Alternator

Budowa i działanie alternatora.

Rys. 1.    Budowa alternatora : 1-dioda prostownicza prądowa, 2-radiator diod prostowniczych masowych, 3-pierścień ślizgowy uzwojenia wzbudzenia,  4-uzwojenie trójfazowe stojana, 5,6-łożyska toczne wałka magneśnicy, 7-szczotka, 8-jarzmo stojana, 9-rdzeń pazurowy magneśnicy, 10-wentylator 

Stator (nazywany też stojanem - przyp. tłum.) jest nieruchomą częścią alternatora. Zbudowany jest z izolowanej stalowej ramki z nawiniętymi 3 uzwojeniami. Elektrycznie uzwojenia te są rozłożone co 120 stopni na obwodzie statora. 
Rotor (nazywany też wirnikiem ) jest elektromagnesem zasilanym poprzez pierścienie ślizgowe i szczotki. Kiedy pole magnetyczne wytwarzane przez rotor omiata uzwojenia statora, indukowany jest w nich prąd o przebiegu sinusoidalnym. W rezultacie otrzymujemy 3 napięcia przemienne; każde jest przesunięte w fazie o 120 stopni w stosunku do sąsiednich (czyli napięcie 3-fazowe). 
Aby przetworzyć prąd sinusoidalny na stały, niezbędny do ładowania akumulatora, zastosowano pełnofalowy mostek prostowniczy. Zbudowany jest on z  6 dużych diod prostowniczych - patrz rys 2.

Rys 2.

Napięcie wyjściowe jest wypadkową napięć przemiennych wszystkich 3 uzwojeń. Jest ono bardzo zbliżone do napięcia stałego. Kiedy rotor alternatora się nie obraca, diody prostownicze zapobiegają przepływowi prądu z akumulatora do alternatora. W związku z tym niepotrzebny jest przekaźnik odcinający stosowany przy używaniu prądnicy.

WZBUDZENIE POLA MAGNETYCZNEGO    Dla kontroli napięcia na wyjściu i podtrzymania właściwych warunków ładowania akumulatora, prąd obwodu wzbudzenia jest regulowany. Regulator jest półprzewodnikowym czujnikiem, który monitoruje napięcie akumulatora. Kiedy jest ono niskie, prąd obwodu wzbudzenia jest zwiększany.  
Napięcie wzbudzenia jest dostarczane przez uzwojenia statora, prostowane przez trzy diody (na schemacie są to te mniejsze diody). Są one całkiem małe ponieważ maksymalny prąd obwodu wzbudzenia wynosi około 2 amperów. Regulator działa jak element o zmiennej rezystancji, kontrolując przepływ prądu od małych diod do obwodu wzbudzenia.  
Do wzbudzenia alternatora stosuje się uzwojenie magnesujące, nawinięte na wirniku o biegunach pazurowych. Możliwe są dwa układy wzbudzenia alternatora : obcowzbudny i samowzbudny. W olbrzymiej większości alternatorów do wzbudzenia stosuje się dodatkowe trzy diody o małym prądzie przewodzenia ( do 2A).. Układ tych diod tworzy prostownik półokresowy. W początkowym okresie pod wpływem szczątkowego magnetyzmu wirnika w uzwojeniu alternatora indukuje się napięcie które po wyprostowaniu przez dodatkowe diody przepływa przez uzwojenie powodując wzrost strumienia magnetycznego, a z tym wiąże się wzrost napięcia. W początkowej fazie pracy zwojenie wirnika zasilane jest również z akumulatora poprzez lampkę kontrolną. Poprawia to znacznie charakterystykę rozruchową alternatora , a czasami wręcz umożliwia wzbudzenie alternatora. Lampka kontrolna ładowania zawsze musi być sprawna. 

Rys. 4.

Kolorem czerwonym zaznaczony jest obwód prądu wzbudzenia alternatora.

(Uwaga: Na schemacie przedstawiono alternator z zewnętrznym regulatorem. Inne typy, oraz urządzenia z wewnętrznym regulatorem mogą mieć regulator umiejscowiony na zacisku  DF albo na zacisku D- . Zasada działania pozostaje ta sama.)

Gdy prędkość obrotowa alternatora rośnie, napięcie statora wzrasta dopóki napięcie na 3 małych diodach nie jest wystarczające do zasilania obwodu wzbudzenia. Kiedy to napięcie osiągnie poziom równy lub wyższy od napięcia akumulatora. Gdy napięcie z alternatora jest niższe ( niewystarczające) lampa żarzy się lub świeci.

WIĘKSZOŚĆ USTEREK ALTERNATORA MOŻNA WYKRYĆ POPRZEZ LAMPKĘ KONTROLNĄ !!!

REGULACJA   W jaki sposób regulator bada napięcie akumulatora skoro nawet nie jest do niego podłączony? Odpowiedź jest następująca: Napięcie na zacisku D+ jest niemal identyczne jak napięcie na zacisku B+ ponieważ spadek napięcia na małych diodach jest prawie taki sam jak na dużych diodach prostowniczych.  
Jeśli napięcie akumulatora spada, obwód regulatora stwierdza ten fakt (na zacisku D+) i podnosi prąd płynący przez DF dopóki napięcie akumulatora nie zostanie przywrócone. Większość regulatorów ma również wbudowany układ kompensacji temperatury. Zimny akumulator potrzebuje trochę większego napięcia do pełnego naładowania. Czujnik temperatury w regulatorze zwiększa napięcie ładowania w warunkach obniżonej temperatury otoczenia.  
Ograniczniki prądu nie są stosowane w regulatorach odkąd wewnętrzna, magnetyczna struktura alternatora ogranicza maksymalny prąd jaki może zostać wytworzony.  

CIĄGŁE ZAŁĄCZANIE I WYŁĄCZANIE OBWODU PRĄDU W WIRNIKU POWODUJE WYSTĘPOWANIE ZNACZNYCH PRZEPIĘĆ I ZAKŁÓCEŃ !!!!. SĄ ONE W WYSTARCZAJĄCYM STOPNIU KOMPENSOWANE W AKUMULATORZE.

Przykładowy schemat przekaźnikowego regulatora napięcia.

Jest to regulator o działaniu dwustopniowym, w którym w stosunku do regulatora jednostopniowego niższa jest rezystancja rezystora dodatkowego przez co zmniejsza się wartość mocy rozłączanej przez styki przekaźnika. Regulacja napięcia alternatora jest dwustopniowa, przy czym tylko w pierwszym stopniu prąd przepływa przez rezystor dodatkowy. W drugim stopniu następuje zwarcie styków i zbocznikowanie uzwojenia wzbudzenia.

UWAGA !!! Napięcie alternatora nie może być większe od 14,6V. Przekroczenie tej wartości powoduje opad masy czynnej z płyt akumulatora - brunatne zabarwienie elektrolitu. Prawidłowe napięcie powinno mieścić się w zakresie 13.5V do 14,5V.