KURZUS: Járművillamosság és elektronika 1.

MODUL: I. modul

3. lecke: Energia ellátás, Generátorok

| A lecke tanulásának a célja: Gépjárművek villamos energia ellátójának a megismerése. Milyen fajtái vannak a generátoroknak, melyiket hol alkalmazhatjuk. A tulajdonságaikat éppúgy tárgyaljuk, mint a legújabb fejlesztéseiket.
Szükségesen elsajátítandó: A lecke elsajátítása után a hallgatóknak ismerniük kell a járművek generátorának tulajdonságait. A korai és jelenlegi feszültség szabályzó működését, állítási lehetőségét. Tudnia kell a jelenlegi trendeket, indító generátorok tulajdonságait.
Oktatási segédlet: Endrődy-Nagy: Gépjármű villamos berendezések Tk. Bp. 1987. J 19-610 Schmidt-Rajki-Vincze: Járművillamosság Tk. Bp. 2002 Tom Denton: Automobile electrical and elect-ronic systems, British Library 2012 4th edition Bosch műszaki útmutató füzetek, Maróti kiadó
Lecke elsajátításának időtartama: A lecke elsajátításához kb. 90 perc szükséges.
A gépjármű villamos fogyasztóinak az ellátását két módon biztosíthatjuk. Álló belsőégésű motor esetén a villamos energia a jármű akkumulátorából származik, míg járó motor esetén a generátor szolgáltatja a szükséges villamos teljesítményt. Ebben a leckében a generátorok működését, fajtáit, szabályzását ismerhetjük meg.
Kerékpár dinamó
1. ábra
Az 1. ábra egy hagyományos dinamót ábrázol. Így nevezték el az első generátorokat.
Generátorok feladata:
összes villamos berendezést energia ellátását biztosítsa, akkumulátort töltse, széles fordulatszámon működjön, illeszkedjen a fogyasztókhoz, fellépő dinamikus változásokat viselje el,
Generátorok fajtái:
Egyenáramú generátor Váltakozó áramú generátor
A 2. ábra egy váltakozó áramú generátort mutat. A kivágott külső ház rálátást enged a belső forgó részre.
Modern váltakozó áramú generátor
2. ábra
Egyenáramú generátor:
Hogyan nevezhetjük másképpen?: Gépjármű dinamó
Ki fedezte fel a dinamó-elvet?: Jedlik Ányos 1861-ben
Egyenáramú generátor felépítése:
ház belső felületén a pólusvasak (acél) találhatóak, körülöttük helyezkednek el a gerjesztő tekercsek (réz), forgórész (armatúra): belül vasmag, kívül a hornyokban tekercselés (hurkos vagy hullámos), tekercsvégeket a kommutátor szeletekhez forrasztják, grafit kefékkel veszik le az indukált feszültséget, forgórész a pajzsba csapágyazva kerül beépítésre, ékszíj hajtja.
Váltakozó áramú generátor:
Egyenirányítás diódákkal (nem kell kommutátor- nincs körtűz) Armatúra tekercselés-3 fázisú, a lemezelt állórész hornyaiban Forgórész: egyenáramú tekerccsel gerjesztett, csúszógyűrűkön keresztül
Előnyei:
nagyobb fordulatszám megengedhető, nincs kefeszikrázás és kommutáció, nagyobb egységnyi teljesítmény, 30-50 W/kg helyett 150-180 W/kg, kevesebb karbantartás, alapjáratnál magasabb energiát ad le, Forgásirányát a ventillátor lapátozása adja.
Típusai:
Kiálló pólusú (jellegzetes forgórészről kapta nevét), Körmös pólusú (egyes, kettes forgórészén egy gerjesztő tekercs köré), Induktor generátor (tekercseletlen forgórész, nem kell csúszógyűrű).
Bosch EL (efficiency line) generátor:
A 3. ábra szemlélteti a Bosch EL generátor részegységeit. A számozott alkatrész listát azonosítsuk be az alábbi képen!
Bosch EL (efficiency line) generátor
3. ábra
Körmös pólusú generátor:
Állórész tekercselés egyenirányítása
Forgórész - gerjesztés
Körmös pólusú generátor
4. ábra
A 4. ábra mutatja a körmöspólusú generátor alapfelépítését. Míg az 5. ábra a körmös pólusú forgórész kialakítását szemlélteti.
Körmös pólusú generátor
5. ábra
Körmöspólusú generátorok típusai:
Csúszógyűrűs kivezetésű, Csúszógyűrű nélküli (Gerjesztő tekercs is áll csőtengely kivitelű), Gerjesztő géppel egybeépített generátor (Forgódiódás).
Generátor általános kapcsolási rajza:
3 fő részterület (A, B, C) Régebben külön cserélhető, állítható volt, ma már egy komplex egység
Jármű generátor kapcsolási rajza
6. ábra
A 6. ábra egy járműgenerátor kapcsolási rajzát mutatja.
Generátorok jellemző adatai:
Unévl (12 V) Uüzemi (14 V) Imax Inévleges = 2Imax /3 nbekapcs nmax Pnévl = UüInévl Pmax = UüImax
Kapcsolása:
Általában csillag (Uvon=1.7Ufázis alacsony fordulaton eléri már a töltési feszültséget) vagy delta (Ivon=1.7Ifázis nagyobb teljesítményű generátoroknál)
Működési fordulat tartomány:
A maximális generátoráram jelleggörbéje állandó feszültség mellett
7. ábra
A 7. ábra mutatja azt a fordulatszám tartományt, amely mellett kellően nagy töltőáramot tud szolgáltatni állandó feszültség mellett a generátor.
Feszültség szabályzás:
Ui = k Φn 600<n<6000, k: állandó, Φ: fluxus Ha n változik, akkor a fluxust is változtatni kell Unévl=14 V Fordulatszámra lineárisan, gerjesztő áramra nem lineárisan változik
Feszültség szabályzás
8. ábra
Hogyan szabályozzuk akkor a feszültségét a generátornak? Tirill elven működő szabályzás. Adott ideig Rsz van a gerjesztő körben, utána kiiktatjuk. Ki- bekapcsoláskor tranziens állapot. Nagy fordulatoknál néha ki kell kapcsolni a gerjesztést.
A 8. ábra mutatja be a generátor két fontos grafikonját. A bal oldali a feszültség és teljesítmény adatokat mutatja a fordulatszám függvényében, míg a jobb oldali ábra pedig a mágneses fluxus változását a gerjesztő áram függvényében.
A 9. ábra az elektromechanikus rezgőkapcsolóval megoldott feszültség szabályzás elvét magyarázza.
Feszültség szabályzás elve:
e1-e2 zár: Ig nő (Rsz kiiktatva, eredő ellenállás csökken, áram nő) e1-e2 nyit: Ig csökken (Rsz-en keresztül folyik a gerjesztés, eredő ellenállás nő, áram csökken) e2-e3 zár: nincs gerjesztés (indukálódott feszültség nincs, pontosabban tart 0 felé)
Feszültségszabályozó elve érintkezők függvényében
9. ábra
Kapocsfeszültség és gerjesztőáram változása
10. ábra
A 10. ábra a kapocsfeszültség és gerjesztőáram változását mutatja. Elegendően hosszú idő elteltével U? (Rsz kikapcsolva, e1-e2 zár) és U β (Rsz bekapcsolva, e1-e2 nyit) feszültség állandósulna.
e1-e2 zár: i=I(1-e-t/T) e1-e2 nyit: i=i0+(I-i0)e-t/T1
A 11. ábra mutatja milyen gerjesztő áram alakul ki Rsz ki illetve be kapcsolásával.
A 12. ábra mutatja milyen gerjesztő áram alakul ki a gerjesztés ki illetve be kapcsolásával.
Gerjesztőáram változása teljes gerjesztés és beiktatott szabályozó ellenállás esetén
11. ábra
e2-e3 zár: i=i0e-t/T
e2-e3 nyit: i=i0(1-e-t/T1)
Gerjesztőáram változása a gerjesztőáram megszűnésekor és bekapcsolásakor
12. ábra
Elektromechanikus rezgőkapcsoló:
Egy érintkezős Elektromágnes kapcsolja szét az érintkezőket a rugóerő ellenében, ekkor Rsz beiktatásával Ig csökken, Uind is csökken, de akkor rugó meghúz, érintkezők zárnak, Rsz kiiktatódik
Elektromechanikus feszültségszabályozó
13. ábra
Egy érintkezős elektromechanikus feszültségszabályzó látható a 13. ábrán.
Ui = k Φn a generátor indukálódó feszültségének képlete.
A 14. ábra mutatja az indukálódott feszültség és gerjesztő áram változásait.
Gerjesztőáram és szabályozott feszültség változása
14. ábra
Magyarázat:
Növekvő fordulatnál vagy kisebb terhelésnél Ib átlag elég (kisebb fluxus elég), míg kisebb fordulatra vagy növekvő terhelésre nagyobb fluxus kell, azaz nagyobb gerjesztés Ic Legkisebb rezgési frekvencia 30 Hz, átlagos 80-200 Hz
Kétérintkezős Elektromechanikus rezgőkapcsoló:
Nagyobb fordulatoknál Rsz nem lehet túl nagy az érintkezők beégése miatt. Nagy fordulatnál gerjesztést kikapcsolja az ábra szerinti e2-e3 zárásával. Ha az elektromágnes vasmagjára egy áramtekercset is teszünk a generátor terhelő áramát rávezetve, akkor a túlterheléstől védhetjük meg.
A 15. ábra két érintkezőpáros elektromechanikus feszültségszabályzó kapcsolási rajzát mutatja. A jobb oldali ábra terhelésfüggő bekötést mutat.
Két érintkezőpáros elektromechanikus rezgőkapcsoló
15. ábra
Feszültségszabályzás elve szerint:
A 16. ábrán látható egy mechanikus és egy elektronikus feszültség szabályzó.
Feszültségszabályzás elve
a) mechanikus, b) elektronikus
16. ábra
Kapcsolás elve szerint lehet:
Elektromechanikus rezgőkapcsoló, Elektronikus feszültségszabályzó (feszültség szabályzó egy zéner dióda), Integrált áramkörű feszültség-szabályzó (kis méret, generátorba építik be, pontosan hangolják).
Feszültség szabályzók típusai:
A fejlődés jól látható a 17. összehasonlító ábrán, Tömeg tizedére, térfogat harmincadára csökkent.
Feszültségszabályzók típusai
17. ábra
Egy Lada elektromechanikus rezgőkapcsoló kapcsolása látható a 18. ábrán.
G.224 (37.3701) generátor bekötési vázlata 2108 Lada típushoz
18. ábra
Elektronikus feszültségszabályzó:
A 19. ábra Bosch ED típusú elektronikus feszültségszabályozó kapcsolási vázlatát mutatja.
Előnye:
nincs mozgó alkatrész, nem igényel karbantartást, R1, R2 ellenállások feszültség osztót alkotnak, ha a Zéner dióda feszültsége eléri a letörési feszültséget, T2 nyit, T1 zár, ezzel a gerjesztés megszűnik.
Bosch ED típusú elektronikus feszültségszabályozó kapcsolási vázlata
19. ábra
Generátor típusok:
A 20. ábra táblázata generátor típusok tulajdonságait mutatja.
20. ábra. Generátor típusok
Indító generátor:
A 21. ábrán látható indító generátor több nagyon jó tulajdonsággal rendelkezik:
nagy elektromosenergia igényre, 14/42 voltos rendszerre is, start/stop funkció, gyorsítások támogatása, gyors és zajmentes motorindítás, a hajtásláncba teljesen integrált indító generátor, a motorhoz szíjhajtáson keresztül kapcsolt indító generátor kidolgozása, állandómágneses gerjesztésű, belső rotorú, szinkrongép, kiegészítő, motoroldali kuplunggal kombinálva, motorfék üzemmódban a motorról lekapcsolva a fékezési energia jelentős hányada visszanyerhető, szakemberek a vázolt elrendezést "minimálhibrid" néven említik.
Indító generátor
21. ábra

| Önellenőrző kérdések
1. Ki fedezte fel a dinamó-elvet?
| Nikola Tesla
| Bánki Donát
| Jedlik Ányos
| Nikolaus August Otto
2. Melyik generátor kapcsolás a leggyakoribb?
| delta
| párhuzamos
| soros
| csillag
3. Hogyan függ a gerjesztő áramtól a generátor indukálódott feszültsége?
| lineárisan
| exponenciálisan
| fordítottan
| nem lineárisan
4. Hogyan működik a Tirill szabályzás?
| Egy kondenzátort kapcsolunk a gerjesztő körben
| 0,5 mH-s tekercset ki-be kapcsolunk a gerjesztő körben
| Egy szabályzó ellenállást ki-be kapcsolunk a gerjesztő körben
5. Mi történik, ha a feszültség szabályzóban összezárjuk az e2- e3 érintkezőket?
| gerjesztés megszűnik
| ellenállás felére csökken
| gerjesztő áram növekszik
6. Szabályzó ellenállás bekapcsolásával mi történik a feszültséggel?
| indukálódó feszültség csökken
| indukálódó feszültség nő
| bekapcsolódik a gerjesztés
| kikapcsolódik a gerjesztés
7. A feszültség szabályzó csökkenti a gerjesztő áramot. Milyen változás történhetett előtte?
| fordulatszám előtte emelkedett
| fordulatszám előtte nőtt
| a jármű villamos terhelése növekedett korábban
8. Mekkora az átlagos rezgési frekvenciája a Tirill szabályzónak?
| 1000-2000 Hz
| 5-10 Hz
| 80-200 Hz
| 10 kHz
| feszültség
9. Melyik tulajdonság nem jellemző az indító generátorra?
| szinkron gép
| "full-hibrid" elnevezéssel illetik
| tudja a start-stop funkciót
| zajmentes motorindítás
10. Milyen feszültségszintre (V) szabályoz egy jól működő feszültség szabályzó?
| 13,8-14,2
| 11,5-12,5
| 10,5-14,4
| 14,2-14,4