Alternator


Prądnica prądu przemiennego, często trójfazowa. Służy do zmiany energii mechanicznej w prąd przemienny. W alternatorze prąd jest wytwarzany w nieruchomych uzwojeniach stojana przez wirujące pole magnetyczne wirnika. Stosowany jest powszechnie jako źródło prądu w pojazdach mechanicznych.

Alternator jest znacznie wydajniejszy i bardziej niezawodny od prądnicy prądu stałego, gdyż w przeciwieństwie do prądnicy główne uzwojenia robocze są w stojanie, a nie w wirniku, dzięki czemu nie ma potrzeby stosowania komutatora. Alternator jest wzbudzany podobnie do prądnicy prądu zmiennego przez uzwojenia wirnika, ale w alternatorze jest jedno uzwojenie nawinięte osiowo, a wykonane z ferromagnetyka elementy kształtują odpowiednio pole magnetyczne, tak by podczas obrotu wirnika zmieniało się pole magnetyczne przenikające przez uzwojenia statora (stojana).

Dla zapewnienia współpracy z akumulatorem, który wymaga napięcia stałego, alternator posiada wbudowany prostownik na diodach krzemowych. Czasem zawiera też wbudowany regulator napięcia.

Układ prostowania prądu posiada często oddzielne diody do prostowania prądu głównego i oddzielne 3 diody do prostowania prądu używanego do wzbudzania alternatora (alternator 9-diodowy). Układ taki zapewnia, że podczas małych obrotów silnika lub przy włączonej instalacji elektrycznej przy wyłączonym silniku wirnik alternatora nie jest magnesowany i nie pobiera prądu z akumulatora, jak to się dzieje w prądnicach lub alternatorach 6-diodowych. W nowoczesnych samochodach układ prostowania i regulator poziomu wzbudzania, zwany regulatorem napięcia, są instalowane w alternatorze.

Obecnie alternatorów używa się coraz częściej, ponieważ są znacznie lżejsze od prądnicy prądu stałego i zdolne do oddawania maksymalnego prądu już przy niewielkiej prędkości obrotowej wirnika.


Budowa alternatora





1 - koło pasowe z nakrętką,
2 - żeliwna obudowa przednia z osłoną łożyska napędowego,
3 - twornik z dwoma łożyskami i wentylatorami, 
4 - stojan z uzwojeniem
5 - obudowa tylna z gniazdem łożyska tylnego,
6 - zminiaturyzowana elektronika alternatora, obejmująca diody i regulator napięcia,     7 - zakryte plastikowym deklem z przyłączami kabli.



Rozrusznik

Urządzenie do uruchamiania silnika spalinowego. Najczęściej stosowanymi są rozruszniki elektryczne, choć spotyka się też pneumatyczne, jak i małe silniki spalinowe.

Rozrusznik elektryczny to silnik prądu stałego, który służy do obracania wału korbowego silnika i nadawania mu odpowiedniej prędkości obrotowej, przy której silnik może samodzielnie rozpocząć pracę.

Rozrusznik silnika spalinowego jest odbiornikiem pobierającym najwięcej energii elektrycznej z akumulatora, lecz tylko w krótkich okresach podczas uruchamiania silnika. Pobór prądu w chwili uruchamiania silnika w samochodach osobowych wynosi 200-600A. W zależności od rodzaju pojazdu moc rozrusznika wynosi 0,4-10 kW.

Aby rozrusznik spełniał swe zadania, musi pokonać opory, na które składają się:

  • sprężanie czynnika roboczego w cylindrach,
  • zasysanie mieszanki paliwowej (lub powietrza),
  • tarcie tłoków o powierzchnie cylindrów,
  • tarcie w łożyskach wału silnika,
  • opory związane z praca mechanizmów pomocniczych.

Na czas rozruchu wirnik rozrusznika zostaje sprzęgnięty z kołem zamachowym silnika za pomocą przekładni zębatej. Rozrusznik powinien zapewnić minimalną prędkość obrotową silnika, przy której może on rozpocząć samodzielną pracę. Prędkość rozruchowa silnika wynosi 40-100 obr/min w przypadku czterosuwowych silników z zapłonem iskrowym, a 100-200 obr/min w silnikach z zapłonem samoczynnym.


Budowa zasada działania

Rozrusznik to szeregowy lub szeregowo-bocznikowy silnik elektryczny, wyposażony w mechanizm sprzęgający zwany bendiksem. Podstawowe części składowe rozrusznika elektrycznego to: uzwojenie wzbudzenia, wirnik z uzwojeniami i komutatorem, szczotki komutatora, urządzenie załączające i sprzęgające. Uzwojenie wzbudzenia jest połączone szeregowo z uzwojeniem wirnika stąd nazwa silnik szeregowy. Obecnie spotyka się rozruszniki tylko z uzwojeniami w wirniku, a bez uzwojeń wzbudzenia w stojanie - pole magnetyczne wytwarzają silne magnesy trwałe (produkowane przez Bosch). Ponieważ rozrusznik pobiera duży prąd (do 600 A), uzwojenia stojana wykonuje się z grubego drutu lub płaskownika miedzianego. Końce uzwojeń są przylutowane do segmentów komutatora.


Urządzenie sprzęgające służy do sprzęgania rozrusznika z kołem zamachowym silnika w celu wprawienia w ruch obrotowy wału korbowego. Elementem sprzęgającym jest zębnik osadzony na wałku wirnika, zazębiany z wieńcem zębatym koła zamachowego silnika. Mechanizm sprzęgający osadzony jest na wirniku poprzez gwint o bardzo dużym skoku (Bendiks), gwint ten sprawia, że przenoszenie momentu obrotowego z rozrusznika na sprzęg, przesuwa sprzęg w stronę zębatki, a przenoszenie w drugą stronę wycofuje sprzęg. Zębatka łącznika jest osadzona na sprzęgniku poprzez sprzęgło wałkowe jednokierunkowe (identyczne jak wolnobieg w rowerze) zabezpieczające rozrusznik przed napędzaniem go przez silnik gdy uzyska obroty większe niż obroty rozrusznika. W celu ułatwienia zazębiania mechanizm sprzęgający jest przesuwany w stronę zębatki poprzez widełki przez elektromagnes, co sprawia, że rozrusznik jest zazębiany zanim rozrusznik zacznie się obracać.



Elementy typowego rozrusznika:
1 - Część obudowy
2 - Sprzęgło (Bendiks)
3 - Wirnik
4 - Cewka stojana
5 - Szczotkotrzymacz
6 - Elektromagnes załączający wraz z cięgłem widełek

 

Dynamostarter

Szczególnym rodzajem rozrusznika stosowanym w pojazdach jest dynamostarter umieszczany bezpośrednio na wale silnika spalinowego. Dynamostarter jest wielobiegunowym silnikiem szeregowo-bocznikowym łączącym funkcje prądnicy i rozrusznika. W trybie pracy prądnicowej jako wzbudzenie wykorzystywane jest uzwojenie bocznikowe, przy czym nabiegunniki nieczynnego w tym trybie uzwojenia szeregowego pełnią rolę biegunów biernych, w trybie pracy rozrusznika czynne są oba uzwojenia stojana.
Dynamostarter bywa nazywany też prądnico rozrusznikiem, prądorozrusznikiem i dyna starterem. Takie rozwiązanie jest stosowane w lokomotywach spalinowych z przekładnią elektryczną, gdzie z wałem korbowym jest bezpośrednio połączona prądnica główna, która spełnia funkcję rozrusznika, co ma miejsce w większości lokomotyw spalinowych z przekładnią elektryczną prądu stałego. Gdy silnik spalinowy lokomotywy napędza trójfazową prądnice prądu przemiennego do rozruchu stosuje się osobny rozrusznik, który w czasie pracy silnika spalinowego spełnia rolę prądnicy pomocniczej. Takie rozwiązanie zastosowano w lokomotywie serii SP47. Zastosowano prądnicę - rozrusznik na napięcie akumulatorów 110V o mocy 80kW do rozruchu silnika o mocy 3000KM.