Alternátory a štartéry

História a aplikácia.

Štartéry.

Automobilový štartér je kľúčovou súčasťou štartovacieho systému vozidla, ktorý umožňuje naštartovanie spaľovacieho motora. História a vývoj konštrukcie automobilového štartéra sú úzko spojené s vývojom motorizmu. V prvých fázach vývoja automobilov sa motory štartovali ručne pomocou kľuky. Bolo to fyzicky náročné a často nebezpečné riešenie, pretože motor mohol "odskočiť", čo mohlo viesť k zraneniu. V roku 1896 začali inžinieri experimentovať s rôznymi metódami mechanického štartovania motorov. Príkladom je systém navrhnutý Karlom Benzom, ktorý používal pružiny poháňané kľukou. V roku 1911 Charles Kettering, inžinier spoločnosti General Motors, vynašiel prvý elektrický štartér automobilu. Jeho vynález bol prvýkrát použitý v automobile Cadillac v roku 1912. Tento elektrický štartér spôsobil revolúciu v motorizme tým, že odstránil potrebu kľukového motora. V nasledujúcich desaťročiach sa elektrické štartéry stali štandardnou výbavou väčšiny automobilov. Technológia štartérov sa neustále zdokonaľovala, pričom sa zlepšovala ich spoľahlivosť a výkon. Po druhej svetovej vojne sa s rozvojom automobilovej technológie stali štartéry dokonalejšie a spoľahlivejšie. V roku 2000 boli zavedené systémy štart-stop ako reakcia na zvyšujúce sa požiadavky na úspornosť paliva a znižovanie emisií. Tieto systémy automaticky vypínajú motor, keď vozidlo zastaví (napr. na semaforoch), a znovu ho naštartujú, keď vodič stlačí spojku alebo plynový pedál. To si vyžadovalo vývoj robustnejších a rýchlejších štartérov. Dnešné štartéry sú súčasťou komplexnejších systémov riadenia energie vo vozidlách. Mnohé moderné automobily, najmä hybridy a elektromobily, využívajú alternatívy, ako sú elektromotory fungujúce ako štartéry.

Alternátory.

Alternátor vozidla, kľúčová súčasť elektrického systému vozidla, je zodpovedný za dodávku elektrickej energie a nabíjanie batérie. Na začiatku 20. storočia sa v prvých automobiloch používali jednosmerné alternátory, ktoré premieňali mechanickú energiu na elektrickú. Boli však menej účinné a mali obmedzenú schopnosť nabíjať batériu pri nízkych otáčkach motora. V 20. a 30. rokoch 20. storočia sa jednosmerné alternátory postupne zdokonaľovali, ale ich účinnosť stále zostávala problémom, najmä vo vozidlách vyžadujúcich viac elektrickej energie.

V 50. rokoch 20. storočia sa s rastúcimi elektrickými požiadavkami vozidiel začalo pracovať na účinnejších zdrojoch energie. V automobiloch sa začali testovať alternátory na striedavý prúd (AC). Prvé sériovo vyrábané automobily s alternátormi sa objavili v 60. rokoch 20. storočia. Alternátory na rozdiel od generátorov generujú striedavý prúd, ktorý sa potom pomocou usmerňovacích diód mení na jednosmerný prúd (DC), čo umožňuje efektívnejšie nabíjanie batérie a napájanie elektrických zariadení vo vozidle.

V 70. a 80. rokoch 20. storočia sa alternátory stali štandardnou výbavou väčšiny automobilov. Vykonalo sa mnoho konštrukčných vylepšení, ako sú lepšie magnetické materiály, účinnejšie chladiace systémy a presnejšie regulátory napätia. Dnešné alternátory sú technologicky oveľa dokonalejšie. Používajú mikroprocesory na presné riadenie nabíjacieho napätia a prúdu. Použitie moderných materiálov, ako sú neodymové magnety, umožňuje, aby bol alternátor účinnejší a mal menšie rozmery.

Dnešné vozidlá sú vybavené inteligentnými systémami riadenia energie, ktoré optimalizujú výkon alternátora podľa prevádzkových podmienok. Tieto systémy dokážu počas zrýchľovania vypnúť alternátor, aby sa znížilo zaťaženie motora a zvýšila sa palivová účinnosť. V hybridných a elektrických vozidlách sa tradičné alternátory často nahrádzajú sofistikovanejšími systémami nabíjania a riadenia energie. Plne elektrické vozidlá nepotrebujú tradičné alternátory, pretože ich energetické systémy sa spoliehajú na veľké trakčné batérie a pokročilé systémy premeny energie.

Konštrukcia a princíp fungovania.

Štartér.

Štartér automobilu je zložité elektromechanické zariadenie, ktoré zohráva kľúčovú úlohu pri štartovaní spaľovacieho motora. Skladá sa z niekoľkých základných komponentov, ktoré spolupracujú pri premene elektrickej energie na mechanický pohyb.

Základnou súčasťou štartéra je jednosmerný (DC) elektromotor. Vo vnútri motora sú uhlíkové kefky, ktoré sa dotýkajú komutátora a umožňujú prietok prúdu do vinutia rotora. Rotor, rotujúca časť motora, je obklopený statorom, ktorý obsahuje vinutia alebo permanentné magnety, ktoré vytvárajú magnetické pole. Keď vinutiami rotora preteká prúd, vytvára sa magnetické pole, ktoré reaguje s poľom statora a spôsobuje otáčanie rotora.

Štartér obsahuje aj spojovací mechanizmus nazývaný bendix, ktorý spája štartér so zotrvačníkom motora. Keď je štartér aktivovaný, ohybný mechanizmus sa pohybuje tak, aby sa spojil so zotrvačníkom, čo umožňuje prenos krútiaceho momentu zo štartéra na kľukový hriadeľ motora. Po naštartovaní spaľovacieho motora sa bendix automaticky rozpojí, aby sa zabránilo poškodeniu štartéra.

Ďalšou dôležitou súčasťou je elektromagnetický spínač, známy aj ako automatický spínač. Umožňuje prúdenie elektrickej energie do motora štartéra a pohyb spojovacieho mechanizmu (bendixu). Keď vodič otočí kľúčikom zapaľovania alebo tlačidlom na naštartovanie motora, prúd z batérie prúdi do elektromagnetického spínača. Tým sa v cievke vytvorí magnetické pole, ktoré priťahuje pohyblivé jadro vnútri solenoidu. Tento pohyb má dva kľúčové účinky:

1. Ťah jadra spôsobí uzavretie vnútorných kontaktov. Tieto kontakty fungujú ako relé a umožňujú, aby z batérie do štartéra tiekol prúd. Štartovací motor potrebuje veľké množstvo prúdu, aby vytvoril dostatočný krútiaci moment na otáčanie kľukového hriadeľa spaľovacieho motora. Zatvorenie kontaktov elektromagnetu pod napätím umožňuje tento tok prúdu.
2. Pohybom jadra sa pohybuje mechanizmus bendixu, ktorý sa spája so zotrvačníkom spaľovacieho motora. Bendix je spojený s rotorom štartéra a keď elektromagnet priťahuje jadro, bendix sa vysunie a zopne ozubené koleso so zotrvačníkom. Toto vzájomné spojenie umožňuje prenos krútiaceho momentu zo štartéra na kľukový hriadeľ spaľovacieho motora, čo spôsobí jeho naštartovanie.

Po naštartovaní spaľovacieho motora a uvoľnení kľúča zapaľovania prestane do cievky spínača tiecť prúd. Magnetické pole zanikne a pružina stiahne jadro do pôvodnej polohy. Tým sa rozpoja kontakty, čím sa preruší tok prúdu do štartéra, čo spôsobí odpojenie ohýbača od zotrvačníka motora.

Celý systém je uzavretý v púzdre štartéra, ktoré chráni vnútorné komponenty pred znečistením a mechanickým poškodením. Toto púzdro je zvyčajne vyrobené z kovu, aby sa zabezpečila trvanlivosť a odolnosť voči náročným prevádzkovým podmienkam.

Alternátor.

Alternátor vozidla je zariadenie zložené z niekoľkých kľúčových komponentov, ktoré spoločne vyrábajú elektrickú energiu a nabíjajú batériu vozidla. Jeho konštrukcia zahŕňa rotor, stator, usmerňovacie diódy, regulátor napätia a kryt.

Rotor je centrálnou súčasťou alternátora a pozostáva z hriadeľa, na ktorom sú navinuté vinutia tvoriace elektromagnet. Keď cez vinutie rotora preteká prúd, vytvára magnetické pole. Rotor sa otáča vo vnútri statora vďaka hnaciemu remeňu pripojenému ku kľukovému hriadeľu motora.

Stator obklopuje rotor a pozostáva z jadra vyrobeného z vrstiev tenkého oceľového plechu a vinutia navinutého okolo neho. Keď sa rotor otáča, jeho magnetické pole prechádza vinutiami statora a indukuje v nich striedavý prúd (AC).

Usmerňovacie diódy sú elektronické súčiastky, ktoré premieňajú striedavý prúd na jednosmerný. Alternátor zvyčajne obsahuje sadu šiestich diód, ktoré sú spojené do mostíkového usmerňovača. Tieto diódy umožňujú, aby prúd tiekol len jedným smerom, čím sa eliminujú oscilácie striedavého prúdu a do elektrického systému vozidla a batérie sa dodáva konštantný prúd.

Regulátor napätia je kľúčovým komponentom, ktorý riadi úroveň výstupného napätia alternátora. Jeho hlavnou funkciou je udržiavať konštantné výstupné napätie, zvyčajne okolo 14,4 V, bez ohľadu na otáčky motora a elektrické zaťaženie. Regulátor napätia monitoruje výstupné napätie a podľa toho upravuje budiaci prúd rotora, aby zabezpečil stabilné napätie.

Kryt alternátora chráni vnútorné komponenty pred znečistením a mechanickým poškodením. Zvyčajne je vyrobený z hliníka, ktorý zabezpečuje pevnosť a účinný odvod tepla. Skriňa má aj vetracie otvory a ventilátor, ktoré pomáhajú chladiť alternátor počas prevádzky.

Keď motor vozidla beží, hnací remeň otáča rotorom alternátora a vytvára magnetické pole, ktoré indukuje prúd vo vinutí statora. Tento prúd sa potom usmerňuje diódami a reguluje regulátorom napätia, čo umožňuje stabilné napájanie elektrického systému vozidla a nabíjanie batérie.

Proces regenerácie.

Štartér.

Každý štartér sa v procese regenerácie rozoberie na časti. Následne sa všetky diely dôkladne vyčistia, aby sa odstránili nečistoty, olej, prach a iné nečistoty. Kovové časti sa môžu čistiť pomocou chemikálií alebo mechanickými prostriedkami, napríklad pieskovaním. Čistenie je nevyhnutné na zabezpečenie správnej funkcie nových komponentov v čistom prostredí. Ďalším krokom je dôkladné posúdenie opotrebenia a stavu všetkých komponentov. Osobitná pozornosť sa venuje stavu uhlíkových kief, komutátora, ložísk, rotorového a statorového vinutia, ako aj bendixu a spínacej cievky. Všetky diely, ktoré sú poškodené, opotrebované alebo kritické pre správnu činnosť štartéra, sa vymenia za nové. Po zmontovaní sa štartér podrobí skúškam pod zaťažením, pri ktorých sa overia jeho prevádzkové parametre. Vhodný technologický postup, kvalitné náhradné diely a záverečná kontrola činnosti štartéra zaručujú jeho správnu činnosť po montáži do vozidla.

Alternátor.

Každý alternátor sa v procese repasovania rozoberie na časti. Následne sa všetky diely dôkladne vyčistia, aby sa odstránili nečistoty, olej, prach a iné nečistoty. Kovové časti sa môžu čistiť pomocou chemikálií alebo mechanickými prostriedkami, napríklad pieskovaním. Čistenie je nevyhnutné na zabezpečenie správnej funkcie nových komponentov v čistom prostredí. Ďalším krokom je dôkladné posúdenie opotrebenia a stavu všetkých komponentov. Opotrebované alebo poškodené diely sa nahradia novými alebo repasovanými dielmi. Medzi typické komponenty, ktoré sa majú vymeniť, patria uhlíkové kefy, klzné krúžky, ložiská a usmerňovacie diódy. Ak je poškodený, môže sa vymeniť aj regulátor napätia. Usmerňovacie diódy a regulátor napätia sa dôkladne testujú, aby sa zabezpečila ich správna funkcia. Poškodené diódy sa vymenia a regulátor napätia sa skontroluje, aby sa zabezpečilo stabilné výstupné napätie. Zostavený alternátor sa otestuje na skúšobnej stolici, aby sa skontrolovala jeho funkčnosť. Testy môžu zahŕňať kontrolu výstupného napätia, nabíjacieho prúdu a stability prevádzky pri rôznych otáčkach.

Príčiny a typy poškodenia.

Príznaky, ktoré môžu naznačovať chybný štartér:

1. Žiadna reakcia na otočenie kľúča/stlačenie tlačidla Štart.
2. Príliš nízke otáčky štartéra, štartér sa "točí" pomalšie ako zvyčajne.
3. Hluk počas prevádzky štartéra.
4. Problémy so štartovaním zahriateho motora.
5. Nepravidelný výkon.

Najčastejšie poruchy štartéra sú:

1. Znečistenie.
2. Výkyvy.
3. Poškodenie alebo opotrebovanie mechanických častí.
4. Poškodenie alebo opotrebovanie elektrických komponentov.
5. Korózia.
6. Prehriatie.

Príznaky, ktoré môžu naznačovať chybný alternátor:

1. Rozsvietenie kontrolky nabíjania na prístrojovej doske.
2. Nezvyčajné zvuky vychádzajúce z motorového priestoru.
3. Napäťové skoky v systéme - stmievanie svetiel, problémy s fungovaním zariadení, ako je rádio alebo navigácia.
4. Ťažkosti so štartovaním motora z dôvodu nedostatočného alebo žiadneho nabitia batérie.

Najčastejšie poruchy alternátora sú:

1. Znečistenie.
2. Korózia.
3. Poškodenie alebo opotrebovanie mechanických častí.
4. Poškodenie alebo opotrebovanie elektrických komponentov.
5. Výkyvy.