Gerador de automóvel.
O alternador automotivo é a principal fonte de energia do automóvel, sua função é fornecer energia a todos os equipamentos elétricos (exceto o motor de arranque) quando o motor está funcionando normalmente e carregar a bateria ao mesmo tempo.
Com base no enrolamento do estator trifásico de um alternador comum, aumenta-se o número de espiras e a saída dos terminais, adicionando-se um conjunto de retificadores de ponte trifásicos. Em baixa velocidade, o enrolamento primário e o enrolamento de extensão são conectados em série, e em alta velocidade, apenas o enrolamento primário trifásico é conectado.
Princípio de funcionamento
O princípio de funcionamento de todo o alternador
Quando o circuito externo energiza o enrolamento de campo através da escova, um campo magnético é gerado, de modo que o polo da garra se magnetiza nos polos N e S. Quando o rotor gira, o fluxo magnético alterna entre os enrolamentos do estator e, de acordo com o princípio da indução eletromagnética, o enrolamento trifásico do estator produz uma força eletromotriz induzida alternada. É assim que um alternador gera eletricidade.
O motor primário (ou seja, o motor a combustão) aciona o rotor do gerador síncrono excitado por corrente contínua, fazendo-o girar a uma velocidade n (rpm), e induz uma tensão CA no enrolamento trifásico do estator. Se o enrolamento do estator estiver conectado a uma carga elétrica, o motor produz energia CA, que é então convertida em corrente contínua na saída através da ponte retificadora interna do gerador.
O alternador é dividido em duas partes: enrolamento do estator e enrolamento do rotor. O enrolamento trifásico do estator é distribuído na carcaça de acordo com um ângulo elétrico de 120 graus entre si. O enrolamento do rotor é composto por dois polos. Quando o enrolamento do rotor é conectado a uma corrente contínua, ele é excitado e os dois polos formam os polos N e S. A linha de campo magnético parte do polo N, entra no núcleo do estator através do entreferro e retorna ao polo S adjacente. Quando o rotor gira, o enrolamento do rotor corta a linha de força magnética e gera uma força eletromotriz senoidal com uma diferença de ângulo elétrico de 120 graus no enrolamento do estator, ou seja, corrente alternada trifásica, que então passa pelo elemento retificador composto por diodos para a saída de corrente contínua.
Quando a chave é fechada, a bateria fornece corrente inicialmente. O circuito é:
Positivo da bateria → luz indicadora de carga → contato do regulador → enrolamento de excitação → eletrodo de referência → negativo da bateria. Nesse momento, a luz indicadora de carga acenderá devido à passagem de corrente.
No entanto, após a partida do motor, à medida que a velocidade do gerador aumenta, a tensão nos terminais do gerador também aumenta. Quando a tensão de saída do gerador se iguala à tensão da bateria, o potencial entre os terminais "B" e "D" do gerador se iguala. Nesse momento, a luz indicadora de carga se apaga, pois a diferença de potencial entre os dois terminais é zero. Isso indica que o gerador está funcionando normalmente e que a corrente de excitação está sendo fornecida pelo próprio gerador. A força eletromotriz CA trifásica gerada pelo enrolamento trifásico do gerador é retificada pelo diodo, resultando em corrente contínua para alimentar a carga e carregar a bateria.
O alternador é geralmente composto por quatro partes: rotor, estator, retificador e tampa traseira.
(1) Rotor
A função do rotor é gerar um campo magnético rotativo.
O rotor é composto por um polo em forma de garra, um núcleo, um enrolamento de campo magnético, um anel coletor e um eixo do rotor.
Dois polos em forma de garra são pressionados no eixo do rotor, e cada um dos dois polos em forma de garra possui seis polos magnéticos em forma de bico de pássaro. Um enrolamento de campo magnético (bobina do rotor) e um núcleo magnético são dispostos na cavidade do polo em forma de garra.
O anel coletor consiste em dois anéis de cobre isolados entre si. O anel coletor é prensado no eixo do rotor e isolado por ele. Os dois anéis coletores são conectados às extremidades do enrolamento do campo magnético.
Quando os dois anéis coletores são submetidos à corrente contínua (através da escova), há corrente através do enrolamento do campo magnético e o fluxo magnético axial é gerado, de modo que um polo da garra é magnetizado para o polo N e o outro é magnetizado para o polo S, formando assim seis pares de polos magnéticos intercalados. À medida que o rotor gira, um campo magnético rotativo é criado [1].
O circuito magnético do alternador é: culatra → polo N → entreferro entre rotor e estator → estator → entreferro entre estator e rotor → polo S → culatra.
(2) O estator
A função do estator é gerar corrente alternada.
O estator é composto por um núcleo e uma bobina.
O núcleo do estator é composto por lâminas de aço silício com ranhuras no anel interno, e o condutor do enrolamento do estator é embutido na ranhura do núcleo.
O enrolamento do estator possui três fases, e o enrolamento trifásico adota uma conexão em estrela ou em triângulo (alta potência), o que permite gerar corrente alternada trifásica.
O enrolamento trifásico deve ser feito de acordo com certos requisitos para obter a mesma frequência, a mesma amplitude e uma diferença de fase de 120° na força eletromotriz trifásica.
1. A distância entre os dois lados efetivos de cada bobina deve ser igual ao espaço ocupado por um polo magnético.
2. A distância entre as extremidades iniciais das bobinas adjacentes de cada enrolamento de fase deve ser igual ou um múltiplo da distância ocupada por um par de polos magnéticos.
3. A extremidade inicial do enrolamento trifásico deve estar separada por um ângulo elétrico de 2π+120º (o espaço ocupado por um par de polos magnéticos é um ângulo elétrico de 360º).
No alternador doméstico da série JF13, um par de polos magnéticos ocupa a posição espacial de 6 ranhuras (ângulo elétrico de 60° por ranhura), um polo magnético ocupa a posição espacial de 3 ranhuras, portanto o intervalo de posição entre os dois lados efetivos de cada bobina é de 3 ranhuras, a distância entre a borda inicial de cada enrolamento de fase adjacente à bobina é de 6 ranhuras, a borda inicial do enrolamento trifásico pode ser separada por 2 ranhuras, 8 ranhuras, 3 ranhuras, 14 ranhuras, etc.
(3) Retificador
A função do retificador do alternador é converter a corrente alternada trifásica do enrolamento do estator em corrente contínua. O retificador do alternador de 6 válvulas é um circuito retificador de onda completa trifásico em ponte, composto por 6 diodos retificadores de silício, sendo que as 6 válvulas retificadoras são prensadas (ou soldadas) em duas placas.
1. Características dos diodos retificadores de silício automotivos
(1) Corrente de trabalho elevada, corrente média direta de 50A, corrente de pico de 600A;
(2) Alta tensão reversa, tensão de pico reversa repetida 270V, tensão de pico reversa não repetida 300V;
(3) Há apenas um terminal. E alguns terminais de diodo são positivos, alguns terminais de diodo são negativos, o tubo com uma linha de terminal positivo é chamado de tubo positivo e o tubo com uma linha de terminal negativo é chamado de tubo negativo, então o diodo retificador tem um diodo positivo e um diodo negativo.
(4) Tampa final
A tampa traseira é geralmente dividida em duas partes (tampa frontal e tampa traseira), que servem para fixar o rotor, o estator, o retificador e o conjunto de escovas. A tampa traseira é geralmente fundida em liga de alumínio, o que a torna eficaz na prevenção de fugas magnéticas e com bom desempenho de dissipação de calor.
A tampa traseira possui um conjunto de escovas composto por uma escova, um porta-escovas e uma mola de escova. A função da escova é introduzir a alimentação elétrica através do anel coletor no enrolamento de campo.
A ligação entre o enrolamento do campo magnético (duas escovas) e o gerador é diferente, por isso o gerador é dividido em tipos interno e externo.
1. Gerador de ferro de polimento interno: Um gerador com enrolamento de campo magnético com escova negativa diretamente ligada ao ferro de polimento (conectado diretamente à carcaça).
2. Gerador com revestimento externo: Um gerador no qual ambas as escovas do enrolamento de campo são isoladas da carcaça.
O eletrodo negativo (escova negativa) do enrolamento do campo magnético do gerador externo de ferro é conectado ao regulador, e então o ferro é conectado após a passagem.
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