Transcript Alternatorul - fizica-mv

Alternatorul
Realizat de:
Catalina Negritas
Lea Macelar
Opris Rebeca
Ficut Florina
Taut Larisa
ALternatorul
Alternatorul este o mașină
electrică de curent alternativ,
trifazat. Acesta este antrenat de
motorul termic prin intermediul
curelei de accesorii. În funcție de
sistemele electronice din dotarea
unui automobilul, consumul de
energie electrică maxim poate
ajunge la valori de 1.7 – 2 kW.
Alternatorul trebuie să fie capabil
să producă acestă energie și în
plus să încarce bateria de
acumulatori. Majoritatea
automobilelor moderne sunt
echipate cu alternatoare cu rotor
cu poli în formă de gheare.
Rotorul produce un câmp
magnetic alternant care induce în
statorul alternatorului un curent
electric sinusoidal.
Cerințele ce se impun alternatorului sunt:
-să producă energia electrică necesară alimentării tuturor consumatorilor electrici de
la bordul automobilului
-să producă energia electrică necesară încărcării bateriei de acumulator, indiferent de
consumul de energie al sistemelor electrice a automobilului
-să producă energia electrică necesară indiferent de turația de funcționare a motorului
termic.
-să genereze o tensiune electrică constantă indiferent de regimul de funcționare al
motorului
-să aibă un raport putere/masă cât mai mic
-să fie fiabil, să funcționeze fără zgomot și să reziste la contaminări
-să nu necesite întreținere
Fluxul de energie electrică la pornirea motorului și în
timpul funcționării acestuia
Alternator auto –
secțiune
1.carcasă (masă)
2.stator
3.rotor
4.regulator de
tensiune
5.rulment
6.inele colectoare
7.punte redresoare cu
diode
8.ventilator posterior
9.ventilator anterior
10.rulment
Statorul
Statorul este compus din tole
metalice peste care sunt înfășurate
conductori din cupru care reprezintă
cele 3 faze ale alternatorului (A, B și C).
Înfășurările celor trei faze ale statorului
sunt conectate în stea, fiecare fază
având un fir de legătură cu puntea
redresoare. Pentru a produce tensiune
electrică în înfășurările statorului este
nevoie de un câmp magnetic rotitor.
Acest câmp magnetic este produs de
rotor. Poziționat pe un arbore, rotorul
conține o înfășurate rotorică și o
pereche de poli în formă de gheare.
Fiecare pereche de gheare succesive
formează doi magneți aparenți (N-S)
care generează un câmp magnetic.
Pentru a avea un randament superior
rotorul conține de la 12 până la 16 poli.
Alternatorul auto –
rotorul (poli în
formă de gheare)
Înfășurarea rotorului
este alimentată cu energie
electrică prin intermediul
unor inele colectoare.
Acestea sunt din bronz și
sunt în contact cu două
perii din grafit. În funcție
de tensiunea de
alimentare a rotorului se
variază intensitatea
câmpului magnetic și
implicit a tensiune
electrice produse de
alternator.
Generarea curentului electric trifazat la un
alternator auto
Principiul de funcționare este relativ simplu. Câmpul magnetic generat de rotor va
produce pe fiecare fază a statorului un curent electric sinusoidal. În animația de mai
sus, pentru a înțelege modul de funcționare, rotorul este reprezentat cu 2 poli (N-S)
iar statorul cu doar 3 înfășurări. În realitate, pentru creșterea randamentului
alternatorului, rotorul conține minim 12 poli iar statorul are înfășurări multiple ce
alternează între cele 3 faze (A, B și C).
Curentul electric produc de înfășurările statorului
alternatorului
Alternatorul, fiind o mașină electrică de curent alternativ, are
randament ridicat. Problema este că bateria are nevoie de curent
continuu pentru a putea fi încărcată. De asemenea toți
consumatorii electrici ai automobilului sunt de curent continuu.
Trecerea de la curent alternativ la curent continuu se face
utilizând o punte redresoare cu diode.
Punte redresoare pentru alternator
Puntea redresoare conține 6 diode integrate într-un radiator de
aluminiu. Pentru fiecare fază a alternatorului sunt utilizate câte 2 diode
pentru a transforma curentul alternativ în curent electric. De asemenea
puntea redresoare cu diode mai are rolul să blocheze curgerea curentului
din baterie spre alternator, în cazul în care tensiunea alternatorului scade
sub tensiunea bateriei. Puntea redresoare este integrată în carcasa
alternatorului în partea posterioară.
Circuitul electric simplificat al alternatorului
Cele 3 faze ale statorului produc curent electric sinusoidal.
Fiecare fază a statorului este conectată între două diode din
puntea redresoare. Una din cele două diode se numește diodă
pozitivă iar cealaltă diodă negativă.
Generarea curentului electric în statorul
alternatorului
În exemplul de mai sus
fazele A și B sunt parcurse
de curent electric.
Terminalul fazei A este
negativ iar terminalul B este
pozitiv. Cele două faze sunt
conectate în serie curentul
electric produs fiind utilizat
pentru alimentarea bateriei.
După redresare curentul
electric va avea tot timpul
valori pozitive (vezi imaginea
de mai jos).
Puntea redresoare va genera doar curent electric pozitiv. Datorită alternanței
fazelor statorului curentul electric ce intră în baterie nu va fi pulsator ci va fi format
doar din vârfurile de curent ale fiecărei faze.
Frecvența curentului produs de alternator depinde de turația rotorului și de
numărul de poli magnetici.
f = p*n / 60
f – frecvența curentului alternatorului [Hz]
p – numărul de perechi de poli [-]
n – turația rotorului [rot/min]
Turația rotorului este de două ori mai mare decât turația motorului termic. Astfel la
o turație de ralanti a motorului termic de 1000 rot/min, pentru un alternator cu 6
perechi de poli (12 poli), frecvența curentului electric produs va fi:
f = 6*2000 / 60 = 200 Hz
Pentru a preveni supraîncărcarea bateriei de acumulatori, tensiunea generată de
alternator trebuie să se mențină tot timpul constantă, indiferent de regimul de
funcționare al motorului și de consumul de energie electrică a automobilului.
Alternator auto - regulator de tensiune + perii de grafit
Regulatorul de tensiune are rolul de a controla tensiunea de alimentare a rotorului.
Astfel se controlează intensitatea câmpului magnetic al rotorului deci implicit tensiunea
electrică indusă în stator. Tensiunea generată de alternator trebuie menținută în jurul
valorii de 14.2 V. Regulatorul de tensiune este integrat în carcasa alternatorului și se
montează pe suportul periilor de grafit.
Pentru răcirea alternatorului sunt utilizate ventilatoare care sunt montate în interiorul
carcasei sau în exterior în partea frontală. De asemenea puntea diodele punții
redresoare sunt imersate în radiatoare metalice pentru a disipa căldura generată în
timpul funcționării.
Alternatoarele moderne conțin atât puntea redresoare cât și regulatorul de tensiune.
Conectorii electrici ai alternatorului variază în funcție de tipul și marca alternatorului
Conexiunile electrice ale alternatorului
1.conector baterie (BAT)
2.mufă cu 1 sau 2 conexiuni
Alternatoarele au minim doi
conectori electrici:
-BAT – conectorul către borna
pozitivă a bateriei de acumulatori
-L (Lamp) – conector masă (-)
lampă defect sistem de încărcare
În plus, în funcție de producător
și timpul alternatorului mai pot
exista următoarele conexiuni
electrice:
-IG (Ignition) – conector pentru
contact, alimentează regulatorul
de tensiune
-S (Sensing) – conector pentru
citirea tensiunii bateriei
-GND (Ground) – conector la
masa regulatorului de tensiune (-)
Automobilele care au sistem inteligent de management al
consumului energiei electrice controlează curentul debitat de
alternator în funcție de punctul de funcționare al motorului termic.
Mai mult, bateria de acumulatori, specială, alimentează
consumatorii electrici și în momentul funcționării motorului.
Avantajul constă în faptul că alternatorul este controlat astfel încât
să producă curent electric în fazele de frână de motor și în
punctele de funcționare cele mai economice ale motorului termic.
Rezultatul este un consum de putere mai mic al alternatorului și un
randament global mai bun al motorului ce are ca impact scăderea
consumului de combustibil.