sisteme electronice

8/18/2019 sisteme electronice

1/35

Sistemul de alimentare electric

1

3. SISTEMUL DE ALIMENTARE ELECTRIC

Sistemul de alimentare electric asigură necesarul de energie electrică pentrutoţi consumatorii existenţi pe autovehicul. Sistemul se compune din: alternator, releuregulator, baterie de acumulatori.

Exigenţele mereu crescute în privinţa măririi confortului, a siguranţei încirculaţie, reducerea consumului de combustibil şi a poluării, au determinat creştereaspectaculoasă a consumatorilor electrici, respectiv a necesarului de energie electricăsolicitat sistemului de alimentare.

În fig. 3.1 se prezintă principalii consumatori electrici, cu puterea solicitată şifrecvenţa de utilizare: consumatori alimentaţi permanent, consumatori alimentaţiperioade lungi şi consumatori alimentaţi pentru perioade scurte de timp.

Creşterea puterii şi a numărului consumatorilor s-a datorat dezvoltării unorfuncţii noi, inexistente la autovehiculele clasice. Aceste funcţii vizează:

• ameliorarea combustiei, reducerea consumului de combustibil şia emisiilor

poluante:

• managementul motorului• injecţia de aer post-ardere• încălzirea catalizatorului, etc.

• creşterea confortului pasagerilor:

• sisteme de încălzire sofisticate; • sisteme de climatizare • servoasistarea unor comenzi• sisteme de navigaţie, etc.

• creşterea gradului de securitate:

• sisteme antiblocare pentru frâne; • sisteme antipatinare;• airbag-uri, etc.

Puterea necesară alimentării consumatorilor variază mult pe durata utilizăriiautovehiculului. Ea este mai mar e în primele minute de funcţionare după pornire,determinată în principal de intrarea în funcţiune a sistemelor de încălzire sau

climatizare.Din rândul marilor consumatori, se remarcă:

• reîncălzirea electrică a catalizatorului. Acesta necesită o puterede 1-2 Kw, imediat după pornirea motorului. Având în vedere rezistenţainternă a catalizatorului, se au în vedere concepte de tensiune la bordobişnuite sau 36-42Vparbrizul încălzit electric conduce la o situaţie similară.Valoarea rezistenţei de încălzire este de cca. 2

Ω. pentru o putere de 1000 W, tensiunea necesară este de aproximativ 45 V, tensiunece nu poate fi pusă la dispoziţie decât prin măsuri speciale. Ca şi reîncălzirea electrică

a catalizatorului, parbrizul încălzit consumă cea mai mare putere imediat după pornire.


2/35


2

• aparatura de comunicaţii şi navigaţie, constituie de asemenea

consumatori noi apăruţi la bordul autovehiculului.

Figura 3.1 Consumatori electrici, puteri şi frecvenţede utilizare

Influenţe asupra alternatorului şi a bateriei de acumulatori.

Curentul debitat de alternator este foarte dependent de regimul său de rotaţie. Motoarele cu consum redus au în principiu un regim de relanti redus, care are

tendinţa de a scădea în continuare. În ultimii 10 ani procentul de funcţionare la relanti în regim urban a crescut de la 35% la 45%. Acest procent rămâne inferior cu cca. 10%

în cazul regimului interurban.


3/35


3

Funcţionarea automobilului în concepţia “stop and go” (oprirea automată amotorului în timpul staţionării), reduce regimul de funcţionare şi debitul alternatoruluila zero când autovehiculul s-a oprit, făcând şi mai grele condiţiile de alimentare cuenergie electrică a autovehiculului.

Dimensionarea alternatorului trebuie să permităalimentarea corespunzătoare a tuturor consumatorilor, ţinând cont de

frecvenţa lor de utilizare dar în acelaşi timp să permită încărcarea corespunzătoare abateriei pentru a se putea asigura o pornire fiabilă a autovehiculului.

Forţarea bateriei este accentuată de următoarele aspecte:

• încărcare ciclică mărită;

• curentul în repaus solicitat de diverşi consumatori mărit; • reîncărcare rapidă.

Mărirea numărului de consumatori determină redimensionarea

şi îmbunătăţirea randamentului alternatorului şi bateriei. Astfel, se constatăurmătoarele evoluţii:

• reducerea accentuată a alternatoarelor de 70 A

• generalizarea alternatoarelor de 90 A • apariţia în unele situaţii aalternatoarelor de 150 – 160 A.Puterea maximă restituită de alternator depinde de talia sa, de definiţia

electrică reţinută în dimensionare şi de raportul de transmitere al sistemului deantrenare care a crescut de la 2 - 2,5 la 2,2 - 3,2.

Dar gabaritul alternatorului este limitat de locul disponibil pe motor. Ca urmare

trebuie avute în vedere şi alte soluţii: • o justă dimensionare şi ameliorare a randamentului

consumatorilor;

• reducerea sau decuplarea automată a consumatorilor în anumitesituaţii

(exemplu încălzirea sau climatizarea);

• gestionarea inteligentă a consumatorilor; • gestionarea regimuluialternatorului, de la simpla mărire a regimului la relanti, până la conceptul de

decuplare a regimului alternatorului de cel al motorului; • alte configuraţii ale

reţelei de bord. Dacă se adoptă definirea unui alternator pentru menţinerea puterii furnizate la

un regim de rotaţie coborât (50 – 70% din puterea maximă) se degradează putereasa maximă şi randamentul.

Din contră, se poate decupla puterea maximă şi randamentul unui alternator(la o greutate constantă) cu o definire a începutului debitării întârziat.

Ameliorarea randamentului este legată de faptul că pierderile rămânneschimbate pentru o curbă de debit superioară. Pierderile la redresor, care crescproporţional cu curentul necesită o răcire mărită.


4/35


4

În plus, avantajele privind zgomotul şi randamentul incită la reducerearegimurilor de rotaţie maximă. O turaţie de antrenare constantă de cca. 5000 rot/minva fi ideală pentru funcţionarea alternatorului. În aceste condiţii optimizarea sistemuluide antrenare permite modificarea raportului de transmitere între motor şi alternator.

Dintre soluţiile avute în vedere se remarcă: • antrenare hidrostatică la regim constant; • antrenare prin intermediul unui variator;• antrenare cu două rapoarte etajate;• antrenare printr-o turbină, etc.

Influenţe asupra releului regulator.

Şi releul regulator a suferit modificări importante, acesta devenind

multifuncţional.

Figura 3.2 Configuraţia obişnuită areţelei de bord

Pentru dezvoltarea funcţiilor auxiliare, obiectivul este de a utiliza pentruregulator şi alternator o serie de informaţii existente.

Funcţiile suplimentare ale regulatorului multifuncţional pot fi grupate astfel:

• ameliorarea funcţionării motorului având ca efect reducerea

consumului; • ameliorarea bilanţului încărcării, având ca efect îmbunătăţireafuncţionării reţelei de bord;

• semnalarea defectelor.Ideal pentru sistemul alternator – regulator – baterie – consumatori va fi de a

reuşi să se controleze direct capacitatea reziduală a bateriei şi de a utiliza acestparametru în strategia de gestionare a reţelei de bord. Parametrii avuţi în vedere înacest scop ar putea fi:

• tensiunea bateriei;• temperatura bateriei;

• curenţii de încărcare – descărcare; • gradul de utilizare al alternatorului.


5/35


5

Influenţe asupra reţelei de bord

Configuraţia obişnuită a reţelei de bord (fig. 3.2) prezintă o serie de

inconveniente:• definirea bateriei constituie un compromis între:• livrarea unui curent ridicat (300 – 500 A) la pornire;• asigurarea unei rezerve de capacitate de curent redus pentru susţinerea

alternatorului şi alimentarea consumatorilor după pornire.

Cele două condiţii nu pot fi asigurate optim cu o singură baterie având învedere următoarele aspecte:

• căderea de tensiune la pornire este un inconvenient pentru uniiconsumatori; este cazul în special ai acelor consumatori care includ un microprocesor

care necesită o tensiune de alimentare minimă de 5 V;• încărcarea bateriei variază puternic între 50 – 90%, urmărind regimul de

utilizare al autovehiculului, o parte a masei bateriei nefiind utilizată;

• capacitatea de pornire scade în cazul unei baterii încărcate parţial,fenomen accentuat la temperaturi scăzute.

Rezolvarea acestor probleme se poate face cu o nouă configuraţie a reţeleide bord, existând mai multe posibilităţi:

Figura 3.3 Configuraţiareţelei de bord cu două baterii

Utilizarea a două baterii, fiecare cu un regim optimizat (fig. 3.3)

• bateria de pornire livrează un curent mare doar la pornire, mărimea sa

este redusă, ea are prioritate la reîncărcare;

• bateria de alimentare a reţelei trebuie să-şi pună capacitatea la dispoziţia

celorlalţi consumatori.

Bateria de pornire este amplasată în apropierea demarorului, legătura

făcându-se printr-un cablu foarte scurt. Funcţie de configuraţia reţelei de bord se poateobţine o reducere de masă de până la 2,5 kg.


6/35


6

Pentru ca încărcarea să fie întotdeauna totală, bateria de pornire va avea otensiune de 10 V, ecartul de tensiune permiţând generarea uşoară a priorităţii de încărcare.

Modulul de gestiune separă circuitul de pornire de restul reţelei atunci când

autovehiculul este oprit şi în faza de pornire evitându-se astfel următoarele situaţii:

• o scădere puternică de tensiune în restul reţelei în timpul pornirii;

• descărcarea bateriei de pornire când autovehiculul este oprit cu

consumatorii în funcţiune.

În acest fel, este posibilă pornirea la temperaturi scăzute, chiar şi atunci cândbateria de alimentare a reţelei este descărcată, situaţie în care solicitarea ei nu estemai mare de cca. 20 A necesari controlului motorului.

Pe de altă parte, consumatorii pot fi definiţi pentru o tensiune minimă mairidicată (de exemplu 10 V în loc de 6 V).

Utilizarea de tensiuni superioare (multi-tensiuni).

Soluţia cu reţele superioare valorii de 12 V au apărut deja şi constituie opreocupare importantă şi în domeniul autoturismelor.

Avantajul creşterii tensiunii îl constituie reducerea secţiunii cablurilor la oputere neschimbată a consumatorilor, cu efecte pozitive asupra reducerii masei şi apreţului.

Dar, o tensiune ridicată atrage în acelaşi timp o creştere a pierderilor de

putere pentru unii consumatori cum ar fi calculatoarele de bord.Trebuie avut în vedere însă costul generat de redefinirea diverşilor

consumatori.

Se poate imagina că mărirea puterii electrice consumate poate conduce larealizarea unei reţele de tensiuni multiple, unde grupe de consumatori vor fi alimentaţila tensiuni optime pentru funcţionarea lor. În acest caz, pentru acoperirea nevoilorridicate de energie, soluţia utilizării a două alternatoare se poate dovedi a fi necesară.

3.1 Alternatorul

3.1.1 Condiţii de funcţionare

Generatorul de curent utilizat în prezent pe toate tipurile de autovehicule estealternatorul. Acesta este un generator sincron de curent alternativ trifazat care

lucrează împreună cu un sistem de redresare. Rolul alternatorului trifazat constă în furnizarea unui curent suficient de mare,

reţelei de bord, la toate regimurile, pentru a asigura în orice situaţie încărcareaeficientă a bateriei de acumulatori. În acelaşi timp alternatorul trebuie să producă un


7/35


7

curent suficient de mare pentru a alimenta consumatorii, chiar şi atunci când motorulfuncţionează la relanti.

Pentru o bună conlucrare cu bateria de acumulatori şi consumatorii tensiuneala bornele alternatorului trebuie să fie constantă, indiferent de regimul de funcţionareal acestuia.

Cerinţele impuse alternatorului sunt:

• alimentarea cu curent continuu a tuturor consumatorilor conectaţila un moment dat;

• asigurarea unei puteri suplimentare pentru încărcarea rapidă abateriei, chiar şi atunci când receptorii permanenţi sunt conectaţi şi cândmotorul funcţionează la o turaţie scăzută;

• asigurarea unei tensiuni constante la toate regimurile defuncţionare a motorului;

• să aibă o construcţie solidă, să reziste la toate solicitărileexterioare cauzate de vibraţii, variaţii de temperatură, poluare, umiditate,

carburanţi şi lubrifianţi;

• să aibă o greutate şi un gabarit cât mai redus;

• să fie silenţios şi să asigure o fiabilitate ridicată; Regimul de funcţionare al alternatorului este foarte sever fiind determinat de

regimul de funcţionare al motorului şi de numărul de consumatori conectaţi:

• turaţie de antrenare variabilă (în raport de 1:8 până la 1:12);

• sarcină variabilă (de la zero la sarcina maximă); • variaţii bruşte ale turaţiei de antrenare şi ale sarcinii. Gradul de utilizare al unui alternator (energia produsă, raportată la masă),

creşte o dată cu turaţia de antrenare.

Pentru aceasta în sistemul de antrenare se utilizează un raport de 1:2 până la

1:3 între arborele motor şi alternator.

Alternatorul trebuie să facă faţă unor condiţii contradictorii:

• forţe centrifuge importante la turaţiile ridicate ale motorului;

• durată de viaţă ridicată a lagărelor şi a altor piese supuse uzurii;

• posibilităţi mari de accelerare la schimbarea bruscă a treptelor deviteze, etc.

Alternatorul fiind montat pe motor este supus unor condiţii de mediu grele:acceleraţii de ordinul a 50 ÷ 80 g, umezeală, vapori de ulei, carburant, acid careprovoacă coroziunea, temperaturi ridicate, etc.

3.1.2 Variante constructive


8/35


8

Gama de fabricaţie a alternatoarelor trifazate este foarte largă: tensiuni de 14şi 28V, puteri cuprinse între 200 W şi 5000 W, turaţia de început a debitării 850 ÷ 1000rot/min, turaţia maximă 20000 rot/min.

Alternatoarele diferă între ele prin următoarele caracteristici:

• forma polilor;• modul de realizare a excitaţiei;

• locul de amplasare a excitaţiei; • modul de legare a fazelor statorice;• modul în care este dispus releul regulator de tensiuni;• modul în care se face ventilaţia (răcirea); • modul de antrenare;• gradul de protecţie, etc.

Având în vedere aceste caracteristici se poate face următoarea clasificare:

• după forma polilor: • cu piese polare în formă de ghiare • cu poli aparenţi • după modul de realizare a excitaţiei:

• cu excitaţie electromagnetică

• cu excitaţie alimentată de la baterie

• cu autoexcitaţie • cu excitaţie cu magneţi permanenţi

• după locul de amplasare a înfăşurării de excitaţie

• pe rotor• pe stator• după modul de legare a fazelor statorice: • în stea• în triunghi• după modul de dispunere a releului regulator: • separat de alternator• încorporat în alternator• după modul de realizare a ventilaţiei:

• cu ventilaţie exterioară

• cu ventilaţie interioară • după modul de antrenare:• cu curea• cu sistem hidrostatic• cu ajutorul unui variator, etc. Modelele cele mai utilizate sunt:

• alternatorul cu excitaţie electromagnetică şi rotor în formă de

ghiare; • alternatorul cu excitaţie electromagnetică şi poli aparenţi; • alternatorul cu excitaţie cu magneţi permanenţi.


9/35


9

3.1.2.1 Alternatorul cu rotor în formă de gheare

Aceasta reprezintă varianta clasică de alternator, cunoscută de foarte multtimp. Utilizarea pe autovehicule a devenit posibilă doar în anii 1960 – 1965 când s–a

putut realiza un redresor compatibil cu condiţiile de pe autovehicul, o dată cufabricarea diodelor pe bază de siliciu, de dimensiuni reduse, performante şieconomice.

Figura 3.4

Schema de principiu a alternatorului cu rotor în formă de gheare

Schema de pr incipiu a alternatorului este prezentată în fig. 3.4, iar construcţiaacestuia în fig. 3.5.

Statorul este format din pachetul de tole şi bobinajul statorului. Pachetul detole este construit din tole de oţel electrotehnic asamblate prin sudură. Parteainterioară a statorului este prevăzută cu crestături în care se asamblează bobinajul.Izolaţia crestăturilor se realizează de obicei cu ajutorul unui lac electroizolant iar

bobinajul se fixează în crestături cu ajutorul penelor. După bobinare statorul seimpregnează pentru consolidarea şi protecţia înfăşurărilor.

Alternatorul cu rotor în formă de ghiare se compune din: stator (1), rotor (2),scutul dinspre antrenare (3), scutul dinspre partea opusă antrenării (4), redresorul (5)şi fulia de antrenare (6).

În fig. 3.6 se prezintă variante constructive ale statorului. Majoritatea alternatoarelor au în stator o înfăşurare trifazată legată în stea cu

sau fără diode auxiliare. Uneori se foloseşte şi legarea în triunghi în special când înaceeaşi construcţie se doreşte reducerea tensiunii debitate în condiţiile menţinerii

puterii generatorului (fig.3.7).


10/35


10

Figura 3.5 Construcţiaalternatorului cu rotor în formă de gheare


11/35


11

Figura 3.6

Variante constructive ale statorului

Figura 3.7

Legarea înfăşurărilor statorului

În fig. 3.8 este reprezentată o schemă de înfăşurare tipică pentru statoarelealternatoarelor. Înfăşurarea de curent alternativ este în două straturi cu bobine egaleiar capetele înfăşurării, sunt uniform repartizate.

Figura 3.8

Schema de înfăşurare a alternatoarelor

Începutul celor trei faze este notat A, B, C iar sfârşitul lor cu x, y, z. La legarea în stea sfârşitul celor trei faze se leagă împreună, formând nulul înfăşurării.

Începutul celor trei faze se leagă la cele trei borne ale redresorului trifazat.


12/35


12

Figura 3.9

Rotor cu poli în formă de gheare

Nulul înfăşurării sescoate la exterior sau

rămâne izolat, aceasta depinde de tipulredresorului şi de modul în care se facesemnalizarea încărcării bateriei deacumulatoare la bord.

În timp ce statorul alternatoarelor cupoli în formă de gheare nu diferă din punct devedere constructiv, de cel al generatoarelor

sincrone care au altă destinaţie, rotorul diferăfundamental de acestea. În fig. 3.9 este redatăo vedere desfăşurată a unui rotor cu poli înfor mă de ghiare.

Rotorul se compune din: ax, cele douăpiese polare în forme de ghiare, înfăşurarea

de excitaţie şi inele colectoare. Înfăşurarea de excitaţie este o înfăşurare concentratăfixată pe o bucşă metalică între cele două piese polare.

Piesele polar e se execută din oţel forjat cu conţinut redus de carbon şi cupermeabilitate magnetică ridicată.

Forma pieselor şi a polilor are o influenţă mare asupra caracteristicilor electriceale alternatorului. În fig. 3.10 se prezintă câteva variante constructive.

Figura 3.10

Rotoare cu piese polare în formă de gheare


13/35


13

După asamblare rotorul se impregnează pentru o mai bună rigidizaremecanică a bobinei. La majoritatea alternatoarelor se utilizează inele colectoareradiale însă în unele cazuri (ex. alternatorul din fig. 3.5), inelele se amplasează frontal.Excitaţia poate fi alimentată de la baterie (excitaţie alimentată separat) sau prin

autoexcitaţie. Arborele rotorului se roteşte în rulmenţi de tip capsulat ceea ce elimină

necesitatea gresării lui în timpul exploatării.

Scuturile se execută din aliaje neferomagnetice pentru a se reduce fluxurilemagnetice de dispersie.

Forma scuturilor este foarte variată fiind specifică fiecărei construcţii. Pe scutuldin partea opusă antrenării se montează redresorul şi suportul periilor. Redresorul esteformat din diodele redresoare şi radiatoarele lor. Pentru asigurarea unui montaj maisimplu se utilizează două tipuri de diode: pozitive, cu catodul (minus) legat la carcasăşi negative, cu anodul (plus) legat la carcasă. Diodele pozitive se montează pe un

radiator comun şi constituie borna plus a alternatorului, iar cele negative se monteazăpe un alt radiator şi constituie borna minus a alternatorului.

Din punct de vedere al gradului de protecţie aceste alternatoare pot fi deconstrucţie deschisă sau închisă.

Cele de construcţie deschisă sunt prevăzute cu ventilator de răcire iar cele deconstrucţie închisă de obicei nu sunt prevăzute cu ventilator.

Alternatoarele de construcţie deschisă au cea mai largă utilizare.

Cele de construcţie închisă se utilizează pe autovehicule care lucrează înmedii cu densitate mare de praf şi umiditate (ex. tractoarele agricole). Din punct de

vedere al condiţiilor climatice în care pot funcţiona, alternatoarele pot fi construitepentru a funcţiona în climă temperată, rece, tropicală sau pentru toate condiţiile.

Alternatoarele sunt surse puternice de paraziţi radio. Din acest punct devedere alternatoarele pot fi de construcţie normală, când nu se iau măsuri de reducerea paraziţilor radiofonici sau de construcţie specială când se iau măsuri pentruantiparazitarea parţială sau totală. Aceste măsuri constau în montarea unorcondensatoare sau realizarea unei construcţii care să ecraneze toate părţilealternatoarelor care emit paraziţi radio.

3.1.2.2 Alternatorul cu poli aparenţi

Alternatoarele cu poli aparenţi se construiesc pentru puteri mai mari de 5000W şi sunt destinate unui număr restrâns de autovehicule care au un consum ridicat deenergie electrică (ex. autocarele de lux).


14/35


14

Figura 3.11Schema de principiu a alternatorului cu poli aparenţi

Diferenţa faţă de alternatorul cu rotor în formă de ghiare constă în faptul cărotorul este prevăzut cu poli magnetici individuali, prevăzuţi cu înfăşurări de excitaţie(fig. 3.11). Numărul polilor rotorului este de 4,6 sau 12.

Aceşti poli magnetici se rotesc într -un stator a cărui lungime, raportată ladiametru este mult mai mare decât la alternatorul cu rotor sub formă de ghiare. Soluţia,permite obţinerea de puteri superioare raportat la un diametr u identic.

Curentul de excitaţie este în acest caz mai mare decât la alternatorul cu rotor

sub formă de ghiare, motiv pentru care, de obicei, releul regulator este dispus separat. În fig. 3.12 se prezintă construcţia unui astfel de alternator.


15/35


15

Figura 3.12

Construcţia alternatorului cu poli aparenţi

3.1.2.3 Alternatorul fără inele şi perii colectoare

La ambele tipuri de alternatoare analizate, apare o singură piesă de uzură,reprezentată de sistemul de alimentare a excitaţiei prin inele şi perii colectoare.

Pentru a înlătura aceste piese supuse uzurii şi a realiza o îmbunătăţireconsiderabilă a fiabilităţii, au apărut variante de alternatoare fără inele şi perii. Dintreacestea se remarcă:

• alternatorul cu excitaţie electromagnetică “cu piese conducătoare”;

• alternatorul cu magneţi permanenţi.

a. Alternatorul cu piese conducătoare

Alternatorul cu rotor cu piese conducătoare constituie o versiune aalternatorului cu rotor în formă de ghiare. În acest caz, rotorul are o construcţiespecială care permite ca doar platoul cu ghiare să se rotească, în timp ce înfăşurareade excitaţie cu piesele conducătoare inelare pentru fluxul magnetic să fie staţionară,fig. 3.13.


16/35


16

Înfăşurarea de excitaţie a acestui tip de demaror poate fi alimentată direct dela redresor, prin intermediul releului regulator de tensiune, inelele şi periile nemaifiindnecesare.

Figura 3.13

Alternatorul cu piese conducătoare, fără perii şi inele

Greutatea alternatorului este superioară alternatorului cu rotor în formă deghiare clasic, deoarece, pentru aceeaşi putere, fluxul magnetic va traversa întrefieruri

suplimentare.

b. Alternatorul cu magneţi permanenţi

Spre deosebire de alternatoarele cu excitaţieelectromagnetică, alternatoarele cu magneţi permanenţi reprezintă o

construcţie simplă şi deci şi o întreţinere simplă. În funcţie de modul de aşezare almagnetului permanent aceste alternatoare se construiesc în următoarele variante:

• magnetul permanent se montează pe rotor şi are forma unei roţi polare;

• magnetul permanent are forma cilindrică, iar piesele polare se execută sub formaunei roţi cu ghiare;


17/35


18/35


18

prin întrefier şi piesa polară a statorului. În fig. 3.14 c se reprezintă schema electricăde principiu a unui generator la care rotorul îndeplineşte rolul unui comutator magnetic.

Generatorul se compune din statorul 1 în care se montează magneţiipermanenţi2, iar rotorul este executat dintr -un oţel moale sub forma unei roţi polare.

Variaţia fluxului magnetic care străbate înfăşurările statorice 3 se realizează prinrotirea rotorului.

În poziţia II-II sensul de parcurgere al înfăşurărilor statorice de către fluxul

magnetic este cel indicat prin linie plină.

La rotirea în poziţia I-I sensul de parcurgere al înfăşurării rotorice se schimbă.

Principalul neajuns al generatoarelor de curent alternativ cu magnet

permanent constă în demagnetizarea magnetului permanent de către câmpul dereacţie longitudinal.

O reducere a acestui fenomen se poate obţine prin utilizarea înfăşurării

compound alimentate de la un transformator şi redresor. Acest efort constructivsuplimentar reduce însă avantajul principal al generatoarelor de acest tip şi anumesimplitatea construcţiei.

Un alt mare dezavantaj îl reprezintă greutăţile legate de reglarea tensiunii caretrebuie făcută fie cu ajutorul unor şunturi magne tice fie prin reglarea pe partea decurent alternativ.

Domeniul de utilizare al acestor generatoare rămâne numai cel al puterilor miciunde apare fenomenul de autoreglare a tensiunii dacă curentul de sarcină e constant.

3.1.3 Particularităţi privind modul de excitare şi de semnalizare la bord a

funcţionării corecte a alternatorului

După modul de alimentare a excitaţiei, alternatoarele cu excitaţieelectromagnetică pot fi: cu excitaţie independentă (alimentată de la baterie) sau cuautoexcitaţie.

Indiferent de numărul de faze statorice, alternatoarele cu excitaţieindependentă sunt prevăzute cu un singur dispozitiv de redresare care serveşte atâtla alimentarea înfăşurării de excitaţie cât şi a celorlalţi consumatori, iar alternatoarelecu autoexcitaţie sun prevăzute cu două redresoare: unul secundar pentru alimentareaexcitaţiei şi altul principal pentru alimentarea celorlalţi consumatori.

Dispozitivele redresoare ale alternatoarelor trifazate cu

excitaţie independentă sunt în general punţi redresoare trifazate de tipLarionov. Schema electrică a unui astfel de alternator este dată în fig. 3.15.

G – alternator format din generatorul sincron cu redresor;RS – rezistenţa totală a consumatorilor; B – baterie de acumulatoare; K – comutator principal; Rr – rezistenţă de

reglaj.Bornele accesibile ale alternatorului sunt:


19/35


19

B+ = bor na “+” a alternatorului;D – = borna “-“ a alternatorului; DF –

borna de alimentare a excitaţiei;

C – nulul înfăşurării statorului; W

– borna de c.a.

Figura 3.15

Schema electrică a unui alternator cu excitaţie independentă, cu borna C şi W accesibile

Acest tip de alternator prezintă avantajul că are numai 6 diode redresoare şică turaţia de început de debitare nu este influenţată de magnetismul remanent însăprezintă dezavantajul că nu se poate evita în mod raţional descărcarea bateriei deacumulatoare B prin înfăşurarea de excitaţie “EX” la o staţionare prelungită. Borna “C”se utilizează pentru semnalizarea la bord a funcţionării corecte a alternatorului. Atâttimp cît tensiunea debitată de alternator este sub valoarea prescrisă lampa L i de pebor d este alimentată prin contactele normal închise ale releului R i, legat între borna“C” şi “B+”.

Borna “W” se utilizează de obicei pentru alimentarea unui turometru electronicutilizat pentru măsurarea turaţiei motorului termic, în special în cazul motoarelor cuaprindere prin compresie.

Dispozitivele redresoare ale alternatoarelor cu autoexcitaţie conţin în plus pelângă cele 6 diode D1 … D6 ale redresorului principal încă un redresor format din 3diode suplimentare D7 … D9 care servesc la alimentarea înfăşurării de excitaţie şiuneori a releelor de protecţie împotriva pornirii accidentale a demarorului în timpulfuncţionării motorului termic şi a altor aparate de bord cum ar fi contorul de ore defuncţionare al motorului ter mic, etc.

Curentul maxim debitat de redresorul suplimentar nu depăşeşte 1 A.

În fig. 3.16 este reprezentată schema de principiu a unui astfel de alternator.

G – alternator format din generatorul sincron şi redresor;


20/35


20

RS – rezistenţa totală a consumatorilor; B – bateria de acumulatoare;

Rr – rezistenţa de reglaj. Bornele accesibile ale alternatorului sunt:

B+ – borna “+”; D – – borna “–“;

DF – borna de alimentare a excitaţiei; W – borna de c.a.;D+ – plusul de la redresorul suplimentar.

Figura 3.16

Alternator cu autoexcitaţie cu bornele D+ şi W accesibile

La aceste alternatoare se înlătură neajunsurile prezente la alternatoarele cuexcitaţie independentă. Lampa de control L i are rol dublu: la începutul funcţionăriipermite trecerea unui curent de premagnetizare în circuitul de excitaţie pentru caturaţia de început de debitare n0 să nu fie influenţată de magnetismul remanent şi dea semnaliza regimul de funcţionare al alternatorului.

Când alternatorul nu este rotit de motorul termic după închiderea contactuluiK, va lua naştere un curent prin circuitul bateriei, lampa L i, rezistenţa Rr , înfăşurareade excitaţie şi înapoi la baterie. Ca urmare, alternatorul se premagnetizează, iar lampaLi se aprinde. După punerea în funcţiune a motorului termic când tensiunea de la borna“D+” devine egală cu cea de la borna “B+” lampa se va stinge semnalizând căalternatorul funcţionează corect. La unele alternatoare pe lângă cele 9 diode amintitese mai utilizează încă două notate în schemă cu D10 şi D11 care se folosesc pentrurecuperarea armonicelor de ordinul trei simfazice din înfăşurările statorice legate înstea.

La alternatoarele cu regulator de tensiune înglobat se utilizează cu precădereexcitaţia independentă. În acest caz borna DF nu mai este accesibilă.


21/35


21

3.1.4 Caracteristicile electrice ale alternatoarelor

Comportarea alternatorului montat pe autovehicul este evidenţiată princaracteristica de curent I=f(n) la U=ct, după redresare.

Caracteristica de curent este o caracteristică artificială a alternatorului şireprezintă dependenţa dintre curentul maxim redresat pe care îl poate debitaalternatorul şi turaţie, atunci când tensiunea redresată la bornele lui se menţineconstantă.

În cazul alternatorului determinarea caracteristicii de curent se poate facepornind de la ecuaţiile generale ale generatorului sincron şi ale redresorului asociat.

În fig. 3.17 este reprezentată schema electrică a unui alternator trifazat cu înfăşurare statorică legată în stea, cu excitaţie electromagnetică şi redresor cu punte

hexafazată.

Figura 3.17

Schema electrică a unui alternator

Determinarea caracteristicii de debit a alternatorului se face pornind de lacaracteristica externă.

Având în vedere că de fapt alternatorul este compus din două părţi distincte:

generatorul sincron şi redresorul, pentru determinarea caracteristicii externe şi acaracteristicii de debit în cele ce urmează se va analiza separat generatorul sincron şiseparat redresorul.

3.1.4.1 Caracteristicile generatorului sincron pentru alternatoare

Alternatorul se compune în principal dintr -un rotor care creează câmpulmagnetic inductor şi un stator pe care este amplasată înfăşurarea indusă. Câmpul


22/35


22

magnetic este fix faţă de rotor şi are o repartiţie aproape sinusoidală în întrefier (în celece urmează se va considera numai armonica fundamentală a câmpului magnetic).

Prin antrenarea rotorului, acest câmp învârtitor, care se roteşte împreună curotorul, va induce în înfăşurările statorice un sistem de tensiuni alternative simetrice.

Alternatoarele auto au în rotor un număr mare de poli, însă pentrudeterminarea caracteristicii exterioare se consideră cazul unui generator sincron,bipolar, concluziile fiind similare şi pentru generatoarele multipolare.

În fig. 3.18 a este prezentată schema desfăşurată a unui generator sincronbipolar la care s-a desenat pentru simplificare numai înfăşurarea fazei OA printr -osingură bobină a acestei faze.

Figura 3.18

Reacţia indusului generatorului sincron pentru ψ = 0

Se presupune că rotorul se roteşte în sensul săgeţii, care este şi sensul desuccesiune a fazelor.

După cum este cunoscut din teoria generală a maşinilor electrice în înfăşurarea trifazată amplasată în statorul generatorului se va induce un sistem de

tensiuni trifazate simetric şi defazate în timp cu 120° electrice. Acest sistem de tensiunieste reprezentat în planul complex din fig. 3.18 b.Când generatorul lucrează în gol valoarea eficace a t.e.m. indusă în fiecare

fază este dată de relaţia:

U eE = 4,44 fwK φeE (3.1) unde: f = pn

-

frecvenţa tensiunii induse; 60 p -numărul perechilor de poli; n - turaţiarotorului;

w - numărul de spire al unei faze; K

- factorul de înfăşurare;


23/35


23

φeE - fluxul inductor (dat de curentul de excitaţie) util la mers în gol Când generatorul sincron lucrează în sarcină, respectiv prin înfăşurările

statorice începe să circule curent, ca urmare a căderilor de tensiune care apar în statorcât şi a reacţiei de indus, apare o scădere a tensiunii induse în fazele statorice faţă de

tensiunea de mers în gol, în funcţie de valoarea curentului debitat.Reacţia indusului influenţează puternic şi multilateral funcţionarea maşinii

sincrone.

Din punct de vedere fizic fenomenul reacţiei indusului generatorului sincroncorespunde fenomenului reacţiei indusului maşinii de c.c. Ea are însă un caracter maicomplex deoarece, aici apar simultan două reacţii: una transversală şi unalongitudinală.

Pentru înţelegerea fenomenului de reacţie a indusului se prezintă în cele ceurmează reacţia indusului în trei cazuri, determinate de caracterul sarciniigeneratorului.

Dacă se notează cu statorice

şi tensiunea UeE indusă în faza respectivă, acest unghi poate varia între

− şi + . Cazurile limită care se vor analiza sunt

pur rezistiv) şi ϕ= (când sarcina are caracter pur inductiv).

Se analizează comportarea generatorului numai în aceste două cazuri,deoarece generatorul sincron pentru autovehicule lucrează numai împreună cu undispozitiv de redresare, astfel că unghiul de defazaj va fi cuprins întotdeauna în acestdomeniu.

În cazul în care ntul indus I A atinge valoarea

maximă o dată cu tensiunea UeEA, şi anume în momentul când axele polilor inductorise găsesc în dreptul mănunchiurilor de conductoare ale fazei, adică în poziţia din fig.3.18 a. Acest curent indus creează la rândul lui o t.m.m., numită de reacţie, care seva suprapune peste t.m.m. inductoare.

După cum reiese din fig. 3.15 a, amplitudinea maximă a t.m.m. de reacţie seobţine în acest caz în dreptul axei transversale a generatorului, şi se demonstrează căaceastă undă a t.m.m. în cazul înfăşurărilor trifazate, se roteşte sincron cu rotorul.

Prin urmare, în cazul sarcinii rezistive, câmpul magnetic de reacţie al indusuluieste un câmp transversal (cu amplitudinea maximă în axa transversală) şi estedeplasat în spaţiu cu 90° electrice (90/p grade geometrice) în urma t.m.m. a rotorului.


24/35


24

Figura 3.19

Reacţia indusului generatorului sincron pentru ψ = π/2

Dacă cele două t.m.m. ar lucra separat, prima ar produce fluxul util de mer s în

gol φeE, iar cea de-a doua fluxul de reacţie transversală a indusului. Curbele 1 şi 2 se însumează algebric dând t.m.m. rezultantă (curba 3). Se

vede că amplitudinea t.m.m. a curbei rezultante este deplasată faţă de t.m.m. arotorului cu un anumit unghi spre marginea de fugă a polului. Acest unghi depinde de

amplitudinea curbei 2, deci de curentul de sarcină. Rezultă că, t.m.m. de reacţieproduce o deformar e a distribuţiei t.m.m. inductoare de-a lungul întrefierului.

În cazul când ϕ= , curentul I A, fiind defazat cu unghiul ϕ= în urma t.e.m.UeE (fig. 3.19 b) el atinge valoarea maximă cu un sfert de perioadă mai târziu decâtaceastă t.e.m. adică după ce polii inductori s-au deplasat cu 90° electrice sau cu jumătate pasului polar (fig. 3.19 b).

Liniile de câmp ale câmpului de reacţie se închid de data aceasta prin doi polivecini pe care îi parcurg în acelaşi sens cu câmpul pr opriu al acestor poli. Deci t.m.m.de reacţie este de data aceasta o t.m.m. longitudinală demagnetizată. Semnificaţiacurbelor 1,2,3 din fig. 3.19 a, este aceeaşi cu cea din fig. 3.18 a.

În cazul când , curentul prezintă o componentă în fază cu UeE şi o

componentă defazată cu faţă de UeE. În aceste condiţii în înfăşurarea indusuluiapar simultan două t.m.m.: una transversală Faq produsă de componenţa activă a

curentului I = I A cosϕ şi una longitudinală Fad, produsă de componenta longitudinală a

curentului I d= I A sinϕ, care vor produce câmpurile magnetice aq şi

ad de reacţie transversală şi longitudinală.


25/35


25

În fig. 3.20 este prezentată vectorial t.m.m.r otorică FeE respectiv la altă scară fluxul inductor

eE de reacţie transversală şi

longitudinală. Defazat în urmă cu estereprezentat vectorul UeE al t.m.m. de mers în gol,

şi defazat cu ϕ în urma acestuia vectorulcurentului I A. Prin descompunerea lui I A se obţin

componentele Iq şi Id respectiv Fq şi Fd.

T.e.m. corespunzătoare t.m.m. Fq şi Fd Figura 3.20

vor fi Ueaq şi Uead şi vor fi defazate în urma Reacţia indusului pentru ψ ≠ π/2 acestora cu

.

Cu aceste precizări, pentru o fază statorică se poate scrie ecuaţia încomplex:

− − − −

U A = − z I A+U ead+U eaq (3.2) unde:

−

U eE = t.e.m. a câmpului inductor;−

U ead = t.e.m. a câmpului de reacţie longitudinală; −

U eaq = t.e.m. a câmpului de reacţie transversală; −

z = impedanţa de scăpări; − −

U A, I A = tensiunea şi curentul fazei considerate; T.e.m. din formula (3.2) pot fi scrise în

complex în funcţie de curenţii şi impedanţelerespective astfel:

− − −

UeE

=− z Em

I E

− − −

U ead = − I dm I d (3.3)− − −

U eaq = − z qm I q unde:

z Em= R Em+ JX Em - impedanţa de excitaţie curezistenţa, respectiv reactanţa de excitaţie;

z dm = Rdm + JX dm - impedanţa de reacţie

longitudinală cu rezistenţa, respectiv reactanţa de

reacţie longitudinală; z qm = Rqm + JX qm - impedanţa

de reacţie transversală cu

rezistenţa, respectiv

reactanţa de reacţie

transversală;

I E se consideră datsub forma:


26/35


26

I E= j UI E U − A e jQ0 Figura 3.21Diagrama în complex subformă obişnuită, a maşiniisincrone

z = R + jX =impedanţa de scăpări cu rezistenţa, respectiv reactanţa de scăpări.

Reprezentarea în planul complex a relaţiei (3.2) este dată în fig. 3.21 şireprezintă diagrama în complex a maşinii sincrone în regim de generator. Se observăcorelaţia univocă între U A şi I A. Această corelaţie reprezintă caracteristica externă aalternatorului.

Figura 3.22

Caracteristicile externe ale generatorului sincron

În fig. 3.22 sunt reprezentate grafic caracteristicile externe ale alternatorului ladiferite turaţii de antrenare constante, curenţi de excitaţie constanţi şi cosϕ= ct .

Din cauza redresorului la alternatorul pentru autovehicule cosϕ≅ 0,92 .

Dacă se trasează după fig. 3.22 variaţia I sc = f (n) se obţine caracteristica descurtcircuit din fig. 3.23. Se observă că la turaţii mari se produce limitarea curentuluide scurtcircuit datorită saturaţiei magnetice a circuitului. Prin urmare caracteristicileexterne ale alternatoarelor sunt căzătoare la turaţii mici şi converg spre un punct la

turaţii mari.


27/35


27

Figura 3.23

Caracteristica de scurtcircuit a generatorului sincron

3.1.4.2 Caracteristicile redresorului

Cea mai răspândită schemă de redresare folosită la alternatoarele auto, este schemade redresare în punte trifazată.

Redresorul în punte trifazată are şase diode şi redresează ambele alternanţe, din

sistemul de tensiuni trifazate dat de generatorul sincron.

Figura 3.24

Redresor hexafazat cu diode presate

În fig. 3.24 şi 3.25 sunt redate două dintre tipurile de redresoar e trifazate mai

des utilizate.


28/35


28

În fig. 3.24 este redat un redresor cu diode presate. Se observă că redresoruleste format în principal din două radiatoare, care formează de altfel şi bornele „+” şi„–” ale redresorului, în care sunt presate două tipuri de diode şi anume: cu anodul lacarcasă şi cu catodul la carcasă.

În fig. 3.25 este redat un redresor cu diode buton. Acest redresor este format în principal din cele două radiatoare, o piesă izolantă şi diodele buton care de obicei suntlipite pe radiatoare.

Ambele tipuri de redresoare sunt montate în interiorul alternatorului. În fiecare moment funcţionează dioda din grupa diodelor pozitive care are

potenţialul anodului (bornei pozitive) cel mai ridicat şi dioda din grupa diodelornegative care are potenţialul catodului (bornei negative) cel mai scăzut.

Figura 3.25

Redresor hexafazat cu diode buton

În fig. 3.26 şi 3.27 sunt reprezentate variaţiile în timp ale tensiunilor şi curentului înainte de

redresare (fig. 3.26 a) şi după redresare (fig. 3.26 b, c şi fig. 3.27 a, b, c).

După cum se poate vedea tensiunea urmăreşte vârfurile tensiunilor între faze şiare o frecvenţă de 6 ori mai mare ca frecvenţa de bază.

Curentul redresat (fig. 3.27 a, b, c) urmăreşte de asemenea pulsaţiile tensiuniiredresate având o frecvenţă de 6 ori mai mare.

Legătura dintre valorile efective ale tensiunii U A şi curentului I A de pe o fază ageneratorului sincron (înainte de redresare) şi valoarea tensiunii U şi a curentului Idupă redresare se determină după cum urmează.

Relaţia dintre tensiuni se determină la mersul în gol pentru cazul ideal al unortensiuni alternative sinusoidale având durata perioadei T (fig. 3.26 a).


29/35


29

UU ABdt =3 3

2U A (3.4) π

unde:

Figura 3.26

Figura 3.27

U AB= 2( 3U A)sin2

T π

t

Relaţia dintre valoarea efectivă a curentului alternativ de pe o fază ageneratorului I A şi valoarea medie a curentului mediu redresat I se determină la mersul în sarcină pentru cazul ideal al neglijării curenţilor inverşi şi a neglijării pulsaţiilor

curentului.

I A2= T 1 2

3T

I 2 (3.5)

I =1,234 I A

Având în vedere cele de mai sus şi ţinând seama de relaţiile (3.4) şi (3.5) înseamnă că atât caracteristica exterioară a generatorului sincron din fig. 3.21 cât şicaracteristica de scurtcircuit din fig. 3.22 (înainte de redresare) reprezintă la o altăscară chiar caracteristica externă a alternatorului şi caracteristica de scurtcircuit a alternatorului (după redresare).


30/35


30

3.1.4.3 Caracteristicile de curent ale alternatorului

Caracteristica de curent a alternatorului se obţine intersectând familia de caracteristiciexterne cu o dreaptă U=UR=ct.

Începând de la turaţia n0 alternatorul începe să debiteze curent, iar curentul creştepe măsură ce creşte turaţia.

La turaţia nmax alternatorul debitează curentul maxim pentru care estedimensionat. Dar aşa cum se vede, în fig. 3.21, din cauza caracteristicii externe, acestcurent este foarte apropiat de curentul de scurtcircuit al alternatorului.

Din acest motiv alternatoarele nu mai au nevoie de un releu de limitare automată acurentului.

În fig. 3.28 este reprezentatăcaracteristica de curent

a unui alternator adicăposibilităţile maxime ale alternatorului.

În fig. 3.28 s-a notat cu „a”caracteristica alternatorului în stare caldă şi cu „b” în stare rece. Diferenţadintre cele două caracteristici apare înspecial datorită modificării curentului deexcitaţie din cauza încălzirii.

Semnificaţia notaţiilor din fig.

3.28 este următoarea:

n0 – turaţia de început de Figura 3.28debitare. Această turaţie se poate obţine dinformula (3.1) şi (3.3), punând UR:

U R= 3 3 2U eE π

n0= 3 202π p.Uw R.k θeE= 25,65 p.wU .k RθeE (3.6)

Imax – curentul maxim pe care îl poate debita alternatorul;2/3 Imax – curentul pe care îl poate debita în regim de lungă durată; nmax – turaţia maximă admisibilă; nd – turaţia la care se obţinecurentul de durată.

Încărcarea alternatorului, în timpul funcţionării pe autovehicule nu este întotdeauna maximă, deci punctele de funcţionare nu se situează întotdeauna pecaracteristica de curent.

Punctele de funcţionare se pot găsi în întreg domeniu aflat sub aceastăcaracteristică, depinzând de starea de încărcare a bateriei de acumulatori şi de

consumatorii de pe autovehicul conectaţi la un moment dat (în cazul extremalternatorul funcţionează în gol cu toată gama de turaţii cuprinsă între n0 şi nmax).


31/35


31

În aceste cazuri pentru menţinereaconstantă a tensiunii la bornele alternatorului

este necesară modificarea în modcorespunzător a curentului de excitaţie. Pentru

realizarea acestei modificări, alternatoareletrebuie să lucreze pe autovehicule împreună cuun regulator automat de tensiune (regulator de

curent aşa cum s-a arătat nu mai este necesar). Acest regulator realizează modificarea

continuă a curentului de excitaţie, astfel încâttensiunea la bornele alternatorului se menţine

constantă şi egală cu UR, în întreg domeniul de turaţii şi

Figura 3.29 curent.

Modul în care trebuie să varieze curentul de excitaţie pentru a menţine tensiunea

constantă se poate determina analitic sau experimental. Dependenţa IE=f(n) la U=ct şi I=ct redată în fig. 3.29 se numeşte caracteristica de reglaj.

Pentru menţinerea constantă a tensiunii la turaţia maximă şi sarcina zero este

necesar ca valoarea curentului de excitaţie să fie minimă ( I E min ), iar pentru menţinerea

tensiunii constante la turaţia minimă şi sarcina maximă este necesar ca valoarea

curentului de excitaţie să fie maximă ( I E max).

Raportul dintre I E max şi

I E min se numeşte factor de reglaj.

În cazul în care reglarea curentului de excitaţie se face prin înserierea uneirezistenţe cu înfăşurarea de excitaţie factorul de amplificare este dat de relaţia:

U R

I E maxmin UReR = Re R+e Rr (3.7)

K i=

I E =

Re+ Rr

unde: UR – tensiunea redată;

Re – rezistenţa înfăşurării de excitaţie;

Rr – rezistenţa înseriată cu înfăşurarea de excitaţie.

Cunoscând valorile I E max , I E min şi Re se poate determina rezistenţa Rr ,

reprezentând valoarea maximă care trebuie înseriată cu înfăşurarea de excitaţie

pentru menţinerea constantă a tensiunii la borne.

Caracteristica externă şi caracteristica de scurtcircuit a alternatoarelor cumagneţi permanenţi sunt similare cu cele ale alternatoarelor cu excitaţie

electromagnetică.


32/35


32

La aceste alternatoare reglarea tensiunii la borne este mai dificilă, făcânduseprin modificarea fluxului de excitaţie, care se realizează prin modificarea reluctanţeicircuitului magnetic, fie direct prin modificarea tensiunii pe partea de curent alternativ

cu ajutorul unor redresoare comandate.

3.1.5 Perspective privind evoluţia alternatoarelor

Creşterea numărului de consumatori, necesitatea reducerii greutăţii, agabaritului ca şi a zgomotului şi consumului de combustibil determină evoluţiapermanentă a alternatoarelor.

a. Randamentul

Randamentul maxim al unui alternator răcit cu aer atinge 65%, dar poate creşte rapidla turaţii ridicate de antrenare.

În condiţii normale de utilizare a autovehiculului, alternatorul funcţionează cel maides în plaja de încărcare parţială, randamentul mediu fiind de 55%.

Randamentul alternatorului este influenţat de pierderile înregistrate: Utilizarea unui alternator mai mare (şi mai greu) permite funcţionarea acestuia

într -o plajă mai avantajoasă de randament pentru aceeaşi încărcare. Dar creştereagabaritului şi a greutăţii constituie un handicap pentru alternator, astfel încât trebuievizate îmbunătăţiri de natură electrică, magnetică şi termică.

b. Sistemul de răcire

Ventilaţia interioară Înlocuirea

sistemului de ventilaţie clasicprevăzut cu un ventilatoramplasat la exterior cu douămici ventilatoare amplasate îninterior, la capetele rotorului,

are ca efect, pe lângă o răciremai bună şi o reducere cucca. 50% a pierderilor prin

frecări aerodinamice. Efectulpozitiv al acestei soluţii semanifestă de asemenea prinatenuarea zgomotului cu cca.

5 – 10 db (A).

Răcirea cu aer forţat

Înlocuirea ventilaţiei normale cu soluţia cu aer forţat are ca efect creştereaputerii şi scăderea importantă a temperaturii componentelor. În plus, zgomotul produsde alternator este atenuat chiar şi la turaţii mari.

Inconvenientele sunt legate atât de creşterea gabaritului cât şi de creşterea costurilor

determinate de ventilator, tubulaturi, etc.


33/35


33

Răcirea cu lichid

Răcirea cu lichid a alternatorului, şi dispariţia ventilatorului, are ca efect o diminuaresemnificativă a zgomotului aerodinamic.

Un alt avantaj al acestei soluţii constă în posibilitatea utilizării căldurii disipate de

alternator pentru a încălzi mai rapid lichidul de răcire al motorului şi

Figura 3.30

Alternatorul răcit cu aer

încălzirea mai rapidă a habitaclului, mai ales în cazul motoarelor cu aprindere prin compresie.Conceptul acesta, cu capsulare completă a alternatorului determină reducerea

considerabilă a zgomotului. O astfel de soluţie este prezentată în fig. 3.30.

c. Sistemul de antrenare

Evoluţia raportului de transmitere dintre alternator şi arborele motor la sistemulde antrenare clasic a înregistrat o creştere de la 2 – 2,5 la 2,2 – 3,2, cu efect favorabilasupra debitului alternatorului. Creşterea a fost determinată atât de necesarul crescutde curent cât şi de faptul că motoarele moderne, cu consum redus de combustibil, auun regim de relanti din ce în ce mai scăzut.

Dacă se adoptă definirea unui alternator pentru menţinerea puterii furnizate laun regim de rotaţie scăzut (50 – 70% din puterea maximă), se va degrada putereamaximă şi randamentul.

Din contra, se poate decupla puterea maximă şi randamentul unui alternator (lamasă constantă), cu o definire a începutului de debitare întârziată.


34/35


34

Ameliorarea randamentului este legată de faptul că pierderile rămânneschimbate pentru o curbă superioară a debitului. Pierderile la redresor crescproporţional cu curentul necesitând o răcire mai intensă.

În plus avantajele ţinând de zgomot şi randament, determină reducerea regimurilor de

turaţie maximă. O turaţie de antrenare constantă de cca. 5000 rot/min va fi ideală pentru funcţionarea

alternatorului.

Diferite sisteme de antrenare permit modificarea raportului de transmitere între

arborele motor şi alternator pe plaja de regimuri utilizate.

Antrenarea hidrostatică la regim constant

Acest sistem, cu o pompă hidraulică antrenată de motor şi un motorhidrostatic de antrenare a alternatorului permite adaptarea la un regim ideal.

Mărirea regimului de rotaţie al alternatorului la regimul de mers în gol al

motorului are ca efect benefic reducerea dimensiunilor alternatorului sau creşterearandamentului cu 5 – 10%.Dar, este dificil de atins randamentul mediu obţinut cu o antrenare directă cu

curea, având în vedere pierderile de 15 – 25% determinate de sistemul hidraulic. Înplus, zgomotul produs de alternator poate creşte sensibil la mersul în gol al motorului.

Antrenarea cu variator de turaţie

În acest caz, raportul de transmitere variază continuu între anumite limite. Inconvenientul principal este reprezentat de gabaritul variatorului şi de

randamentul mediu de maxim 80 – 85%.

Antrenarea cu două rapoarte etajate

Soluţia cuprinde două variante constructive: • cu reductor planetar• cu două fulii de antrenare Reductorul planetar, cuplat cu un ambreiaj poate fi integrat alternatorului. Trebuie însă

examinate: costul, durata de viaţă şi zgomotul.

Sistemul cu două fulii, foloseşte cele două turaţii diferite existente la arborelemotor şi la arborele de distribuţie, utilizând în plus un ambreiaj de cuplare. Ambreiajultrebuie să permită o cuplare lină a celor două rapoarte. Punctele de schimbare araportului pot fi determinate funcţie de turaţie, putere sau chiar de reducerea

zgomotului.Antrenarea cu ajutorul unei turbine

Este o soluţie, probabil de viitor în care antrenarea se face cu o turbină antrenată degazele din eşapament

d. Zgomotul produs de alternator


35/35


Alternatorul contribuie la zgomotul general produs de autovehicule, deci şireducerea acestuia capătă importanţă în cazul autovehiculelor moderne. Principalelesurse de zgomot sunt:

• zgomotul

aerodinamic; • zgomotulmagnetic;

• zgomotul mecanic.Zgomotul aerodinamic, apare la turaţii mai mari de 3000 rot/min şi depinde î n

principal de ventilaţie..

Zgomotul magnetic, se datoreşte forţelor magnetice alternante din întrefier şise manifestă mai puternic între turaţia de mers în gol şi cca. 2500 rot/min.

Zgomotul mecanic este influenţat de: frecările din rulmenţi, vibraţiiletransmise prin suport.

Atenuarea acestora se poate face prin utilizarea de lubrifianţi superiori şi prin

îmbunătăţirea construcţiei suportului.

sisteme electronice

Documents

Transcript of sisteme electronice