ALTERNATORUL PE AUTOVEHICULE

Montarea alternatorului pe autovehicule a fost condiționată de apariția elementelor redresoare, până atunci fiind utilizate generatoarele cu redresare mecanică, respectiv dinamul.

Majoritatea alternatoarelor folosite actualmente sunt de tip trifazic și utilizează pentru redresare 6 diode semiconductoare (fig. 1). Înfășurările de putere sunt fixe și nu necesită forțe de rotație. Un alternator de acest tip are cel mai bun raport greutate/putere și putere/volum. Rotorul furnizează un câmp magnetic constant, fiind format dintr-o armătură de fier forjat. Această construcție robustă a rotorului este de fapt cel mai mare atribut al alternatorului pentru montarea sa pe autovehicule.

Tendința actuală este de a obține puteri mari de la motoare cu gabarit mic prin ridicarea vitezei de rotație. Aceasta înseamnă că intervalul dinamic între vitezele de rotație minimă și maximă se lărgește. Se cunoaște că rotorul unui dinam este o piesă de gabarit mare care conține conductoare electrice din fire groase și, dacă viteza sa de rotație crește, apare pericolul dezintegrării mecanice.

În traficul rutier din ce în ce mai intens, raportul viteză/timp nu poate asigura o încărcare normală a bateriei de acumulatoare și alimentarea accesoriilor când autovehiculul este echipat cu un dinam. Se știe că un alternator poate furniza energie și la turații mici ale motorului; or, tocmai această caracteristică recomandă alternatorul înaintea dinamului.

Comanda majorității alternatoarelor se face prin intermediul curentului de excitație (din rotor), forța electromotoare (f.e.m.) fiind proporțională cu produsul dintre viteza de rotație și curentul de excitație. Stabilizarea tensiunii de ieșire la cele mai multe alternatoare se face de către un sistem electromecanic (releu). Se pare că siguranța în funcționare ridicată a alternatorului este diminuată tocmai de acest releu regulator. Optimizarea sistemului constă în înlocuirea acestui releu cu un montaj electronic ce conține un tranzistor de putere în serie cu bobina de excitație, tranzistor comandat de un amplificator ce are în componență sa o diodă de referință (fig. 2).

Regulatorul electronic nu trebuie să aibă acțiune de limitare a curentului de excitație, cum se întâmplă la dinam, motivul fiind diversele caracteristici ale alternatorului; iar impedanța este peste tot alternativă, iar impedanța este inductivă. La curent de excitație maxim, f.e.m. de vârf disponibilă este proporțională cu viteza de rotație, frecvența semnalului este mereu proporțională cu rotațiile pe minut și deci f.e.m. crește în aceeași manieră cu impedanța internă.

Totdeauna trebuie ținut seama de curentul de excitație maxim, fiindcă stabilizatorul de tensiune crește curentul de excitație în condiții de sarcină mare, în tentativa de menținere a tensiunii de ieșire.

Curentul în fiecare înfășurare din stator nu este sinusoidal, ci conține un mare factor de armonici, fiindcă diodele conduc la tensiuni de vârf. Când curentul de sarcină crește, acest efect devine și mai pronunțat, contrastul depinzând numai de impedanță. În proiectarea unui alternator se ține în primul rând seama de siguranța în funcționare, factor ce derivă din modul în care se face răcirea sa.

Un montaj practic de regulator de tensiune cu performanțe foarte ridicate este prezentat în fig. 3. Aici se observă că tranzistorul T3 controlează curentul de excitație, fiind montat în serie cu rotorul alternatorului. În paralel pe înfășurarea rotorului este montată dioda D5 ce protejează tranzistorul T3 contra tensiunilor inverse mari.

Când alternatorul începe să furnizeze curent, tensiunea la bornele bateriei de acumulatoare crește și dacă tensiunea pe baza lui T1 depășește 8,1 V (rezultă din UB1 + UZener + UR8), atunci T1 și T2 se deschid. În acest mod, T2 pune la masă baza lui T3 și curentul de excitație scade. Reglajul pentru această comandă se face din R7.

În schemă se poate observa și un mod particular de semnalizare când alternatorul nu funcționează. Când tensiunea bateriei este de 12 V sau mai puțin, tranzistorul T5 este blocat, astfel T4, polarizat prin R6, se deschide și becul luminează. Creșterea tensiunii peste 12 V la bateria de acumulatoare deschide tranzistorul T5, care creează blocarea lui T4 și becul se stinge.

Din cauza vibrațiilor mecanice puternice la care este supus montajul, este recomandabil ca acesta să fie realizat cât mai rigid, cu rezistoare de 0,5 W mult mai robuste. Rezistorul R3 este realizat din fir de nichelină, putând disipa o putere de 3 W. Terminalele tranzistoarelor trebuie să fie cât mai scurte, eventual trecute prin distanțiere. Interconectarea se va face prin intermediul unor cabluri multifilare. Tranzistorul T3 se va monta pe un radiator cu suprafața de peste 100 cm2.

După realizarea montajului se fac probele de funcționare. Astfel, între punctele A și B se montează un bec de 12 V / 3 W, iar între punctele A și D un bec 12 V / 21 W (ca sarcină).

Între punctele A și C se montează un alimentator ce poate debita o tensiune variabilă și un curent de 3 A. Se reglează R7 la jumătatea cursei. Când tensiunea aplicată atinge 13 V, becul de 21 W începe să se stingă. Se crește tensiunea redresorului la 14 V și se reglează R7 ca becul de 21 W să se stingă. Cu aceasta reglajul regulatorului este încheiat. Înainte de montare pe autovehicul se vor identifica terminalele bobinei de excitație și, eventual, dacă un capăt este conectat la masă, acesta se va desface spre a fi conectat la tranzistorul T3.