Alternatorul

Realizat de: Catalina Negritas

Lea MacelarOpris Rebeca Ficut FlorinaTaut Larisa

ALternatorulAlternatorul 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.stator3.rotor4.regulator de tensiune5.rulment6.inele colectoare7.punte redresoare cu diode8.ventilator posterior9.ventilator anterior10.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 alternatoruluiAlternatorul, 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 / 60f – 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.