Nie projektuję alternatory samochodowe, więc nie mogę powiedzieć dokładnie, co wpływa na decyzje inżynieryjne. Oto jednak kilka rozsądnych spekulacji.

Sprawność alternatora po prostu nie jest wielkim problemem w samochodzie. Moc, jaką musi wydobyć silnik, aby poruszyć samochód, przewyższa wymagania alternatora. Gdyby ten niewielki ułamek całkowitej mocy silnika był o 1/3 mniejszy, nie miałoby to większego znaczenia. Dlatego wydajność można zamienić na inne, ważniejsze parametry. Niektóre z nich prawdopodobnie obejmują wysoką niezawodność w trudnych warunkach, pracę ponad szeroki zakres temperatur i nie poddawaj się, spryskując wodą zawierającą brud, sól drogową i inne zanieczyszczenia. Objętości są bardzo duże, więc utrzymanie niskich kosztów również musi być głównym pragnieniem.

Najpierw spójrz na koszt 90% sprawnego generatora o tej samej mocy w porównaniu z alternatorem samochodowym. Spodziewam się, że będzie to kilka razy więcej. Następnie spróbuj uruchomić wysokowydajny generator w trudnych warunkach, np. pod maską samochodu i sprawdź, jak długo to przetrwa. Alternatory samochodowe zwykle wytrzymują to przez 10-15 lat. Wydajny generator wysokiej klasy, który kosztuje kilka razy więcej, prawdopodobnie nie wytrzyma miesiąca w złych warunkach.

Wszystko zależy od tego, co jest naprawdę ważne i dokonując odpowiednich kompromisów inżynieryjnych w projekcie.

Komentarze

• Inny czynnik prawdopodobnie dotyczy tego, co trzeba zrobić, aby utrzymać stałe napięcie wyjściowe przy różnych prędkościach. Zespoły silnika i generatora zbudowane w określonym celu mogą być zaprojektowane do pracy silnika z dowolną prędkością, która jest najlepsza dla generacji. Alternatory samochodowe muszą pracować przy dowolnej prędkości obrotowej silnika, dzięki której samochód jedzie z pożądaną prędkością.
• Dzięki, wiem, że sam silnik spalinowy jest zwykle sprawny w 25%. Moje pytanie jest naprawdę na poziomie projektowania, a nie dlaczego branża idzie w ten sposób. Coś, co możemy przypuszczać, to przewymiarowane łożyska z powodu kurzu, wibracji i temperatury. Zresztą to nie zapewni wydajności do tego punktu. Są również chłodzone powietrzem, podobnie jak inne, w każdym razie ' nie znam temperatur, jakich doświadczają w masce, to zmieni parametry uzwojeń, a więc może być bardziej znaczącym czynnikiem. Nie ' też nie jestem w tej branży, ale dzięki magnetyce i pewnej wiedzy mechanicznej możemy spekulować.
• @supercat napięcie jest regulowane poprzez zmianę napięcia wzbudzenia. Wydajność różni się znacznie w zależności od prędkości, jeśli widzisz wykres, poniżej 40% przy 8000 obr / min (cóż, myślę, że nikt nie ustawi silnika na tych obrotach).
• Korekta, jest napędzany paskiem, więc może mieć inne przełożenie niż prędkość obrotowa wału silnika.
• @Diego: Silniki samochodowe nie są ' t sprawne w okolicach 25%.

Napięcie: przy 14 V bardzo trudno jest być wydajnym.

• Utrata diod: alternator samochodowy działa przy 14 V, przy 0,6 V na każde przejście diody masz utratę 1,2 V: prawie 10% strat tylko w tym jednym.

• uzwojenia: tracisz dużo mocy z powodu strat rezystancyjnych w uzwojeniu z powodu dużego prądu dla rozmiaru uzwojenia (możesz obliczyć tę stratę za pomocą miernika uzwojenia przy danym prądzie)

• Połączenia: bardzo łatwo jest stracić kilka procent sprawności przy tym prądzie i napięciu: a 0.Połączenie 1 om przy 65 A miałoby średnicę 6,5 V, tracąc prawie 50% mocy!

• Utrata rdzenia: przy większej prędkości utrata rdzenia jest prawdopodobnie coraz ważniejsza (duże przypuszczenie) wyjaśnić wykres)

Myślę, że moglibyśmy uzyskać znacznie lepszą wydajność, po prostu pracując z tym samym alternatorem przy wyższym napięciu.

Komentarze

• Witamy w EE.SE! Niestety, Twoja odpowiedź nie ' nie wydaje się zbyt realistyczna. Aby odnieść się do dwóch środkowych punktów: uzwojenia są zaprojektowane na prądy, a połączenia mają znacznie niższą rezystancję niż 0,1 oma, gdy są prawidłowo przykręcone.
• Myślę, że ' jest bardziej kompromisem (strat I2R) między kosztem a wydajnością. Ale to, co mówisz, że jest napięciem (potencjałem elektrycznym), nie jest bezpośrednio kwestią, lecz ' prądem w przypadku strat I2R. A duże generatory pracują przy jeszcze większych prądach i są znacznie bardziej wydajne. Zresztą dzisiaj alternatory wydają się być bardziej wydajne, ponieważ rynek motoryzacyjny zużywa więcej urządzeń elektrycznych.
• Zapomniałem o jednym punkcie: ten wykres przedstawia maksymalną moc dla danej prędkości obrotowej. Myślę, że ' jest przyczyną tak niskiej wydajności i dużej straty rezystancyjnej. W przypadku niższego prądu wydajność będzie lepsza, ponieważ straty rezystancyjne wynoszą RI2.

Alternatory samochodowe są nieefektywne, ponieważ używają 50-letniej pasywnej konstrukcji zabezpieczenia przed przeciążeniem. Możesz umieścić nieograniczone obciążenie na generatorze przy maksymalnym prądzie pola i dopóki napięcie nie spadnie poniżej 12 woltów, nie zostanie uszkodzony przez przegrzanie, przynajmniej nie od razu. W uzwojeniach występuje duża ilość zbłąkanej indukcyjności. Na biegu jałowym może wysyłać 16 woltów prądu przemiennego, ale wewnętrznie (przy pomiarze bez obciążenia) wyprowadza 28 woltów. Przy wysokich obrotach i obciążeniu 100 A przy wytwarzanych 16 woltach prądu przemiennego alternator może wewnętrznie generować napięcie powyżej 100 woltów, jeśli mierzy się go bez obciążenia. Wraz ze wzrostem obrotów, indukcyjność błądząca staje się bardziej skuteczna w zmniejszaniu prądu wyjściowego.

Jeśli możesz uzyskać 24 wolty z alternatora przy silniku na biegu jałowym, możesz łatwo uzyskać z niego 150 woltów za pomocą silnik na wysokich obrotach. Oczywiście, jeśli wytwarza 150 woltów, ale dostajesz z niego tylko 14 woltów z powodu reaktancji indukcyjnej, wtedy występuje ogromna nieefektywność.

Stojan jest również bardzo stratny. Jeśli zastosujesz napięcie pełnego pola do alternatora, możesz nawet poczuć opór, jeśli spróbujesz obrócić go ręką bez żadnego obciążenia. To wszystko z powodu utraty pola magnetycznego w stojanie. Prąd elektryczny jest wprowadzany do stojana i generuje ciepło. Ogromna ilość powietrza wytwarzana przez alternator obracający się z tysiącami obrotów na minutę utrzymuje to ciepło pod kontrolą. Niektórzy instalują wyłącznik alternatora, który aktywuje się przy pełnym otwarciu przepustnicy, aby nie marnować dodatkowej mocy.

Wtedy prostownik spadnie o około 2 V przy wyższych obciążeniach. 16 V zejście do 14 V to 12,5% straty w Oprócz wszystkiego innego.

Jeśli możesz uzyskać o wiele więcej mocy z alternatora, który obraca się na wysokich obrotach, pozwalając mu wystawiać wyższe napięcie, uczyniłoby to również znacznie bardziej wydajnym. Diody prostownicze są jednak diodami TVS, więc utrzymają moc wyjściową poniżej 40 woltów i w razie potrzeby zniszczą się w trakcie procesu. Bez diod TVS, jeśli alternator pracował na wysokich obrotach i pełnym obciążeniu, a obciążenie było nagle odłączony, moc wyjściowa może wzrosnąć do ponad 100 Vo Trwa zanim regulator ponownie się wyreguluje. Będziesz więc musiał wymienić prostownik na zwykły prostownik 3-fazowy i zapewnić sposób radzenia sobie z przepięciami. Następnie ręcznie steruj prądem pola. Pozwolenie na przejście z 14 woltów do 28 woltów przy wewnętrznym alternatorze wytwarzającym 150 woltów prawie podwoiłoby się moc wyjściowa i sprawność.

Zamiast pasywnej ochrony przed przeciążeniem mogą stworzyć bardziej wydajny stojan i po prostu mieć czujnik prądu na wyjściu, aby regulator cofał się, aby chronić go przed przeciążeniami.

Uważam, że znaczną część niskiej wydajności można przypisać faktowi, że poszczególne cewki nie ładują baterii do ich napięcie przekracza napięcie akumulatora + 2 spadki diody. Jeśli szczytowe napięcie cewki wynosi 16 V, a napięcie akumulatora wynosi 12,6 V, wówczas prąd nie płynie z cewki, dopóki przebieg prądu przemiennego tej cewki nie przekroczy około 14,6 V (12,6 V + 1 V + 1 V). Tak więc każde uzwojenie nie wytwarza żadnego prądu, dopóki jego napięcie nie przekroczy 14,6. Chociaż prawdą jest, że istnieją 3 fazy, które znacznie zmniejszają prąd tętnienia akumulatora, nie zmienia to faktu, że każda pojedyncza cewka nie wytwarza żadnego prądu przez większość każdego cyklu. Tak niskie wykorzystanie cewki musiałoby mieć negatywny wpływ na ogólną sprawność.

To znaczy, chyba że alternator jest źródłem prądu stałego, a nie źródła stałego napięcia …

Komentarze

• alternatory nie są zaprojektowane z myślą o wydajności – są zwykle przykręcane do silnika o mocy około 150 KM, więc kogo to obchodzi, czy pobierają 10 lub 15 … Aha i nie są też prądem stałym …
• Ale wydaje mi się, że kiedy samochody tracą całą możliwą masę, każde zaoszczędzone HP spowodowałoby wymierną różnicę w przebiegu. Wygląda to na obszar dojrzały do zastosowania elektroniki.
• I dlatego niektóre układy sterowania ładowaniem alternatora robią dokładnie to, tj. Precyzyjnie dopasowują moc wyjściową do potrzeb samochodu i akumulatora, a nie tylko, że niektóre również jeżdżą na rowerze. obciążenie klimatyzacji również, ale zależy to w dużej mierze od ceny i jakości samochodu: system ładowania w moim samochodzie bardzo dokładnie dopasowuje się do obciążenia i potrzeb akumulatora, w rzeczywistości ładuje się również do 15,2 V przy kilka punktów – zanim zapytasz tak, mam dokładny miernik …
• @solarmike Tak, jakiś ECU steruje alternatorem, wierzę, że kontrolując prąd wzbudzenia. Ale 10 KM to dużo mocy, niektóre układy wlotu powietrza nie są tanie, są zaprojektowane tak, aby dodać mniej niż to. Również dzisiaj, przy większej liczbie urządzeń elektronicznych, rośnie zapotrzebowanie na prąd elektryczny, a także lepsza wydajność.
• Przeprowadziłem symulację LTSPICE i odkryłem, że mogę znacznie zwiększyć wydajność, wykorzystując tranzystory FET jako przetworniki doładowania , używając indukcyjności cewek jako cewek ' konwertera. Uruchomiłem przełącznik na około 22 kHz i użyłem prostowania synchronicznego.

Alternatory samochodowe są o wiele lepsze niż Generatory prądu stałego, ponieważ są bardziej wydajne i wytwarzają wystarczającą ilość energii elektrycznej, aby zasilać wszystko, czego potrzebujesz, we wszystkich zakresach obrotów. Kłopot polega na tym, że gdy dowiadujesz się z nazwy, produkują prąd zmienny, podczas gdy wszystko w twoim samochodzie potrzebuje prądu stałego. Więc na wejściu tracisz trochę wydajności. Prąd też trzeba ustabilizować – kolejne luki. Mimo wszystkich strat są nadal lepsze niż generatory prądu stałego, które z trudem mogą zasilać reflektory samochodu. A jeśli coś działa dobrze, po co to naprawiać?

Komentarze

• Nie promuję generatorów prądu stałego, ale mówienie, że generatory prądu stałego ledwo mogą włączyć reflektory, jest błędne. Właściwe dobranie rozmiaru może sprawić, że generatory prądu stałego wytwarzają więcej niż wystarczającą moc. Generatory prądu stałego raczej się myliły, ponieważ regulacja napięcia wymagała kosztownej i nieefektywnej konwersji prądu stałego na prąd stały, a komutacja powoduje większe zużycie szczotek niż pierścienie ślizgowe alternatora. Przyznana wydajność i koszt konwersji prądu stałego na prąd stały mogły spaść. Ale nadal masz więcej produktów i koszt magnesów perminatu, które muszą pracować w podwyższonych temperaturach pod maską.
• Jak wspomina Keith powyżej ' nie jest prawdą że generator prądu stałego nie może prawidłowo zapalić żarówki. Starsze samochody posiadały generator prądu stałego, zanim zastosowano układ alternatora. Pamiętam, że w starym samochodzie moich dziadków korzystał z generatora prądu stałego. Jednym z powodów, dla których alternatory stały się powszechne później, był spadek kosztów prostowników silikonowych, alternator jest lżejszy (te stare generatory prądu stałego są bardzo ciężkie w niektórych samochodach z silnikiem Diesla -_-), moc wyjściowa jest znacznie wyższa w alternatorze i szczotce zużycie jest mniejsze w alternatorze, ponieważ pierścienie ślizgowe są gładkie w porównaniu do komutatora w generatorze prądu stałego.