برق خودرو

برق خودرو

برق خودرو

در اجتماع حاضر دنیا با توجه به روند سریع و رو به رشد صنایع خودرو سازی، بحثهای گوناگون کیفی و کمی خودروها باعث شده، سازندگان با سلیقه های متنوع مشتریان خود روبروه شوند که در راستای تولید خودرو، وسایل و امکانات رفاهی فراوانی راجهت عرضه محصولات خود به خودرو بیفزایند. با توجه به اینکه اغلب وسایل مورد بحث الکتریکی بوده و محتاج منبع عظیمی از نیرو می باشد و باطریها جوابگوی میزان مصرف بالای مصرف کننده ها نیستند، نیاز به مولد نیروی الکتریکی مناسب جهت راه اندازی وسایل الکتریکی و حتی شارژ باطری بسیار ضروری بوده ، در همین راستا مولدهای برق با نام دینام ( مولد برق DC ) تولید گشت که تا حدی جوابگوی نیاز خودرو و وسایل ضروری آن مانند کویل، چراغهای جلو و عقب، بوق و شارژ باطری بود ولی وسایل رفاهی مانند کولر، بخاری، شیشه بالابر برقی، پروژکتورهای اضافی، در بعضی موارد یخچال خودرو و غیره مصرف بسیار بالایی داشته که سازندگان بالاجبار رو به ساخت مولدهای AC (آلترناتور) آوردند که کاملا نیاز آنها را  برآورده می کرد.

امروز در صنایع خودروسازی دنیا دیگر خبری از ساخت دینام نیست. بلکه همه سازنده ها از آلترناتور با میزان جریاندهی دلخواه خود استفاده می کنند.

توضیحات  مربوط به دینام و آلترناتور در قسمتهای مختلف بازگو خواهد شد.

فصل اول : دینام

دینام مولد جریان مستقیم می باشد که بطور کلی از قطعات زیر تشکیل می گردد.

شکل

1-براکت	7-بوش	13- واشر نمدی	19- آرمیچر
2-بوش برنزی	8-بلبرینگ	14-ذغال	20-رینگ
3-واشر	9-تخت	15-نگهدارنده واشر نمدی	21-واشر نگهدارنده بلبرینگ
4-بالشکتها	10-یاتاقان براکت جلو	16-پیچهای بلند	22-رینگ فشاری لاستیکی
5-بدنه دینام	11-مهره و واشر	17-کموتاتور،	واشر نمدی
		کلکتور
6-محور آرمیچر	12-ترمینال	18-پیچ کفشک	درپوش جلو

بررسی عملکرد مدار ساده دینام

از حرکت دادن یک سیم هادی در میدان مغناطیسی به طریقی که خطوط قوای میدان مغناطیسی را قطع کند، نیروی محرکه ای القاء می شود که این نیرو به وسیله آمپرمتر در هادی قابل تشخیص است. با تغییر جهت حرکت هادی جهت حرکت عقربه آمپرمتر نیز تغییر می کند. اگر سیم هادی در جهتی حرکت کند حرکت آن با خطوط قوا موازی باشد،  هیچ  نیروی محرکه ای در آن القاء نمی شود.

در دینام حرکت هادی بصورت دورانی است. حرکت دورانی هادی به این صورت قابل انجام است که سیم هادی بصورت قاب در می آید. جریان ایجاد شده در قاب بصورت متناوب خواهد بود که در زمان اندازه گیری آن به وسیله آمپرمتر، عقربه آمپرمتر بین صفر منفی و مثبت در نوسان است.

برای تبدیل ولتاژ متناوب به ولتاژ یکسو، حلقه هادی را به دو نیم حلقه تبدیل می کنند که بین نیم حلقه ها عایق می شود. آنگاه ذغال روی حلقه ها قرار می دهند که جریان را از  طرف (ذغال مثبت) میگیرد و به مصرف کننده انتقال می دهد. ذغال دیگر مدار جریان را مسدود می کند. به دو نیم حلقه ای که به منظور یکسو سازی جریان، نسبت به هم عایق بندی شده اند کلکتور (کموتاتور) می گویند.

ساختمان یک دینام ساده

در ساده ترین صورت دینام فقط یک کلاف یا یک سیم پیچ و دو تکه کلکتور به کار رفته است. در این دینام جریان لازم برای بالشتکها از ذغال مثبت تامین می شود، یعنی مقداری از جریان تولید شده دینام برای مغناطیس کردن قطبها به مصرف می رسد. چنین دینامی را خود تحریک گویند.

در چنین دینامهایی شدت نوسانات ولتاژ زیاد است و برای کاهش دادن آن بجای استفاده  از یک کلاف سیم پیچ از کلافهای متعدد استفاده کنند و مجموعه کلافها را در بدنه آرمیچر قرار دهند و در میدان مغناطیسی به دوران در می آورند.

نوسانات بوجود آمده در واقع همان منحنی هایی هستند که از چرخش هادی در جریان خطوط قوا بوجود می آیند. با اضافه شدن تعداد سیم پیچ، تعداد منحنیها در یک دوره گردش آرمیچر آنقدر زیاد می شود که تواتر آنها حالت خط مستقیم را بوجود می آورد.

در نتیجه ازدیاد حلقه های سیم پیچ آرمیچر، منحنی ولتاژ و جریان ایجاد شده به خطوط مستقیم نزدیکتر می شود و این حالت است که به آن کم کردن نوسانات ولتاژ دینام می گویند.

افزایش ولتاژ خروجی دینام

برای افزایش ولتاژ خروجی دینام، یعنی رساندن آن به حدی که بتواند پاسخگوی نیاز مصرف کننده ها باشد، به نسبت لازم عوامل زیر باید افزایش یابد.

1-طول سیم

2-سرعت حرکت آمیچر

3-شدت میدان قطبین

4-زاویه بین خطوط میدان و مسیر حرکت

در حرکت دورانی، مسیر هادی بین صفر تا 360 درجه است و نمی توان آن را افزایش داد، اما سرعت حرکت آرمیچر تابع سرعت موتور است و به شرایط کار موتور بستگی دارد. شدت میدان قطبین (میدان مغناطیسی ) تابع قدرت خروجی دینام است. با چنین وضعیتی برای افزایش ولتاژ و جریان خروجی دینام بهترین کار ازدیاد طول سیم کلافهای آرمیچر است.

در دینامیهای 6 ولتی در حدود 8 دور سیم بدور شیار آرمیچر پیچیده می شود که این کار به خاطر ازدیاد طول سیم انجام می گیرد. در دینامهای 12 ولتی پیچش در بیش از 10 دور انجام می گیرد.

آفتامات (رگولاتور)

رگولاتور (آفتامات) در مدار شارژ وظایفی را بعهده دارد که این وظایف عبارتند از :

• کنترل ولتاژ خروجی دینام.
• کنترل جریان تولید شده دینام.
• دادن اجازه شارژ به باطری سالمی که خالی شده است.
• قطع عمل شارژ پس از پر شدن باطری.
• ممانعت از تخلیه جریان باطری در دینام به هنگام خاموش بودن موتور.

ساختمان آفتامات (رله ولتاژ)

رله ولتاژ دارای یک هسته آهنی با چندین دور سیم پیچ است که آن را بطور موازی پیچیده اند. روی هسته یک جفت پلاتین تعبیه شده که در حالت عادی بسته است.

جریان مصرفی بالشتکهای دینام و سیم اتصال بدنه خارجی از ذغال مثبت گرفته می شود و پس از تغذیه قطبها به F آفتامات می رود و در حالت عادی که ولتاژ خروجی دینام کم است، از طریق پلاتین ها اتصال بدنه می شود. با  افزایش دور موتور ولتاژ دینام نیز بالا می رود و همزمان ولتاژ موثر بر سیم پیچ رله ولتاژ افزایش می یابد. زمانی که ولتاژ تولید شده دینام از حد معینی تجاوز کند نیروی کشش هسته بیش از نیروی فنر پلاتین متحرک می شود و در نتیجه هسته پلاتین متحرک را جذب می کند. با باز شدن پلاتینهای رله ولتاژ، اتصال بدنه قطبین به وسیله مقاومت کامل می شود. افت مقاومت در مدار قطبها باعث کم شدن جریان مصرفی بالشتکها شده، در نتیجه شدت میدان مغناطیسی تضعیف می گردد و ولتاژ خروجی دینام کم می شود. این کاهش ولتاژ باعث می گردد که هسته رله ولتاژ نیروی خود را از دست بدهد و فنر آن پلاتین متحرک را بکشد و با پلاتین ثابت تماس دهد و مجددا جریان میدان از طریق پلاتینها اتصال بدنه شود. عمل قطع و وصل پلاتینها در ثانیه چندین بار انجام می شود و به این ترتیب مقدار ولتاژ در حد لازم تثبیت می گردد.

در دینامهایی که اتصال بدنه داخلی است، جریان D آفتامات به پلاتینهای رله ولتاژ به میدان دینام فرستاده  می شود و در دینام اتصال بدنه می شود. در زمان باز شدن پلاتینهای رله ولتاژ از طریق مقاومت جریان به میدان وارد می شود و مقدار آن کاهش می یابد. آفتامات نیسان از نوع اتصال بدنه داخلی است.

عملکرد دینام در حالت واقعی

زمانیکه استارت زده می شود و موتور شروع بکار می نماید، این چرخش توسط تسمه دینام به پروانه دینام انتقال پیدا کرده و باعث چرخش آرمیچر دینام می گردد. هسته های مغناطیسی موجود بر روی هسته دینام که ایجاد میدان قوی مغناطیسی می نمایند توسط آرمیچر، این میدانها قطع شده و باعث القاء جریان در داخل آرمیچر می گردد. این جریان از طریق کموتاتور، یا کلکتور به ذغالها رسیده و از آنجا به باطری و مصرف کننده ها می رسد.

با توجه به عملکرد ساده دینام براحتی می توان پی به معایب آن برد که این معایب عبارتند از :

1-این سیستم به دور بالای موتور جهت چرخاندن آرمیچر و القاء جریان داخل سیم پیچهای آرمیچر احتیاج دارد.

2-با توجه به گرفتن جریان بالا از سر جاروبکهای ذغال و کلکتور این امر باعث سیاه شدن کلکتور و پایین آمدن عمر مفید ذغال و در نتیجه کل دینام می گردد.

3-آفتامات دینام حداقل دارای سه رله (رله جریان، رله ولتاژ و رله قطع و وصل ) می باشد که هر کدام منحصرا عملیات ویژه ای را از قبیل تنظیم ولتاژ، جریان و غیره انجام می دهند که این امر باعث بالا رفتن هزینه ساخت دینام و حساسیت بالای آفتامات می گردد که  در صورت بهم خوردن تنظیم آفتامات صدمات شدیدی به آفتامات و دینام وارد می گردد.

4-سرویس و نگهداری مشکل دینام، بازدید ذغالها و کلکتور بعلاوه هزینه مونتاژ و دمونتاژ و نصب مجدد دینام به روی خودرو از دیگر معایب دینام می باشد.

5-با توجه به وجود هسته های مغناطیسی، آرمیچری با جریان بالا تولید می گردد که باعث حجیم شدن و بالا رفتن وزن دینام می گردد. این عیب از معایب منحصر به فرد دینام می باشد. تنها مزیت دینام این است که مولد DC بوده و همخوانی نزدیکی با باطری موجود در خودرو دارد، ولی تنظیم مشکل آفتامات حساس دینام سازندگان را بسوی ساخت آلترناتور سوق می دهد.

فصل دوم

1-براکت عقب	8-براکت جلو
2-آفتامات	9-پروانه یا پنکه
3-استاتور	10-تسمه
4-سیم پیچی استاتور	11-پولی
5-مجموعه یاتاقان بندی عقب	12-رکتی فایر (دیودهای یکسو کننده )
6-روتور	13-بوش
7-مجموعه یاتاقان بندی جلو	14-ذغالها

عملکرد آلترناتور

زمانی که استارت زده می شود و موتور شروع بکار می  کند، این چرخش توسط تسمه به پروانه آلترناتور انتقال می یابد وباعث چرخش روتور که از طریق آفتامات مغناطیسی شده است می گردد. این میدان مغناطیسی دوار توسط سیم پیچهای استاتور قطع شده، باعث ایجاد جریان داخل استاتور می گردد که از طریق رکتی فایر (یکسو کننده قدرت) بصورت جریان یکسو شده به باطری و مصرف کننده ها می رسد.

مزایای آلترناتور نسبت به دینام

• سیستم میدان مغناطیسی دوار نیاز به دور بالای موتور ندارد و حتی در دورهای پایین و بالا ولتاژ ثابت تولید کرده و باطری دائما تحت شارژ مناسب قرار می گیرد.

2-جریان جاری در استاتور توسط رکتی فایز یکسو شده و با کابلشوهای قوی به باطری و مصرف کننده ها می رسد. این امر باعث می شود هرگز جرقه یا گرمای شدید حاصل از اتصالات ضعیف بوجود نیاید و آلترناتور سالم بماند.

3-آفتامات آلترناتور دارای دو رله جریان و قطع و وصل بوده که فقط جهت تغذیه روتور با مصرف حداکثر سه آمپر بوده که آسیبی به روتور و آفتامات نمی رساند.

4-سرویس و نگهداری آلترناتور با توجه به مصرف پایین روتور نسبت به دینام هزینه کمتری را در بردارد، زیرا قطعات آلترناتور بسیار ساده با بازدهی بالا می باشد.

5-کم بودن حجم و وزن استاتور و روتور و کوچکتر بودن یکسو کننده ها باعث پایین آمدن حجم و وزن آلترناتورگشته که سازنده ها رغبت بیشتری برای ساخت آلترناتور با هزینه کم و بازدهی فراوان نشان می دهند.

6-جدیدا با پیشرفت وسایل الکتریکی حجم آفتاماتهای آلترناتور بقدری کم شده است که آنرا داخل خود آلترناتور تعبیه می نمایند که این امر باعث کاهش فضای اشغالی در سیستم موتور خودرو می گردد.

منحنی مقایسه دینام و آلترناتور.

آلترناتور در دورهای کم آمپر بیشتری نسبت به دینام تولید می نماید. بطوریکه دیده می شود آمپر خروجی آلترناتور کمی پایین تر از دور آرام تولید می شود، در حالی که در دینام آمپر مورد نیاز در دوری بالاتر از آزاد گردی موتوز بوجود می آید. سطح هاشور بین دو منحنی رجحان آلترناتور بر دینام را نشان می دهد.

آلترناتور سه فاز با روتور دو قطبی

اگر بجای یک سیم پیچ از سه سیم پیچ استفاده کنیم در در یک دور گردش روتور سه منحنی ولتاژ تولید می شود که به آن ولتاژ متناوب سه فاز می گویند. در آلترناتور سه فاز روتور دو قطبی می باشد، بنابراین فاصله سیم پیچی یک طرف کلاف نسبت به طرف دیگرش 180 درجه است به این دلیل که وقتی یک طرف کلاف در مقابل N قرار گیرد طرف دیگرش در مقابل قطب S می باشد.

فصل سوم : آلترناتور نیسان جونیور 2000

آلترناتور مورد بحث ما مربوط به خودرو نیسان جونیور 2000 می باشد که در حال حاضر در کشورمان توسط خودروسازی زامیاد مونتاژ و به بازار عرضه می گردد. موتور این خودرو که آلترناتور بر روی آن نصب شده در شرکت مگاموتور مونتاژ گشته و شرکت الکتروشار تنها تأمین کننده آلترناتور نیسان در کشور می باشد که وظیفه تأمین این قطعه را بعهده دارد.

مشخصات فنی

این آلترناتور بطول 157mm و ارتفاع 179mm که دارای سه پایه به ضخامت 13mm و یک پولی به قطر 69mm بوده که در موتور نیسان جونیور با کد (P-1 ) مشخص گردیده و عملکرد آن تولید مقدار جریان الکتریسیته لازم جهت کارکرد موتور، مصرف کننده ها و شارژ باطری می باشد. ولتاژ تولید شده آلترناتور که توسط آفتامات تنظیم می شود برابر با 13.5V و حداقل جریان 35A می باشد.

بخش اول

قطعاتی که آلترناتور نیسان جونیور را تشکیل می دهند عبارتند از :

1-براکت پشتی و جلویی : این دو قسمت پوسته اصلی آلترناتور را تشکیل می دهد که قطعات را در بر می گیرد جنس براکت از آلومینیوم A413-Minex  می باشد.

براکت جلویی از قطعات زیر تشکیل شده است.

1-بلبرینگ

2-صفحه نگهدارنده بلبرینگ که از جنس ورق آهن ST-12 می باشد.

پیچ m5×17 به همراه واشر تخت   A5×10

2-استاتور : کار استاتور بدین صورت می باشد که سیمهای استاتور میدان مغناطیسی حاصل از گردش روتور را قطع کرده و دارای جریان AC گشته، پس از عبور از رکتی فایر و یکسو شدن جهت شارژ باطری و استفاده لوازم برقی خودرو مورد استفاده قرار می گیرد. سیم پیچی استاتور بصورت دو طبقه دوبل می باشد که به صورت سه فاز و ستاره بسته می شود. برای سیم پیچی از سیم 0.85 استفاده می کنند. هسته استاتور 36 شیار می باشد. استاتور خود از قسمتهای زیر تشکیل می گردد.

1-لمینیشن : تعداد لمینیشنها 21 عدد می باشد و جنس آن نیز از ورق آهن ST-12 به ضخامت 1mm می باشد.

2-عایق روی سیمها : این عایقها وظیفه جلوگیری از بیرون زدن کلافها و اتصال بدنه را به عهده دارند. جنس این عایقها از فیبر استخوانی الیاف دار با ضخامت 1mm می باشد.

3-عایق زیری سیمها : این عایق تنها وظیفه جلوگیری از اتصال بدنه را به عهده دارد و جنس آن از مایلار با ضخامت 0.25 میلی متر می باشد.

محاسبات سیم بندی استاتور

تعداد شیارهای استاتور به تعداد قطبهای روتور و تعداد فاز آلترناتور بستگی دارد.  تعداد قطبها × تعداد فاز = تعداد شیار استاتور

در آلترناتور نیسان جونیور که روتور آن دارای 12 قطب است (6 قطب N و 6 قطب S) و برق سه فاز تولید می نماید تعداد شیارهای استاتور برابر است با

36= 12×3 = تعداد شیار استاتور نیسان جونیور

زاویه دو شیار مجاور : زاویه دو شیاز مجاور بستگی به تعداد شیارهای استاتور دارد. درجه  زاویه دو شیار مجاور آلترناتور نیسان جونیور

زاویه سیم پیچی در استاتور نیسان : زاویه سیم پیچی در استاتور بستگی به تعداد قطبها دارد.

 زاویه سیم پیچی در آلترناتور نیسان جونیور