Alterantor

Alternator to szczególny typ prądnicy prądu przemiennego, która służy do zmiany energii mechanicznej w prąd przemienny. Jest to urządzenie, które dzięki swojej budowie jest konstrukcją bardziej przystępną od prądnic prądu stałego. Jest ona o tyle ciekawe, że każdy, kogo interesują maszyny elektryczne, powinien się nad nią pochylić. W tym artykule przyjrzymy się jego charakterystyce, budowie oraz kluczowym dla niego zastosowaniom, związanym z motoryzacją.

Alternator - charakterystyka i budowa

Alternator ma znaczącą przewagę nad prądnicami prądu stałego. Jest to maszyna znacznie bardziej niezawodna i wydajna, a jest to spowodowane tym, że jej główne uzwojenia robocze zlokalizowane są w stojanie, a nie w wirniku. Dzięki temu możliwa jest budowa alternatora bez użycia komutatora. Jest on wzbudzany w podobny sposób do prądnicy prądu zmiennego – przez uzwojenia wirnika, z tą różnicą, że w alternatorze jest jedno uzwojenie nawinięte osiowo, a wykonane z ferromagnetyka elementy w odpowiedni sposób kształtują pole magnetyczne, w taki sposób, aby podczas obrotu wirnika zmieniało się pole magnetyczne, które przenika uzwojenia stojana. Aby możliwe było wykorzystanie akumulatora, który potrzebuje prądu stałego, alternator korzysta z wbudowanego prostownika na bazie diód krzemowych. Bywa, że wyposażony jest on również we wbudowany regulator napięcia. Obecnie alternatory wykorzystywane są dużo częściej niż prądnice, dlatego że są od nich znacznie lżejsze i dają możliwość wytwarzania prądu, już przy niewielkiej prędkości obrotowej wirnika.

Zastosowanie i eksploatacja alternatora w motoryzacji

Zasada działania alternatora jest podobna jak w przypadku prądnicy – zmienia on energię mechaniczną na elektryczną. Znajduje on zastosowanie w samochodach, gdzie wykorzystywany jest jako źródło prądu podczas pracy silnika i służy do ładowania akumulatora. W samochodzie jest on przymocowany do silnika. Napędzający go wał korbowy połączony jest z nim za pośrednictwem paska klinowego, bądź wielorowkowego w nowych konstrukcjach. Kluczowe elementy takiego alternatora to nieruchomy stojan i wirnik pod postacią elektromagnesu, który wytwarza pole magnetyczne i indukuje prąd. Również w tym przypadku produkuje on prąd zmienny, więc niezbędny jest układ prostujący, aby podawał on napięcie stałe.

Ze względu na kluczowe zastosowanie alternatora, jakim jest ładowanie akumulatora, konieczna jest kontrola napięcia na jego wyjściu. Jest ona realizowana przez regulator napięcia. To nic innego jak półprzewodnikowy czujnik, który monitoruje napięcie akumulatora. Podczas gdy wartość napięcia na baterii jest zbyt niska, zwiększa się prąd wzbudny w celu jej regulacji. Dodatkowo dominująca część regulatorów wyposażona jest w układ kompensujący temperaturę. Jest to wynikiem konieczności użytkowania większych wartości napięcia, aby naładować taki akumulator do pełna.

Zjawisko to wzmaga się szczególnie w niskich temperaturach. Wspominany układ umożliwia zwiększenie napięcia ładowania, gdy zewnętrzna temperatura jest zbyt niska. Otrzymywanie prądu stałego z generowanego przez alternator prądu przemiennego umożliwiają diody. Buduje się z nich tzw. mostki. Obecnie, za jedno z najlepszych rozwiązań, uznaje się stosowanie trzech dodatkowych diod, służących do zmiany prądu wzbudzającego alternator.

Najczęściej usterkom ulegają elementy zużywalne takie jak łożyska, czy szczotki. Zdarza się również, że dochodzi do uszkodzenia mostka diodowego, regulatora napięcia, zwarcia stojana i wirnika, a nawet przepalenia się uzwojenia. Aby bezpiecznie naprawić te usterki niezbędny jest demontaż i rozbiórka alternatora. O ile część usterek można naprawić na własną rękę, zaleca się aby te nie do końca wyjaśnione diagnozować przy użyciu profesjonalnej aparatury pomiarowej.