som en generator og føde den anden som en motor, hvilket giver en elektromekanisk sti, hvor noget af motorkraften kan strømme til hjulene. Disse motorer / generatorer har betydeligt mere kraftfulde elektroniske enheder til deres kontrol end bilgeneratoren beskrevet ovenfor.