Aternátor vs. štartér

Zobrazené 14874x

Alternátor funguje na princípe zmeny kinetickej energie na elektrickú, teda presne naopak v porovnaní s fungovaním štartéra. Kým štartér slúži len na samotný štart motora (čo aj vyplýva z jeho názvu), alternátor sa využíva počas celej jazdy automobilom na zásobovanie motora elektrickou energiou a dobíjanie batérie. Medzi najčastejšími poruchami alternátorov sa objavujú chybné diódové mostíky, chybné cievky, opotrebované uhlíky alebo zberače, chybný regler a podobne.

 

Alternátor a jeho rozloženie

picture095picture096

 

Štartér a jeho rozloženie

picture097picture098

 

Alternátor

picture100Alternátor je točivý elektrický stroj, ktorý prevádza mechanickú energiu na elektrickú. Je to agregát, ktorý má v automobile na starosť výrobu elektrickej energie. Ako alternátor, tak aj dynamo, patria do skupiny elektrodynamických zdrojov. Alternátor musí aj pri plnom zaťažení (svetlá, rádio, ventilácia) vyrobiť dostatok energie pre všetky spotrebiče a súčasne zabezpečiť dobíjanie akumulátora. Je poháňaný remeňom od remenice kľukového hriadeľa motora, k motoru je pevne priskrutkovaný pomocou príruby. Výhodou alternátora je schopnosť vyrábať napätie aj pri nízkych otáčkach motora, táto vlastnosť chýbala v minulosti používaným dynamám (Škoda 1000 MB).

Alternátory sa začali v motorových vozidlách používať už v štyridsiatych rokoch v USA, a to najmä pre automobily určené na ťahanie obytných prívesov. Na usmernenie sa používali mostíkové usmerňovače zložené zo selénových dosiek, ktoré boli veľmi rozmerné a vyžadovali intenzívne chladenie. Až v 60. rokoch umožnila výroba výkonných diódových usmerňovačov bežné použitie alternátorov pre všetky druhy vozidiel.

 

Konštrukcia alternátora

 

picture105

Základné rozdelenie alternátorov

Podľa budenia

  • s budením jednosmerným prúdom (používajú sa najmä v motorových vozidlách),
  • s budením permanentnými – trvalými magnetmi (ich výhodou je veľmi jednoduchá konštrukcia a možnosť práce aj v značne prašnom prostredí, nevýhodou sú určité problémy s reguláciou).

Podľa počtu fáz

  • jednofázové (používajú sa pre malé výkony a malé zmeny zaťaženia, najmä u jednostopových vozidiel),
  • trojfázové (predstavujú základný typ alternátorov pre všetky druhy motorových vozidiel).

 

Ako to celé funguje?

Ako alternátor funguje si vysvetlíme na jednoduchom obrázku.

picture102

Jeden závit vodiča je otočne uložený v homogénnom magnetickom poli permanentného magnetu. Začiatok a koniec vodiča je spojený od seba odizolovanými krúžkami. Na krúžky dosadajú uhlíkové kontakty – kefy. Rovnomerným otáčaním závitu sa vo vodičoch indukuje napätie. Ak sa bude závit otáčať v naznačenom smere, bude sa v hornej časti závitu indukovať napätie v opačnom smere, než v spodnej časti. Je to spôsobené tým, že horná časť závitu pretína siločiary magnetického poľa z ľava do prava, kdežto spodná časť závitu pretína tie isté siločiary z prava do ľava. Výsledkom je vznik striedavého napätia sínusového priebehu. Ak budú v magnetickom poli umiestnené tri závity pootočené od seba o uhol 120°, výsledkom bude trojfázový striedavý prúd, sínusového priebehu.

V praxi je alternátor z konštrukčných dôvodov riešený opačne. Cievky, v ktorých sa indukuje napätie sú súčasťou statora a rotor tvorí permanentný alebo budený magnet. Mimo alternátorov pre malé výkony (mopedy), sa používajú alternátory s trojfázovým vinutím. rojfázové vinutie môže byť spojené do hviezdy, alebo do trojuholníka. Pri alternátoroch pre motorové vozidlá sa používa takmer výhradne zapojenie do hviezdy, pričom nulový bod nie je väčšinou vyvedený.

 

Výhody a nevýhody alternátora

picture104a) Alternátor s usmerňovačom možno navrhnúť tak, že akumulátor je nabíjaný aj pri behu aj voľnobehu. To je dôležitá výhoda pre dnešnú mestskú prevádzku, kedy vozidlo 25% času prestojí na križovatkách, ide väčšinou pomaly a najviac asi 40% svojho času môže ísť rýchlosťou nad 45 km/h. Život akumulátora nabíjaného alternátorom s usmerňovačom je dlhšia ako akumulátora nabíjaného dynamom. Hlavnou príčinou prečo alternátor môže nabíjať aj pri nižších otáčkach motora je, že alternátor možno navrhnúť na vyššiu obvodovú rýchlosť rotora a zprevodovať ho tzv. do rýchla. Alternátor je tiež budený priamo z akumulátora, ihneď po zapnutí zapaľovania. Na obrázku  je porovnávacia charakteristika predtým používaného dynama a dnešného alternátora, približne rovnakého výkonu I = f (n) pri konštantnom napätí. Dynamo nedáva pri 1000 ot/min. ešte žiadny prúd, kdežto alternátor dáva už 13 A.

b) Takmer žiadna údržba. Väčšina alternátorov má síce krúžky a kefy, ale tými sa privádza do rotora len slabý budiaci prúd, takže ich opotrebovanie je veľmi malé.

c) Jednoduchá regulácia. Pretože usmerňovač prepúšťa prúd len jedným smerom, odpadá spätný spínač. Odpadá aj regulácia prúdu. Prúd alternátora je obmedzený reaktanciou vinutia statora a nemôže prekročiť isté hodnoty. Reaktancia XG = 2π (pn/60) L statorového vinutia, tj. odpor pre priechod striedavého prúdu sa mení lineárne s otáčkami, a tak samočinne bez akéhokoľvek regulačného zásahu, s rastúcimi otáčkami rastie nielen indukované vnútorné napätie, ale aj vnútorná impedancia (zdanlivý odpor) alternátora.

d) Prevádzková spoľahlivosť. Pretože prúd sa odoberá zo statora, odpadajú akékoľvek klzné kontakty, ktoré by sa opotrebovali, vyžadovali by údržbu a boli by zdrojom porúch. Možno voliť vyššie otáčky a tým vychádzajú malé rozmery. Konštrukcia je jednoduchá.

e) Súprava alternátor – usmerňovač dáva prúd stále rovnakej polarity, nezávisle na zmysle otáčania (na zmysel otáčania je potrebné dbať iba v súvislosti s ventilátorom, ktorý je na hriadeli alternátora).

Istou nevýhodou je vznik prepätia pri náhlom odľahčení alternátora, ak nie je pripojený akumulátor. Potom dôjde k nebezpečnému zvýšeniu napätia, pretože pracovné vinutie alternátora má značnú indukčnosť. Toto zvýšené napätie môže poškodiť usmerňovacie diódy alternátora, alebo iné polovodičové súčiastky.

 


Funkcia štartéra

Štartér slúži na uvedenia motora do pohybu. Jeho úlohou je zmeniť elektrickú energiu, ktorá sa nachádza v autobatérii, na energiu kinetickú a umožniť automobilu pohnúť sa. Najčastejšie sa stretávame so zničenými časťami štartéra, napr. ozubením alebo s opotrebovanými uhlíkmi. Môžu sa však vyskytnúť aj chybné cievky či ložiská, ktoré takisto znemožňujú bezproblémový chod štartéra.

picture106Automobilový štartér je elektrické zariadenie, ktoré slúži na uvedenie spaľovacieho motora do chodu. Na uvedenie motora do chodu, je potreba roztočiť motor na určité tzv. spúšťacie otáčky. Tie sa pohybujú podľa druhu motora v nasledovných hodnotách:
- 40  až 150 ot/min- zážihové motory a vznetové motory s priamym vstrekovaním,
- 80  až 200 ot/min – vznetové motory s nepriamym vstrekom.

Ako je uvedené, nejedná sa o otáčky štartéra, ale o otáčky zotrvačníka samotného spaľovacieho motora.

 

Delenie štartérov

Podľa napájacieho napätia:

  • 12 V – osobné a dodávkové vozidlá, traktory,
  • 24 V – nákladné vozidlá,
  • 48 V a viac – veľké stacionárne motory, koľajové vozidlá atď.

Podľa výkonu:

  • 150 W až 800 W – jednostopové vozidlá-skútre, najčastejšie bez mechanizmu zasúvania pastorku,
  • 500 W až 1,5 kW – osobné vozidlá,
  • 2 kW až 5 kW – stredné nákladné automobily a traktory,
  • 4,4 kW až 8 kW – ťažké nákladné automobily,
  • viac než 8 kW – stacionárne, lodné motory, koľajové vozidlá atď.

 

Požiadavky kladené na štartéry

  • šartér musí mať určitú minimálnu dobu životnosti (napr. pre osobné automobily sa udáva 45 tisíc štartov, pri systéme štart-stop min 200 tisíc),
  • štartér musí roztočiť motor do určitej najnižšej teploty (pre osobné vozidlá sa udáva cca –30 ° C),
  • počas svojej životnosti by mal byť štartér bezúdržbový alebo čo najmenej náročný na údržbu a opravy
  • v prípade nečinnosti štartéra je nutné, aby bol pastorok mimo dosah ozubeného venca zotrvačníka,
  • konštrukčne musí byť vyriešené, aby k dokonalému zasunutiu pastorka došlo aj v prípade, ak sa dostane zub pastorka proti zubu venca,
  • pri plnom zábere musí byť štartér chránený pred preťažením spôsobeným spustením spaľovacieho motora,
  • pastorok musí zostať úplne zasunutý po celú dobu spúšťania, tzn. kým vodič spojenie nezruší alebo kým motor spoľahlivo nepracuje,
  • okamžite po spustení motora je potrebné, aby sa spojenie automaticky uvoľnilo,
  • po vypnutí štartéra sa musí pastorok vrátiť do pokojovej polohy a štartér sa musí zastaviť,
  • najmenší prípustný výkon štartéra je vypočítaný kombináciou najnižšej rýchlosťou otáčania a momentom, ktorý je potrebný k pretáčaniu motora touto rýchlosťou pri najnižšej prípustnej teplote. Pod najnižšou spúšťacou rýchlosťou chápeme takú rýchlosť, pri ktorej dôjde pri najnižšej prípustnej teplote vo valci k zapáleniu palivovej zmesi.

V súčastnosti sa najčastejšie používa štartér s výsuvným pastorkom s integrovanou prevodovkou, ktorá je umiestnená medzi rotorom a pastorkom. Takéto riešenie umožní vyrobiť spúšťač s malými rozmermi a veľkým otáčavým výkonom. Samotné štartovanie by malo trvať maximálne 5 sekúnd, s maximálne piatimi opakovaniami za sebou, po 30 sekundovej pauze. Štartér, ako vyplýva z úlohy na ktorú bol skonštruovaný, má veľkú spotrebu energie, preto pri častých štartoch a malej prejdenej vzdialenosti si treba dávať pozor na vybitie akumulátora.

 

Najčastejšie poruchy štartéra

  • Štartér beží naprázdno – nevysúva sa alebo je chybná voľnobežka (pozor, voľnobežka vo vymontovanom štartéri vyzerá funkčne, ale pri plnom zaťažení sa pretáča). Tiež by mohli byť vylámané zuby na venci zotrvačníka.
  • Štartér sa otáča pomaly alebo vôbec – väčšinou ide o opotrebované kefy (uhlíky), môže to spôsobovať aj chybná cievka, ložiská, prípadne zlý kontakt.

 

Konštrukcia štartéra

picture101

(1) - puzdro statora (11) - komutátorové veko (21) - svorník
(2) - pólový nástavec (12) - zasúvacie veko (22) - vratná pružina
(3) - statorové vinutia (13) - zasúvacia páka (23) - v ťahovacie vinutie
(4) - rotor (kotva) a spínacie ústrojenstvo (14) - zasúvacia objímka (24) - pridržiavacie vinutie
(5) - vinutia rotora (15) - zasúvacie púzdro (unášač) (25) - kontaktný mostík
(6) - komutátor (16) - zasúvacia pružina (26) - pružina kontaktného mostíka
(7) - hriadeľ rotora (17) - brzdová príruba mostíka (27) - svorník s kontaktom
(8) - držiak kief (18) - voľnobežka (28) - ozubený veniec
(9) - kefa (19) - pastorok (20) - jadro elektromagnetu
(10) - prítlačná pružina     

 

Zdroje: http://www.dieselplus.sk/, http://www.zaed.sk/, http://www.autorubik.sk/, http://www.dieselplus.sk/, http://www.autorubik.sk/

 

 


REKLAMA