Alternator klasyczny : Budowa

Stojan jest to nieruchoma część alternatora skladająca się z obudowy przedniej i tylnej. W obudowach umieszczane są dwa łożyska. Wewnątrz stojana znajduje się blachowany rdzeń ferromagnetyczny na wewnętrznym obwodzie którego wycięte są złobki. W żłobkach rdzenia stojana nawinięte jest symetryczne uzwojenie trójfazowe drutem miedzianym izolowanym emalią izolacyjną. Cewki uzwojenia przesunięte są względem siebie w przestrzeni stojana o kąt 120^O elektrycznych. Na każdą fazę uzwojenia przypada taka sama liczba zwojów i taka sama liczba żłobków. Fazy uzwojeń stojana są ze sobą połączone w gwiazdę. Stojan alternatora nazywamy twornikiem ponieważ w uzwojeniach stojana wytwarzana jest siła elektromotoryczna trójfazowa. W obudowie tylnej stojana zamontowany jest prostownik. W stojanie znajdują się szczotko-trzymacze i dwie grafitowe szczotki.

Wirnik alternatora posiada wał wykonany ze stali konstrukcyjnej który jest osadzony w łożyskach zamocowanych w stojanie. W środkowej części wału umieszczone są dwa rdzenie ferromagnetyczne nie blachowane które posiadają bieguny magnetyczne pazurowe. Pomiędzy rdzeniami nawinięta jest cewka przewodem miedzianym izolowanym w emalii której początek i koniec jest dołączony do dwóch pierścieni ślizgowych odizolowanych wzajemnie od siebie i od wału wirnika. Uzwojenie wirnika alternatora nazywa się uzwojeniem wzbudzenia lub uzwojeniem magnesującym. Do pierścieni ślizgowych przylegają dwie grafitowe szczotki stanowiące część stojana do szczotek przykłada się napięcie stałe o biegunowości + i -. Prąd przepływający wzajemnie wzbudzenia powoduje namagnesowanie biegunów pazurowych i wirnik wytwarza stałe pole magnetyczne o biegunach N i S. Wirnik w alternatorze nazywamy magneśnicą ponieważ jego zadaniem jest wytworzenie w alternatorze klasycznym na zewnątrz stojana umieszczony jest wentylator i koło pasowe do napędu wirnika. Alternator klasyczny ma wirnik napędzany za pomocą paska klinowego z wału korbowego silnika. W budowie tylnej alternatora klasycznego umieszczony jest układ prostowniczy sześciodiodowy lub dziewięcio diodowy. Układy prostownicze sześciodiodowe stosowane są w alternatorach obcowzbudnych, układy dziewięciodiodowe stosuje się w alternatorach samowzbudnych. Układy prostownicze wykonuje się z diod prostowniczych krzemowych na odpowiednią wartość prądu znamionowego.

Zasada działania Alternator jest przetwornikiem energii mechanicznej uzyskiwanej z silnika na energię elektryczną prądu przemiennego trójfazowego która następnie przetwarzana jest w prostowniku na energię prądu stałego. Warunkiem prawidłowej pracy alternatora jest napędzanie wirnika oraz przepływ prądu wzbudzenia przez wirnik. Wzbudzony wirnik wytwarza stałe pole magnetyczne które obraca się razem z wirnikiem i zamyka się ono przez rdzeń stojana powodując przecinanie zwojów stojana. W skutek tego przecinania w fazach uzwojeń stojana zaindukują się trzy siły elektromotoryczne sinusoidalnie zmienne przesunięte względem siebie w fazie o kąt 120^O elektrycznych.

Alternator kompaktowy

Budowa: Alternator kompaktowy w porównaniu z alternatorem klasycznym jest znacznie mniejszy, lżejszy i konstrukcyjnie bardziej zwarty i stąd pochodzi jego nazwa. Zasada działania alternatora jest taka sama jak alternatora tradycyjnego. W budowie inaczej wykonany jest wirnik który po obu stronach biegunów posiada łopatki wentylatora chłodzenie jest wewnętrzne co umożliwia pracę alternatora przy większych prędkościach obrotowych wirnika. Diody alternatora i wbudowany regulator napięcia umieszczone są w tylnej części osłoniętej obudową z tworzywa sztucznego. Napęd wirnika odbywa się za pomocą płaskiego paska z napinaczem. W obudowie zewnętrznej umieszone SA otwory wentylacyjne. Alternator kompaktowy wydaje znacznie większą moc od alternatora klasycznego o tej samej masie. Alternatory kompaktowe wykonuje się jako samowzbudne. Tworniki alternatora kompaktowego mają uzwojenia kojarzone w trójkąt.

Wibracyjny regulator napięcia alternatora – Napięcie wyjściowe z alternatora zmienia się w zależności od prędkości obrotowej. Ponieważ prędkość obrotowa silnika samochodu zmienia się w szerokich granicach to zmienia się również napięcie alternatora. Do tego celu służą regulatory napięcia które dzielimy na wibracyjne i elektroniczne. Gdy wytworzone w alternatorze napięcie jest niskie i nie wymaga regulacji prąd z zacisku alternatora do uzwojenia wzbudzenia przepływa przez zwarte styki 1 i 1’. Przy wzroście napięcie pod wpływem zwiększonych obrotów zwiększa się siła przyciągania elektromagnesu co powoduje rozwarcie styków 1 i 1’. Takie rozwarcie powoduje włączenie szeregowo w obwód wzbudzenia dodatkowego rezystora R₂ i dławika co z kolei wywołuje zmniejszenie strumienia magnetycznego wzbudzenia. Zmniejszony strumień zmniejsza napięcie na zaciskach alternatora i powoduje ponowne zwarcie 1 i 1’. Jest to pierwszy stopnień regulacji objawiający się zwieraniem i rozwieraniem styków 1 i 1’. Drugi stopień regulacji zachodzi wówczas gdy obroty jeszcze bardziej wzrastają i wzrasta wartość napięcia. Wówczas siła elektromagnesu jest tak duża że zwiera styki 2 i 2’. W momencie zwarcia zacisk uzwojenia wzbudzenia zostaje połączony z masą i gwałtownie maleje prąd wzbudzenia co z kolei powoduje zmniejszenie napięcia alternatora styki 2 i 2’ rozwierają się i cykl pracy się powtarza.

Elektroniczny regulator napięcia - Napięcie wyjściowe z alternatora zmienia się w zależności od prędkości obrotowej. Ponieważ prędkość obrotowa silnika samochodu zmienia się w szerokich granicach to zmienia się również napięcie alternatora. Do tego celu służą regulatory napięcia które dzielimy na wibracyjne i elektroniczne. Elektroniczny regulator napięcia składa się z trzech połączonych ze sobą członów. Wyróżniamy człony: pomiarowy, wzmacniający, wykonawczy. Człon pomiarowy regulatora porównuje zadaną wartość napięcia z regulowaną wartością napięcia. Człon pomiarowy jest dzielnikiem napięcia który składa się z rezystora R1 i R2, rezystora nastawnego RR i diody zenera DZ. Gdy napięcie alternatora przekroczy napięcie regulacji następuje przepływ prądu przez diodę zenera. Uzyskany w ten sposób sygnał sterujący zostaje wzmocniony w członie wzmacniającym składającym się z tranzystorów T2 i T3 pracujących w układzie Darlingtona. Wzmocniony sygnał z układu Darlingtona kierowany jest do członu wykonawczego który powoduje zmianę prądu wzbudzenia. Układ Darlingtona charakteryzuje się tym że sygnał wyjściowy z układu jest równy iloczynowi wzmocnień tranzystorów T2 i T3. Dopóki napięcie alternatora jest równe lub mniejsze od napięcia regulacji to przez tranzystor T1 w członie wykonawczym płynie prąd wzbudzenia określony wartością napięcia i rezystancji obwodu. W tym czasie tranzystory T2 i T3 są w stanie nieprzewodzenia. Gdy napięcie alternatora jest wyższe od napięcia regulacji powoduje ro przepływ prądu przez diodę zenera oraz tranzystory T2 i T3 jednoczesne odcięcie tranzystora T1 powoduje to zanik prądu w obwodzie wzbudzenia. Napięcie alternatora maleje i cykl powtarza się.

Rozrusznik z zębnikiem śrubowo-przesuwnym Rozrusznik z zębnikiem śrubowo przesuwnym nazywany jest rozrusznikiem tradycyjnym. Rozrusznik tradycyjny posiada silnik szeregowy prądu stałego który składa się ze stojana i wirnika. Stojan rozrusznika składa się ze stalowego korpusu wykonanego ze stali magnetycznej. Do wnętrza korpusu przykręcone są stalowe bieguny magnetyczne na biegunach nawinięte jest przewodem miedzianym izolowanym uzwojenie wzbudzenia. Zadaniem stojana jest wytworzenie w silniku stałego pola magnetycznego. Do stojana zalicza się również dwie tarcze łożyskowe tylną i przednią i na tarczy tylnej zamontowane są szczotko trzymacze i grafitowe szczotki. Wirnik rozrusznika posiada wał wykonany ze stali konstrukcyjnej na którym osadzony jest blachowany rdzeń ferromagnetyczny w kształcie walca. Na zewnętrznym obwodzie rdzenia wycięte są żłobki wyłożone izolacją żłobkową. Do żłobków wprowadzone jest uzwojenie wirnika wykonane płaskownikiem mieszanym izolowanym przy czym początek i koniec każdej cewki jest dołączony do odpowiednich wycinków komutatora. Żłobki zamknięte są klinami izolacyjnymi. Na wale wirnika wyfrezowane są śrubowo wielowypusty śrubowe po których przesuwany jest zębnik. Rozrusznik tradycyjny posiada wyłącznik elektromagnetyczny który składa się z elektromagnesu, rdzenia, sprężyny i dźwigni do przesuwania zębnika oraz styków na duży prąd których zadaniem jest otwieranie obwodu rozrusznika po dokonaniu rozruchu silnika spalinowego.

Rozrusznik z reduktorem różni się tym od rozrusznika z zębnikiem śrubowo przesuwnym że od strony przedniej na wałku twornika osadzone jest koło zębate przekazujące napęd na uzębienie zewnętrzne sprzęgła za pośrednictwem dodatkowego koła zębatego. Koła zębate rozrusznika zwane reduktorem zmniejszają trzy lub czterokrotnie prędkość obrotową przekazywaną z silnika na zębnik. Wytworzony moment obrotowy poprzez redukcję jest znacznie większy niż w rozruszniku tradycyjnym tej samej wielkości. W tym rozruszniku rdzeń wyłącznika elektromagnetycznego bez dodatkowych mechanizmów bezpośrednio przesuwa zębnik doprowadzając do zazębienia z wieńcem na kole zamachowym silnika spalinowego.

Zasada działania rozrusznika z reduktorem jest taka sama jak rozrusznika z zębnikiem przesuwanym śrubowo. Łożyska w rozruszniku mają wykonanie ślizgowe. Sposób połączenia i obwody prądowe są identyczne jak w rozruszniku tradycyjnym.

Rozrusznik z przekładnią planetarną posiada silnik elektryczny. Dźwigniowy sposób przesuwania zębnika ze sprzęgłem jednokierunkowym wyłącznik elektromagnetyczny i obwody elektryczne. W tym rozruszniku zmniejszenie prędkości obrotowej zębnika uzyskuje się przy pomocy wmontowanej przekładni planetarnej.

Zasada działania: przekładni planetarnej. W rozruszniku z przekładnią planetarną wirnik od strony przedniej posiada napędowe centralne koło zębate przekładni planetarnej. To koło zazębia się z trzema obiegowymi kołami satelitarnymi osadzonymi w tarczowym koszu. Kosz jest integralną częścią napędzanego wałka wyjściowego. Na wałku znajduje się zamontowany przesuwny zębnik. Trzy koła satelitarne zazębiają się z uzębieniem wewnętrznego koła wieńcowego. Czołowa część koła wieńcowego ma kontakt z tarczą sprzęgłową za pośrednictwem dociskowej sprężyny tarczowej. W czasie normalnej pracy rozrusznika koło wieńcowe jest nieruchome . Satelity napędzane przez koło centralne obiegają to koło przy czym przekładnia wynosi około pięciu. Wirnik rozrusznika obraca się około pięć razy szybciej niż zębnik gdy w rozruszniku pojawi się zbyt duży moment obrotowy to siła obwodowa na kole wieńcowym pokonuje siłę tarcia wywołaną dociskiem sprężyny tarczowej i koło wieńcowe zaczyna się obracać. W ten sposób rozrusznik chroniony jest przed uszkodzeniami mechanicznymi.