Alternatory w samochodach i ciągnikach rolniczych
Alternatory są trójfazowymi prądnicami prądu przemiennego napędzanymi wałem korbowym silnika za pomocą przekładni pasowej. Aby możliwa była współpraca tych urządzeń z instalacją elektryczną pojazdu, napięcie przemienne musi zostać przekształcone na stałe. Jak zbudowane są alternatory i w jaki sposób działają dowiecie się z naszego artykułu.
Alternatory - budowa
Alternatory składają się z siedmiu elementów, których konstrukcję omawiamy niżej.
1. Twornik - stojan
Twornik ma postać pierścienia z naciętymi wewnątrz wyżłobieniami, na które nawinięte są trzy połączone w gwiazdę lub trójkąt uzwojenia.
2. Wirnik, czyli magneśnica
Na wale wirnika znajdują się dwie tarcze z biegunami pazurowymi, wewnątrz których umieszczone jest uzwojenie będące źródłem wytwarzania pola elektromagnetycznego. Końce uzwojenia złączone są z pierścieniami ślizgowymi, które współpracują ze szczotkami. Za ich pośrednictwem do uzwojenia doprowadza się napięcie z akumulatora.
3. Mostek prostowniczy
Mostek prostowniczy składa się z kilku, a często kilkunastu półprzewodnikowych diod prostowniczych, które tworzą układ umożliwiający zamianę trójfazowego napięcia przemiennego na napięcie stałe. W alternatorze z ośmioma diodami ze środka połączenia uzwojeń stojana wyprowadzony jest przewód neutralny, połączony z dodatkowymi dwoma diodami. Wszystkie diody występujące w układzie prostowniczym możemy podzielić na trzy grupy:
- dodatnie,
- ujemne,
- wzbudzenia.
Diody dodatnie i ujemne posiadają niemal identyczną konstrukcję, różnią się jedynie kierunkiem przewodzenia.
Diody wzbudzenia są diodami o małej mocy.
W starszych konstrukcjach alternatorów diody ujemne osadzone były w pokrywie tylnej alternatora, obecnie wszystkie diody tworzą jeden zespół.
4. Pokrywa przednia i tylna alternatora
Pokrywa przednia i tylna alternatora stanowią jego obudowę. Wykonana jest ze stopów aluminium. Jej zadanie to m.in. zapewnienie prawidłowego ułożyskowania wirnika wewnątrz stojana. Do osadzenia wirnika w obudowie alternatora stosuje się łożyska toczne (kulkowe). Z zewnątrz obudowa posiada wsporniki, które umożliwiają przytwierdzenie alternatora do kadłuba silnika.
5. Szczotkotrzymacz ze szczotkami
Szczotkotrzymacz osadzony jest najczęściej w tylnej pokrywie. Jego dwie szczotki za pomocą sprężyn dociskane są do pierścieni ślizgowych wirnika, co umożliwia doprowadzenie napięcia do jego uzwojenia.
6. Koło pasowe i wentylator
Koło pasowe jest elementem układu napędowego alternatora. Umożliwia przekazanie momentu obrotowego z wału korbowego silnika na wirnik alternatora. W starszych rozwiązaniach stosowane były paski klinowe, obecnie stosuje się paski wielorowkowe.
Wentylator wymusza w celu chłodzenia przepływ powietrza przez wnętrze obudowy alternatora. Może znajdować się na zewnątrz, tuż za kołem pasowym, lub wewnątrz obudowy - takie rozwiązanie stosuje się we współczesnych konstrukcjach alternatorów kompaktowych.
Koło pasowe osadzone może być na wale wirnika alternatora za pomocą połączenia wielowypustowego lub wpustowego. Często posiada również sprzęgło jednokierunkowe.
7. Regulator napięcia
Regulator napięcia jest układem mającym za zadanie niedopuszczenie do wzrostu napięcia ponad dopuszczalną wartość, która dla instalacji samochodów osobowych wynosi 14,6 V. W starszych pojazdach stosowane były regulatory elektromechaniczne. Obecnie stosuje się wyłącznie regulatory elektroniczne jako osobny podzespół montowany na tylnej pokrywie alternatora lub zintegrowane ze szczotkotrzymaczem.
Alternatory - zasada działania
Indukowanie napięcia trójfazowego przemiennego
Zasada działania alternatora opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej. Magneśnica wiruje wewnątrz pierścieniowego stojana. Jej uzwojenie zasilane jest przez regulator napięcia przy pomocy dwóch szczotek węglowych (dodatniej i ujemnej) mających styk z pierścieniami ślizgowymi, do których podłączone są oba końce uzwojenia wirnika. Płynący prąd powoduje powstawanie wokół wirnika pola elektromagnetycznego wirującego wraz z nim. Pole oddziałując na uzwojenia twornika indukuje w nich siłę elektromotoryczną, czyli napięcie źródłowe. Jego zmiany w poszczególnych uzwojeniach twornika cyklicznie powtarzają się co 360º oraz są przesunięte względem siebie o 120º. W taki sposób powstaje napięcie przemienne trójfazowe, które w następnym kroku zostanie przekształcone w stałe.
Przekształcanie napięcia zmiennego w stałe
Dzieje się to wskutek połączenia z układem prostowniczym. Alternatory wyposażone są w trójfazowe prostowniki dwupołówkowe, które wykorzystują właściwość diod półprzewodnikowych polegającą na przewodzeniu prądu tylko w jednym kierunku. W przypadku alternatora każde uzwojenie twornika alternatora ma swoją parę diod prostowniczych. Napięcia w poszczególnych uzwojeniach (fazach) nakładają się, co sprawia, że otrzymujemy napięcie o niewielkiej pulsacji, rzędu 0,5V.
Regulacja napięcia
Wartość napięcia generowanego przez alternator rośnie się wraz ze zwiększaniem się prędkości obrotowej silnika. Z tego powodu w celu ochrony odbiorników przed uszkodzeniem stosuje się regulatory napięcia. W przypadku przekroczenia dopuszczalnej wartości napięcia regulatory ograniczają lub uniemożliwiają zasilanie uzwojenia wirnika. Tym samym osłabiają pole magnetyczne, od którego zależy wartość napięcia alternatora.
Głównym zadaniem regulatora jest więc stabilizowanie napięcia prądu generowanego przez alternator z dwóch kluczowych powodów:
- napięcie prądu podczas jazdy ulega zmianie z powodu zmiany prędkości obrotowej silnika,
- doładowywanie akumulatora może się odbywać wyłącznie w pewnym zakresie napięcia. Przeważnie wynosi ono 14 V (+/- 0,5 V). Zbyt niskie napięcie może doprowadzić do rozładowania baterii, natomiast zbyt wysokie spowodować uszkodzenie akumulatora, co pociąga za sobą jego wymianę.
Jak działa regulator napięcia?
Sprawny regulator utrzymuje napięcie na tym samym poziomie zarówno podczas pracy silnika na niskich, jak i wysokich obrotach. W takiej sytuacji napięcie może się wahać tylko nieznacznie, a więc w zakresie nie przekraczającym 0,5 V. Utrzymanie odpowiedniego poziomu napięcia odbywa się poprzez zmianę prądu wzbudzenia prądnicy. W starszych systemach elektro-mechanicznych wykorzystywano regulacje impulsową z trzema poziomami wzbudzenia – pełną, częściową i wyłączoną. W systemach elektronicznych stosowane jest przeważnie impulsowe włączanie i wyłączanie prądu wzbudzania w zależności od napięcia na wyjściu alternatora.
Objawy uszkodzenia alternatora
Typowe objawy awarii alternatora przedstawiają się następująco:
- jeśli po uruchomieniu silnika czerwona ikona akumulatora na kokpicie nie gaśnie to sygnał, że alternator nie dostarcza do instalacji prądu i energia czerpana jest z akumulatora. Należy wówczas zrezygnować z jazdy, gdyż akumulator wkrótce się rozładuje,
- akumulator wymaga częstego doładowywania prostownikiem, mimo że jeździsz na dłuższych trasach. Prawdopodobnie szwankuje alternator i nie dostarcza wystarczającej ilości prądu,
- częstym objawem uszkodzonego alternatora jest źle działająca elektronika. Migotać mogą lampki, kontrolki na desce rozdzielczej, wskazówki zegarów, a niektórych urządzeń nie można wyłączyć,
- jeśli lampy przygasają na wolnych obrotach i rozświetlają się po dodaniu gazu, koniecznie trzeba sprawdzić alternator,
- pisk wydobywający się spod maski może być spowodowany zużyciem koła pasowego alternatora, co skutkuje ślizganiem się paska wieloklinowego.
Czy można samodzielnie naprawić alternator?
Nie zawsze wymiana alternatora jest konieczna. W wielu przypadkach można go samodzielnie naprawić. Pierwszym krokiem będzie ustalenie, który podzespół alternatora uległ awarii. Oto kilka czynności, które należy w tym celu przeprowadzić:
- Przede wszystkim sprawdź napięcie na samym urządzeniu. Nie powinno być różne od wartości na akumulatorze. Jeżeli różnica jest duża, to znaczy, że winą złego ładowania może być uszkodzona instalacja.
- Skontroluj stan paska napędowego, który powinien być odpowiednio napięty. Jeżeli tak nie jest, alternator nie otrzymuje odpowiednich ilości energii do przerobienia.
- Posłuchaj, jak pracuje urządzenie. Głośne odgłosy, buczenie i piszczenie świadczą o możliwym uszkodzeniu diod lub szczotek.
- Brak obrotów świadczy o uszkodzonym wirniku lub awarii łożyska.
Jeżeli znalazłeś możliwą przyczynę usterki, zacznij naprawę. Regeneracja alternatora zaczyna się od wyjęcia całego mechanizmu. Na początku odłącz klemy od akumulatora. Później wyciągnij alternator i wymień uszkodzoną część. W niektórych pojazdach taki demontaż jest bardzo prosty, w innych wymaga wymontowania innych podzespołów.
Alternatory i ich części w sklepie mizar.com.pl
W naszym sklepie znajdziecie szeroki wybór kompletnych alternatorów i części zamiennych, dzięki którym Wasz ciągnik lub maszyna rolnicza działać będzie znowu bez zarzutu.
Alternatory do maszyn i ciągników
Części zamienne do alternatorów (wybór)
| Regulator napięcia | Zetor (5011, 5211, 5245, 6011, 6211, 6245, 7011, 7211, 7245, 7711, 7745), C-330, C-360, C-385, MF3, Władimirec T-25, MTZ Belarus, Massey Ferguson, Fiat, Ford, New Holland, |
| Szczotkotrzymacz | C-360 3P, C-385, Fiat, |
| Szczotki | MF (235 255 3512 3514), Ursus (C-330, C-360), |
| Stojan | Ursus (2812, 3512, 3514, 4512, 4514, 5312, 5314), Zetor (5011, 5211, 5245, 6011, 6211, 6245, 7011, 7211, 7245), |
| Wirnik | Ursus (2812, 3512, 3514, 4512, 4514, 5312, 5314, 5714), Zetor (5011, 5211, 5245, 6011, 6211, 6245, 7011, 7211, 7245), |
| Zestaw prostowniczy | Ursus (2812, 3512, 3514, 4512, 4514, 5312, 5314, 5714), do alternatora Lucas, |
| Koło pasowe | Ursus (C-385, 902, 912, 914, 1012, 1014, 1222, 1224, 1634), (2812, 3512, 3514), Zetor, MF (235, 255), |
| Osłona | Władimirec T-25, Zetor (5011, 5211, 5245, 6011, 6211, 6245, 7011, 7211, 7245, 7711, 7745), MF (235, 255), MTZ Belarus, Ursus (2812, 3512, 3514). |