Преимущество использования генераторов переменного тока в автомобилях вместо генераторов постоянного тока

14

Большинство автомобилей используют генератор переменного тока, а затем преобразуют его напряжение в постоянный ток через мостовой диодный выпрямитель для зарядки аккумулятора 12 В.

Почему бы не использовать динамо DC?

Это потому, что динамо переменного тока дает лучшую эффективность?

(Даже велосипед и энергия ветра используют динамо / турбину переменного тока).

MAK
источник
1
Это два разных вопроса: 1. «В чем преимущество генераторов переменного тока в автомобилях» и 2. «Есть ли преимущество в эффективности?» Поскольку 1. является более общим вопросом, я реструктурировал ваш вопрос.
Маркус Мюллер
1
Потому что, если кисть коммутатора. Динамо переменного тока является бесщеточным, хотя оно все еще имеет контактные кольца для подачи тока возбуждения ротора. Кольца скольжения являются однородными, они не имеют сегментов.
Марко Буршич
1
«Диодный» мост в вашем автомобиле может вообще не иметь никаких диодов. Вы можете заменить все диоды Шоттки на феты с малыми потерями и контроллером с низким энергопотреблением
Steve Cox

Ответы:

25

Нет, это не по причинам эффективности.

Генераторы постоянного тока обычно имеют коммутаторы, то есть контакты с щетками, которые меняют полярность напряжения на зажимах генератора каждые половину оборота. По сути, генераторы постоянного тока - это просто генераторы переменного тока, которые имеют «механический» выпрямитель.

Вы можете создавать генераторы без каких-либо электрических контактов между движущимися частями, но вы не можете создавать коммутаторы без них.

Поскольку такие контакты с большой вероятностью выходят из строя при постоянном использовании, в грязной и вибрирующей среде, очень желательно не использовать их в автомобилях. Я бы также сказал, что если вы не построите очень дорогой, контактное сопротивление может быть выше, чем то, что вы теряете по мостовому выпрямителю.

Маркус Мюллер
источник
5
Просто для того, чтобы повысить эффективность, генераторы требуют около 30-40 Вт для генерации магнитного поля (согласно работе Хью Пигготта над небольшими ветряными турбинами), поэтому генератор переменного тока с постоянными магнитами (двигатель PMSM или BLDC) будет более эффективным. Но потери 30-40 Вт в настоящее время считаются приемлемыми при использовании двигателя мощностью 30-40 кВт (или более). А постоянные магниты стоят денег ...
Брайан Драммонд
Что ж, можно построить коммутаторы с низким контактным сопротивлением - один из них используется в пусковом двигателе - машине, которая должна выдерживать очень большой ток ротора, чтобы создать достаточный крутящий момент для вращения холодного двигателя внутреннего сгорания против противостояния густого масла и холода -снижение зазоров и, с дизелями, высокая компрессия. Высокие потери на коммутаторах оставят вас в затруднительном положении :(
Мартин Джеймс
1
Это правда @MartinJames, но тогда большинство стартеров работают по несколько секунд в день. Даже тогда они заменяются почти, если не чаще, чем генераторы переменного тока.
Trevor_G
3
@Trevor да, низкий рабочий цикл означает еще большую экономию в строительстве. Так как большинство двигателей (с их компьютеризированными форсунками, зажиганием и т. Д.) Запускаются впервые в эти дни, я подозреваю, что стартеры теперь еще более убыточны и могут выйти из строя, чем в предыдущие десятилетия :(
Martin James
В связи с этим постоянные магниты могут использоваться для активации обмотки возбудителя, которая затем может подавать энергию в поле генератора.
Харпер - Восстановить Монику
15

Генератор переменного тока должен генерировать много усилителей в очень широком диапазоне скоростей вращения. В дальнейшем электрическая нагрузка может и будет сильно меняться от момента к моменту.

Динамо с фиксированным магнитом потребовало бы чрезвычайно мощной системы регулирования напряжения для генерации требуемого напряжения и требований.

Намного проще, и, на мой взгляд, более изящным решением является скромный генератор. введите описание изображения здесь

Несмотря на то, что люди думают, автомобили не имеют регулятора напряжения. У них действительно есть «Регулятор Поля».

Генератор переменного тока имеет вращающуюся катушку ротора, которая генерирует магнитную деталь. Эта катушка состоит из множества витков относительно тонкой проволоки. Вокруг этого ротора находится статор, который содержит катушки генерации, которые сделаны из НАМНОГО более тяжелых проводов, способных нести AMPS, который вам нужен для работы вашего автомобиля.

Чтобы поддерживать постоянное максимальное напряжение на выходе генератора переменного тока, величина электромагнитного поля, генерируемого катушкой ротора, регулируется регулятором поля. Поскольку эта катушка имеет высокое сопротивление, она не использует большой ток для ее возбуждения. Фактически, когда двигатель не запускается, он возбуждается от батареи через индикатор зарядки.

Прелесть этого в том, что если вы не используете мощность, генератор создает очень небольшую нагрузку на двигатель. Когда вам нужна сила, она доступна практически мгновенно.

Детали просты, дешевы, надежны и эффективны.

Кстати, генератор переменного тока немного неправильный. Ваш автомобильный генератор производит постоянный ток, а не переменный ток, и все это с существенной пульсацией. Все вышеперечисленное содержится в большинстве генераторов. Генератор был бы лучшим именем.

Так почему вы не можете сделать что-то подобное с динамо? То есть заменить постоянные магниты на электромагниты. Ну, правда, ты мог. Однако вы должны понимать, что динамо это просто генератор с механическим выпрямителем. Динамо требует коммутационного кольца и щеток для включения и выключения катушек в соответствующее время в цикле напряжения.

Это значительно увеличивает затраты, чем несколько диодов, имеет проблемы с износом и надежностью, и ОЧЕНЬ электрически шумно. Кроме того, при коммутации возникают потери, когда катушки временно закорочены щеткой или остаются разомкнутыми и не дают вам никакой энергии.

Так что, если бы вы проектировали такого зверя, вы бы подумали, хммм .. как мне избавиться от этого механического выпрямителя ... ООО ... Давайте использовать эти новые запутанные вещи, называемые диодами ... прежде чем вы это узнаете ... вы назад в то, что мы сейчас называем генератором.

Это, вероятно, как вещь была изобретена в первую очередь.

Trevor_G
источник
3
У меня есть +1 для включения регулятора поля, одна из лучших причин не использовать постоянные магниты в генераторе.
Кайтар
просто чтобы убедиться, что это правильно понято: предложение «... электромагнитное излучение, генерируемое катушкой статора, регулируется ...» должно было быть « катушка ротора » - и компонент, обозначенный на схеме как «регулятор напряжения», находится в факт полевой регулятор?
dlatikay
@ Хорошо, если вы собираетесь использовать постоянные магниты, вам нужно сделать что-то более сложное в управлении выходом, например, MPPT с дампом, безусловно, будет достаточно.
Харпер - Восстановить Монику
5

Другое дело, что генераторы с фиксированной арматурой и полем на роторе более легко и дешево регулируются. На ротор должна подаваться только полевая мощность постоянного тока, что снижает номинальные контактные кольца по сравнению с коммутатором машины постоянного тока. Поскольку свинцово-кислотные аккумуляторы, используемые в автомобилях, имеют очень низкое внутреннее сопротивление и очень узкий диапазон рабочих ЧР, любая система зарядки, приводимая в движение двигателем внутреннего сгорания автомобиля (с его широким диапазоном оборотов в минуту), требует управления / регулирования. «Динамо» постоянного тока со статором РМ ​​потребовало бы полного управления выходом машины. Генератор переменного тока можно регулировать путем управления током поля на роторе с помощью относительно маломощного электронного регулятора, причем выход якоря статора подключается напрямую. к блоку выпрямителя и батарее без подвижного контакта.

Мартин Джеймс
источник
3
До изобретения кремниевых силовых диодов автомобильные генераторы действительно были машинами постоянного тока с полем, контролируемым обмоткой статора и небольшим механическим регулятором. +1 в любом случае.
Янка
@ Янка да. Система гарантированно навсегда оставит вас застрявшими в разряженной или вскипяченной батарее. У Mk1 Escort моей жены была такая штуковина - мы заменили ее как можно скорее генератором переменного тока :)
Martin James
0

Генераторы переменного тока имеют ротор, который может вращаться с гораздо большей скоростью без разрыва из-за центробежных сил. Таким образом, он может генерировать достаточное напряжение даже на низких скоростях холостого хода при правильном передаточном числе ремня. Это может быть основной причиной использования их в автомобилях.

Марко Борба
источник