Alternátor s elektronickým regulátorom budenia

Alternátor s elektronickým regulátorom budenia premieňa mechanickú energiu motora na elektrickú energiu a pomocou regulácie prúdu v rotorovom vinutí udržiava napätie vhodné na napájanie palubnej siete a dobíjanie akumulátora. Elektrická inštalácia v automobile je obvykle jednosmerná, ale kvôli svojim prednostiam sa na zásobovanie elektrickou energiou využíva alternátor so zaradeným usmerňovačom.

Trojfázový alternátor v spojení s Graetzovým mostíkom vytvorí 12 V pulzný zdroj jednosmerného prúdu, ktorý sa využíva ako na dobíjanie akumulátora, tak na pokrytie spotreby zapaľovania, svetiel a ostatných spotrebičov. Alternátor v automobile je obvykle poháňaný klinovým remeňom z kľukového hriadeľa automobilu.

Prečo je alternátor v automobile nevyhnutný

Batéria je len zásobník energie. To, kto tú energiu počas jazdy skutočne vyrába, je úplne iná súčiastka.

Alternátor je generátor, ktorý vyrába elektrický prúd. Jeho základnou funkciou je premena kinetickej energie na elektrickú energiu.

Alternátor je zariadenie, ktoré mení mechanickú energiu motora na elektrinu. Robí to nepretržite, kým beží motor. Ak zlyhá, auto sa môže zastaviť aj s úplne novou batériou.

Poháňa ho remeň napojený na kľukový hriadeľ. Motor sa točí, remeň sa točí, alternátor sa točí a vyrába elektrinu pre celé auto.

Svetlá, elektronika, čerpadlá, klimatizácia, nabíjanie mobilu a dokonca aj samotná batéria počas jazdy nežijú z batérie, ale zo samotného alternátora.

Vozidlá dnes spotrebúvajú podstatne viac elektrickej energie než staršie automobily. Vyhrievané sedadlá, panoramatická strecha, navigácia, adaptívne svetlomety, kamerové systémy a bezdrôtové nabíjanie telefónu predstavujú ďalšiu záťaž pre nabíjací systém.

Tam, kde staršiemu autu stačil alternátor s výkonom okolo 55 ampérov, moderné SUV bežne potrebuje 150 ampérov a viac. To je trojnásobné zaťaženie pri podobnej konštrukcii.

Princíp činnosti alternátora

Vo vnútri alternátora sa nachádza rotor a okolo neho stator. Rotor sa otáča a vytvára magnetické pole, ktoré sa mení tak rýchlo, že v cievkach statora vzniká elektrina.

To je elektromagnetická indukcia, jednoduchý fyzikálny princíp, ktorý hovorí, že pohyb a magnetizmus dokážu vytvoriť elektrickú energiu.

Alternátor má dve vinutia, na statore a rotore. Vinutie statora podáva jednosmerné napätie.

Pravidlo vinutia statora je, že sa skladá z troch vinutí spojených „hviezdou“ alebo „trojuholníkom“, následne všetky alternátory sú trojfázové.

Striedavé napätie odoberateľné s vinutia statora, sa vyrovnáva diódovým mostom a prechádza na palubový obvod automobilu.

Rotor, stator a elektromagnetické pole

Stator je zložený z od seba navzájom izolovaných plechov, ktoré sú upevnené v kotve a majú tvar dutého valca; v drážkach sú uložené cievky pospájané tak, aby vzniklo trojfázové vinutie.

Cievky sú vyrábané z medeného vodiča vysokej čistoty. Rotor vytvára elektromagnetické pole a jeho rotácia následne vyvoláva elektromagnetické pole vo vinutí statora.

Vďaka regulácii prúdu vo vinutí rotora sa dosahuje regulácia napätia na statore. Regulátor napätia teda nereguluje výstupné napätie tým, že by priamo „škrtil“ prúd do spotrebičov, ale mení intenzitu magnetického poľa rotora.

Usmerňovač a diódový mostík

Táto energia je však vo forme striedavého prúdu, zatiaľ čo auto potrebuje jednosmerný. Preto má alternátor zabudovaný usmerňovač z diód, ktoré AC prúd okamžite premenia na DC.

Obdĺžnik usmerňovač je diódový mostík, ktorý je v alternátore zabudovaný. Každý diódový mostík v alternátore má 3 vstupy z trojfázového vinutia a dva kontakty na pripojenie batérie a budenia a samozrejme je ukostrený.

Diód je v moste 6, teda 3 pozitívne a 3 negatívne, ale občas pri spojení „hviezdou“ sa používajú dve doplnkové diódy, ktoré vyrovnávajú napätie nulového bodu.

Toto sa používa pri zväčšení výkonu a s touto schémou sa stretávame len na alternátoroch vypočítaných na relatívne veľké napätie.

Elektronický regulátor budenia

Nad usmerňovačom pracuje regulátor napätia, ktorý udržiava približne 14 voltov a bráni tomu, aby si batériu prebil alebo naopak nedobíjal.

Regulácia prúdu, pretekajúceho cez vinutie rotora, sa uskutočňuje elektronickým regulátorom prostredníctvom regulácie napätia prikladajúceho sa kefkám, relatívne niektorého oporného napätia, určeného najčastejšie stabilizátorom.

Prúd rotora sa reguluje impulzmi, čiže pri zvýšení napätia vyššie ako norma regulátor vypne obvod rotora, pri nasledujúcom znížení napätia zapne, čiže dĺžka impulzov stanovuje súčasnú veličinu magnetického poľa rotora.

Elektronický regulátor budenia je v porovnaní s mechanickým regulátorom menej náchylný na poruchy. Predávajú sa aj univerzálne regulátory, pričom výber závisí od konkrétneho typu alternátora.

Regulátor napätia sa zásobuje z doplnkového diódového miesta, čo zabezpečuje nezávislosť od zmien v palubnom obvode a možnosť podávať na rotor napätie väčšie ako napätie v palubnom obvode.

Úloha uhlíkových kief a zberných krúžkov

Uhlíkové kefy na regulátore napätia, ktoré sú styčným prvkom medzi stacionárnou a rotujúcou časťou, patria k najrýchlejšie sa opotrebúvaným dielom.

Neustálym trením o zberné krúžky rotora sa postupne obrusujú, až kým nedôjde k strate kontaktu. To sa následne prejaví nestabilným dobíjaním alebo jeho úplným výpadkom.

Prvé sú uhlíkové kefky, malé karbonové kontakty, ktoré privádzajú budiaci prúd do rotora. Neustále sa trú o klzné krúžky, preto sa postupne opotrebujú.

Ak sa prerušia, alternátor nedostane budiaci prúd a prestane dobíjať. Kontaktné krúžky sa takisto opotrebovávajú a potrebujú ošmirgľovanie.

Začiatočné budenie a kontrolka dobíjania

Alternátor potrebuje na začiatku malú dávku elektriny, takzvaný budiaci prúd. Ten prichádza z batérie a vytvorí v rotore počiatočné magnetické pole.

Keď otočíš kľúčom, kontrolka batérie svieti práve preto, že je zapojená v obvode budenia. Začiatočné budenie, teda minimálny prúd cez rotor, keď nie je napätie na statore, sa zabezpečuje kontrolkou indikátora na paneli prístrojov, zabezpečujúcej prúd cez rotor pred začiatkom normálnej prevádzky alternátora.

Keď motor naskočí a alternátor začne vyrábať vlastné napätie, prúd sa vyrovná a kontrolka zhasne.

Ak je tento obvod prerušený, napríklad spálená kontrolka, poškodené kefky alebo zlý spoj, alternátor sa nesamobudí a nebude dobíjať vôbec, hoci motor beží normálne.

Praktické zapojenie alternátora s externým regulátorom

Na začiatok treba povedať, že musí ísť z batérie taký hrubší kábel priamo na alternátor na kontakt B+, respektíve na najhrubší kontakt, zvyčajne skrutku M6.

Pri zapojení externého elektronického regulátora je potrebné rozlíšiť silový vývod alternátora, kostru, napájanie regulátora a vývody budiaceho obvodu.

B- je kostra, treba ukostriť. 54 je +12 V po zapnutí kľúčika do polohy kontroliek.

D+ je kontakt budiaceho obvodu, ktorý je zvyčajne pred usmerňovacími diódami, takže to bude niekde na statore.

DF je kontakt budiaceho obvodu alternátora, zvyčajne cez uhlíky. Jeden je pripojený na regulátor, druhý na kostru, ten na kostre väčšinou je ukostrený vo vnútri a tak je tam len jeden kontakt, na ktorý sa to pripojí.

Budiace vinutie musí byť zapojené medzi vývody DF a D+. Pri konkrétnom alternátore je však nutné overiť označenie svoriek a vnútorné zapojenie, pretože konštrukcia jednotlivých typov sa môže líšiť.

Ak použijete regulátor CDL, zostane kábel, ktorý je v Renaultoch zvlášť na kontrolu dobíjania; treba ho napojiť na svorku D+. Je to alternatívne zapojenie, ale funguje to.

Inteligentný alternátor a riadenie riadiacou jednotkou

Moderné vozidlá navyše nepoužívajú klasické alternátory s mechanickým regulátorom napätia. Takzvaný inteligentný alternátor je riadený priamo riadiacou jednotkou motora, ktorá na základe aktuálnych podmienok rozhoduje, koľko energie vyrobiť.

Tento systém síce šetrí palivo, no zároveň prináša novú vrstvu komplexnosti. Regulácia už nemusí byť založená iba na jednoduchom udržiavaní stáleho napätia, ale na spolupráci alternátora, riadiacej jednotky, snímačov a palubnej siete.

Ak regulátor napätia zlyhá v inteligentnom systéme, často nestačí vymeniť len samotný regulátor. Niekedy je potrebné reprogramovanie riadiacej jednotky diagnostickým zariadením a bežný servis to nezvládne bez špecializovaného vybavenia.

Čo sa stane pri poruche regulátora

Regulátor je strážca napätia. Keď prestane fungovať, nastanú dva možné scenáre.

Prvým je podbíjanie, keď napätie nedosiahne potrebnú hodnotu a batéria sa neobnovuje. Druhým je omnoho nebezpečnejší scenár, prebíjanie.

To znamená, že napätie vyskočí nad 15 voltov a batéria sa začne prehrievať, syčať a môže doslova navrieť. Vysoké napätie dokáže poškodiť riadiacu jednotku, rádio, žiarovky a ďalšiu citlivú elektroniku.

Je to situácia, kedy by si mal okamžite odstaviť auto.

Regulátor napätia sa môže poškodiť z rôznych dôvodov, napríklad ak sa pokazí hlavný diódový most alebo nastane skrat medzi kefkami.

V tomto prípade buď alternátor prestane fungovať, výstupná kaskáda vyhorí a kontrolka budenia nesvieti pri zapnutom zapaľovaní, alebo alternátor začne dávať nekontrolovateľné napätie na výstupe, ktoré závisí len od záťaže a otáčok.

Napätie môže dosiahnuť 15 až 20 voltov a viac, pretože výstupná kaskáda je skratovaná a na vinutie rotora sa dostáva nekontrolovateľný prúd obmedzený iba vlastným odporom vinutia.

Ešte jedným druhom poruchy, hoci zriedkavým, je posunutie napätia stabilizácie, pri ktorom alternátor dáva na výstupe stabilné napätie, ale nezodpovedajúce norme, napríklad znížené 13,2 alebo zvýšené 19 voltov.

Najčastejšie poruchy alternátora

Ložiská

Ložiská sú prvým kandidátom na poruchu. Nadmerné napätie hnacieho remeňa ich preťažuje, a ak pri predchádzajúcej oprave niekto použil lacné náhradné autodiely nižšej kvality, životnosť sa dramaticky skracuje.

Druhou slabinou sú ložiská, ktoré držia rotor a umožňujú jeho hladké otáčanie. Keď sa opotrebujú, alternátor začne pískať, vrčať a nakoniec sa zapečie.

Typickým varovným signálom opotrebovaných ložísk je škrípavý zvuk z motorového priestoru, ktorého intenzita a frekvencia sa mení s otáčkami motora.

Ak ho začujete, s výmenou neotáľajte. Predídete tak fatálnemu poškodeniu.

Hnací remeň a remenica

Nezanedbávajte stav hnacieho remeňa. Opotrebovaný alebo nesprávne napnutý remeň je jedným z najbežnejších vonkajších dôvodov predčasného zlyhania alternátora.

Ak remeň prešmykuje, alternátor sa točí pomaly a dobíjanie je slabé, čo vodiči často mylne pripisujú batérii.

Výmena remeňa je len zlomok nákladov oproti novému alternátoru. Sleduj stav hnacieho remeňa, pretože ak píska alebo je prasknutý, alternátor nedostáva plný výkon.

Usmerňovač a diódový mostík

Usmerňovač je ďalší slabý článok. Diódy samotné zlyhávajú len zriedkavo, no spájkované spoje medzi diódami a konštrukciou usmerňovača sú citlivé na vibrácie.

Moderné motory sú dnes uložené oveľa tesnejšie, kvôli čomu sa vibrácie prenášajú do alternátora intenzívnejšie. Tieto otrasy potom spôsobujú, že spoje rýchlejšie praskajú alebo sa uvoľňujú.

Prehodenie pólov alebo skrat vie okamžite odpáliť usmerňovač, čo je jedna z najdrahších opráv alternátora.

Kefy a kontaktné krúžky

Uhlíkové kefy patria k dielom, ktoré sa opotrebúvajú trením. Po ich nadmernom obrusení sa preruší kontakt medzi regulátorom a rotorovým vinutím.

Porucha sa následne prejaví nestabilným dobíjaním alebo jeho úplným výpadkom. Pri niektorých typoch alternátorov sa kefy nachádzajú priamo v zostave regulátora napätia.

Hraničná dĺžka opotrebovania kefiek je 5 mm z kraja zhora regulátora pri niektorých alternátoroch Bosch. Kontaktné krúžky sa takisto opotrebovávajú a potrebujú ošmirgľovanie.

Vinutie statora

Porucha vinutia statora je veľmi zriedkavá a prejavuje sa aj vizuálne, keď sa na vinutí lak šúpe a začína páchnuť zhoreninou.

Toto sa môže stať kvôli stálej a značnej záťaži, dostatočne veľkej na to, aby došlo k prehriatiu vinutia, ale nedostatočne veľkej pre poruchu diódového mosta.

Na niektorých autách Kadett a Ascona s dieselovým motorom 1,6 sa inštaloval alternátor s maximálnym prúdom iba 45 ampérov. Defekt relé žhavenia spôsobuje stálu záťaž pri spustenom motore v podobe zapnutých sviečok žhavenia, nie menej ako 40 ampérov.

Pri dlhom používaní auta s týmto defektom sa buď vybije akumulátor, alebo sa pokazí alternátor. Zvyčajne pri takejto záťaži nedáva viac ako 12 voltov na voľnobehu.

Vinutie rotora

Ešte zriedkavejšia je porucha vinutia rotora. Spravidla ide o pretrhnutie vodiča v mieste spoja s kontaktným krúžkom.

V praxi sa tento druh poruchy vyskytuje len veľmi zriedkavo.

Diagnostika nabíjacieho systému

Pravidelná kontrola napätia na batérii je jednoduchý a lacný spôsob, ako sledovať zdravie nabíjacieho systému.

Správna hodnota sa pohybuje medzi 13,5 a 14,5 voltmi pri bežiacom motore. Ak voltmeter ukazuje menej alebo kolíše, je čas navštíviť servis ešte predtým, ako vás alternátor nechá stáť na kraji cesty.

Pri diagnostike sa kontroluje prúdová charakteristika, čiže prúd vo funkcii otáčok.

Pri diagnostike sa netreba ponáhľať s uzávermi, pretože sa vyskytujú defekty, ktoré sa vnímajú nesprávne. Problémy silovej prevodky alebo akumulátora sa môžu mýliť s problémami spôsobenými regulátorom.

Ak sa počas jazdy rozsvieti červená kontrolka batérie, nejde nevyhnutne o poruchu samotnej batérie. Je to varovanie, že alternátor prestal dobíjať a auto môže po vyčerpaní energie v akumulátore zhasnúť.

Preventívna údržba

Prevencia je pre alternátor kľúčová. Sleduj stav hnacieho remeňa, pretože ak píska alebo je prasknutý, alternátor nedostáva plný výkon.

Vyhýbaj sa hlbokým mlákam alebo umývaniu motora silným prúdom vody, pretože vlhkosť môže poškodiť ložiská aj vnútornú elektroniku.

Vždy dávaj pozor pri pripájaní batérie alebo doplnkov, pretože prehodenie pólov alebo skrat môže okamžite poškodiť usmerňovač.

Pravidelná kontrola remeňa, napätia batérie, konektorov, ukostrenia, kefiek a diódového mostíka umožňuje odhaliť problém skôr, než dôjde k úplnému výpadku dobíjania.

Alternátory s externým elektronickým regulátorom

Pri starších vozidlách, traktoroch, veteránoch alebo strojoch môže byť alternátor skonštruovaný s externým regulátorom napätia. V takom prípade nie je regulátor súčasťou zadného krytu alternátora.

Alternátor s externým regulátorom môže byť plne funkčný aj bez regulátora, ale bez správneho pripojenia externého elektronického regulátora nebude regulácia napätia pracovať.

Regulácia je výhodnejšia pomocou polovodičového regulátora, ktorý je menej náchylný na poruchy.

Pri náhrade externého regulátora treba poznať typ alternátora, počet a funkciu vývodov, zapojenie budiaceho vinutia a spôsob pripojenia kontrolky dobíjania.

Rozdiely medzi alternátormi Bosch, AC Delco a Hitachi

Na autách Opel sa používali alternátory väčšinou troch výrobcov: Bosch, AC Delco a Hitachi.

Z prvých dvoch výrobcov sa alternátory prakticky vyskytujú na hocijakých modeloch a zloženiach, okrem prerobených z Isuzu alebo s motormi iných výrobcov, a spravidla sú vzájomne vymeniteľné.

Ich použitie na rôznych konkrétnych automobiloch sa určuje najmä parametrami, ako sú variant zloženia a konkrétna séria.

Na autách vyrobených do roku 1993 s tým istým modelom, motorom a inými rovnakými parametrami sa mohli vyskytovať alternátory AC Delco aj Bosch.

Alternátory AC Delco

Do roku 1993 sa vyrábalo pomerne veľké množstvo alternátorov AC Delco, ktoré boli principiálne rovnaké. V podstate sa alternátory odlišovali podľa výkonu.

Vyrábali sa alternátory vypočítané na maximálny prúd 45, 55 a 70 ampérov, pričom veľmi zriedkavý bol variant 35 ampérov.

Alternátory s odlišným maximálnym prúdom, ktorý sa dosahuje len pri určitých otáčkach motora, sa odlišujú predovšetkým vinutím statora, rotora a zodpovedajúcim diódovým mostom.

Existujú dve konštrukcie alternátorov AC Delco podľa rokov: staršia, približne z roku 1984, a novšia. Odlišujú sa výzorom, šírkou predného a zadného krytu statora a trochu inou konštrukciou diódového mosta.

V súčasnosti sa stará konštrukcia skoro nevyskytuje. K vonkajším príznakom patrí veľmi malá medzera medzi predným a zadným krytom, určená hrúbkou výčnelku magnetického vedenia statora.

Existujú aj odlišnosti v novšej konštrukcii, ktoré spočívajú v nových typoch svorky pre vedenie indukcií, teda plochá alebo okrúhla pod maticu.

Alternátory Bosch

Alternátory Bosch menej podliehajú defektom charakteristickým pre AC Delco. Napriek tomu majú rad spoločných porúch.

Remenica na alternátoroch Bosch sa opotrebúva pomalšie. Je to možné kvôli tomu, že na alternátoroch Bosch je remenica celá, zatiaľ čo na AC Delco je z dvoch polovičiek.

Kefky sa opotrebúvajú trochu rýchlejšie, hoci ide o subjektívnu mienku. Na alternátoroch Bosch je uzol kefiek spojený s regulátorom napätia.

Kontaktné krúžky sa takisto opotrebúvajú a potrebujú ošmirgľovanie. Hranica opotrebovanosti kontaktných krúžkov závisí od alternátora.

Alternátory Hitachi

Alternátory firmy Hitachi sa inštalujú v súprave závesného zariadenia dieselových motorov, vypracovaných a vyrábaných s firmou Isuzu.

Tieto motory s objemom 1,6 a 1,7 litra s turbínou a 1,5 bez turbíny sa inštalovali na modely Kadett E, Corsa A a B, Vectra A a B, Astra F a G.

Všetko zariadenie týchto motorov je japonskej výroby. Tieto alternátory majú predĺžený hriadeľ so zadnou časťou, ktorá sa používa na pohon vákuovej pumpy brzdového systému.

Výber náhrady a oprava

Pri hľadaní náhrady nemusíte investovať výhradne do drahých originálnych súčiastok. Dôležité je vybrať si overeného dodávateľa a správny diel podľa konkrétneho alternátora.

Pred výmenou regulátora alebo celého alternátora treba skontrolovať napätie, stav remeňa, konektory, ukostrenie, uhlíky, zberné krúžky, diódový mostík a rotorové aj statorové vinutie.

Ak je nefunkčný diódový most alebo regulátor, pri niektorých alternátoroch môže byť jednoduchšie vymeniť celý generátor za kompatibilný alternátor AC Delco alebo Bosch.

Pri výmene diódového mostíka je nutné dodržiavať póly. Ak nie je možnosť zámeny zistiť podľa označenia, dá sa to overiť prístrojom.

Pri sťahovaní matíc výstužných vinutí statora na moste netreba vynakladať veľké úsilie, pretože je možné roztiahnuť alebo vytrhnúť ihličku.

Pri montáži regulátora alebo alternátora musí byť správne pripojená kostra a hlavný kladný vodič. Nesprávne zapojenie môže spôsobiť, že alternátor nebude regulovať alebo nebude dobíjať.

Bezpečnosť pri práci s regulátorom budenia

Pred prácou na alternátore treba odpojiť akumulátor, aby sa zabránilo skratu na svorke B+.

Vývod B+ je priamo spojený s kladným pólom batérie a môže byť pod napätím aj pri vypnutom zapaľovaní. Náhodný kontakt s kostrou môže poškodiť kábel, diódový mostík alebo ďalšie časti nabíjacieho systému.

Pri inteligentných alternátoroch treba okrem elektrického zapojenia zohľadniť aj komunikáciu s riadiacou jednotkou. Po výmene regulátora preto môže byť potrebné diagnostické overenie alebo naprogramovanie.

tags: #alternator #s #elektronickym #regulatorom #budenie