No diseño alternadores de automóviles, por lo que no puedo decir exactamente qué implican las decisiones de ingeniería. Sin embargo, aquí hay algunas especulaciones razonables.

La eficiencia del alternador simplemente no es un gran problema en un automóvil. La potencia que tiene que producir el motor para mover el coche empequeñece lo que requiere el alternador. Si esta pequeña fracción de la potencia total del motor fuera 1/3 menos, no haría mucha diferencia. Por lo tanto, la eficiencia puede intercambiarse para obtener otros parámetros más importantes. Algunos de ellos probablemente incluyen una alta confiabilidad en un entorno hostil, operación sobre un amplio rango de temperatura, y continuar mientras se salpica con agua que contiene tierra, sal de la carretera y otras mugre. Los volúmenes son muy altos, por lo que mantener los costos bajos también debe ser un gran deseo.

Primero, mire el costo de un generador 90% eficiente de la misma potencia en comparación con un alternador de automóvil. Espero que sea varias veces más. Luego, intente operar el generador de alta eficiencia en un ambiente hostil, como debajo del capó de un automóvil, y vea cuánto tiempo sobrevive. Los alternadores de automóviles sobreviven habitualmente a esto durante 10-15 años. El generador eficiente de alta gama que cuesta varias veces más probablemente no durará un mes en malas condiciones.

Se trata de lo que es realmente importante y haciendo las compensaciones de ingeniería adecuadas en el diseño.

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• Otro factor probablemente se relaciona con lo que uno debe hacer para mantener un voltaje de salida constante a diferentes velocidades. Los conjuntos de motor y generador especialmente diseñados pueden diseñarse para hacer funcionar el motor a la velocidad que funcione mejor para la generación. Los alternadores automotrices tienen que funcionar a cualquier velocidad del motor que haga que el automóvil viaje a la velocidad deseada.
• Gracias, sé que el motor de combustión interna en sí es normalmente un 25% eficiente. Mi pregunta es realmente a nivel de diseño, no por qué la industria va de esta manera. Algo que podemos suponer es que los rodamientos están sobredimensionados, debido al polvo, las vibraciones y la temperatura. De todos modos eso no llevará eficacia a este punto. También están refrigerados por aire, como el otro, de todos modos ‘ no conozco las temperaturas que experimenta en el capó, esto alterará los parámetros de los devanados, por lo que puede ser un factor más considerable. Yo ‘ no estoy en esta industria también, pero con magnetismo y algunos conocimientos mecánicos podemos especular.
• @supercat el voltaje se regula cambiando el voltaje de excitación. La eficiencia varía mucho con la velocidad si ve el gráfico, menos del 40% a cerca de 8000 rpm (bueno, creo que nadie pondrá su motor a estas RPM).
• Corrección, es impulsado por correa, por lo que puede tener una relación diferente a las RPM del eje del motor.
• @Diego: Los motores de los automóviles no ‘ t tienen una eficiencia cercana al 25%.

Voltaje: a 14v es muy difícil ser eficiente.

• Pérdida de diodos: el alternador del automóvil funciona alrededor de 14v, con 0.6v por cada paso de diodo tiene una pérdida de 1.2v: casi un 10% de pérdida solo en este.

• devanados: pierde mucha potencia sobre la pérdida resistiva en el devanado debido a la alta corriente para el tamaño del devanado (podría calcular esta pérdida con el medidor de devanado a una corriente determinada)

• Conexiones: es muy fácil perder un pequeño porcentaje de eficiencia a esta corriente y voltaje: a 0.Una conexión de 1 ohmio a 65 A sería de 6,5 voltios, ¡perdiendo casi el 50% de la potencia!

• Pérdida del núcleo: a mayor velocidad, la pérdida del núcleo es probablemente cada vez más importante (gran conjetura al intentar explique el gráfico)

Creo que podríamos obtener una eficiencia mucho mejor simplemente operando el mismo alternador a un voltaje más alto.

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• ¡Bienvenido a EE. UU.! Desafortunadamente, su respuesta no ‘ parece muy realista. Para abordar los dos puntos del medio: los devanados están diseñados para las corrientes y las conexiones tienen una resistencia mucho menor que 0.1ohm, cuando se atornillan correctamente.
• Creo que ‘ s es más una compensación (de las pérdidas I2R) entre costo y eficiencia. Pero, lo que usted dice que es el voltaje (potencial eléctrico), no es directamente la cuestión, ‘ es la corriente en el caso de pérdidas I2R. Y los generadores grandes funcionan con corrientes aún mayores y son mucho más eficientes. De todos modos, hoy en día los alternadores tienden a ser más eficientes a medida que el mercado automotriz utiliza más dispositivos eléctricos.
• Olvidé un punto: ese gráfico está a la potencia máxima para un RPM dado. Creo que ‘ es la razón por la que la eficiencia es tan baja y la pérdida resistiva es alta. En caso de una corriente más baja, la eficiencia será mejor ya que las pérdidas resistivas son RI2.

Los alternadores automotrices son ineficientes porque utilizan un diseño de protección pasiva de sobrecarga de 50 años. Puede colocar una carga ilimitada en un generador con la corriente de campo al máximo y, siempre que el voltaje no caiga por debajo de 12 voltios, no se dañará. por sobrecalentamiento, al menos no de inmediato. Hay una gran cantidad de inductancia parásita en los devanados. En reposo, puede estar emitiendo 16 voltios CA pero internamente (si se mide sin carga) estaría emitiendo 28 voltios. A altas RPM con una carga de 100 amperios a 16 voltios de CA producidos, internamente el alternador puede estar generando más de 100 voltios, si lo midiera sin carga. A medida que aumentan las RPM, la inductancia parásita se vuelve más efectiva para reducir la corriente de salida.

Si puede obtener 24 voltios de un alternador con el motor en ralentí, puede obtener fácilmente 150 voltios con el motor a alta velocidad. Obviamente, si produce 150 voltios, pero solo obtiene 14 voltios debido a la reactancia inductiva, entonces hay una gran cantidad de ineficiencia.

El estator también tiene muchas pérdidas. Si aplica voltaje de campo completo a un alternador, incluso puede sentir la resistencia si intenta girarlo con la mano sin carga. Eso es todo porque el campo magnético se pierde en el estator. La corriente eléctrica se induce en el estator y genera calor. Una gran cantidad de flujo de aire creado por el alternador girando a miles de RPM mantiene este calor bajo control. Algunas personas instalan un interruptor de desactivación del alternador que se activa a toda velocidad para no desperdiciar esa potencia extra.

Entonces el rectificador caerá aproximadamente 2 voltios a cargas más altas. 16 voltios bajando a 14 voltios es una pérdida del 12.5% en además de todo lo demás.

Si puede obtener mucha más potencia de un alternador que gira a altas RPM dejándolo generar un voltaje más alto, hacerlo también lo haría mucho más eficiente. Sin embargo, los diodos rectificadores son diodos TVS, por lo que mantendrán la salida por debajo de 40 voltios y se destruirán en el proceso si es necesario. Sin diodos TVS, si el alternador estaba funcionando a altas RPM y carga completa, y la carga estaba desconectado repentinamente, la salida podría aumentar a más de 100 Vo Es antes de que el regulador se reajuste. Por lo tanto, tendrá que reemplazar el rectificador con un rectificador trifásico regular y proporcionar una forma de manejar las sobretensiones. Luego, controle manualmente la corriente de campo. Dejar que la salida vaya de 14 a 28 voltios con el alternador produciendo internamente 150 voltios casi duplicaría la potencia de salida y la eficiencia.

En lugar de la protección pasiva de sobrecarga, podrían hacer un estator más eficiente y solo tener un sentido de corriente en la salida para hacer que el regulador retroceda para protegerlo de sobrecargas.

Creo que una buena parte de la baja eficiencia se puede atribuir al hecho de que las bobinas individuales no cargan la batería hasta su voltaje excede el voltaje de la batería + 2 caídas de diodos. Si el voltaje máximo de la bobina es de 16 V y el voltaje de la batería es de 12,6 V, entonces no fluye corriente desde una bobina hasta que la forma de onda de CA de esa bobina excede aproximadamente 14,6 V (12,6 V + 1 V + 1 V). Entonces, cada devanado no produce corriente en absoluto hasta que su voltaje está por encima de 14,6. Si bien es cierto que hay 3 fases, lo que reduce en gran medida la corriente de ondulación de la batería, eso no cambia el hecho de que cada bobina individual no produce ninguna corriente durante la mayor parte de cada ciclo. Una utilización tan baja de la bobina tendría que tener un impacto negativo en la eficiencia general.

Eso es a menos que un alternador sea una fuente de corriente constante y no una fuente de voltaje constante …

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• los alternadores no están diseñados para la eficiencia: normalmente están atornillados a un motor de más de 150 CV, por lo que a quién le importa si toman 10 o 15 … Ah, y tampoco son de corriente constante … li> Pero yo pensaría que cuando los autos pierden todo el peso que pueden, cada HP ahorrado haría una diferencia medible en el kilometraje. Esto parece un área propicia para la aplicación de la electrónica.
• Y es por eso que algunos sistemas de control de carga del alternador hacen exactamente eso, es decir, hacen coincidir la salida con precisión con las necesidades del automóvil y la batería, no solo que algunos también realizan ciclos. la carga del aire acondicionado también, pero depende mucho del precio y la calidad del automóvil: el sistema de carga de mi automóvil se adapta a la carga y las necesidades de la batería con mucha precisión, de hecho, también se carga hasta 15.2 va algunos puntos – antes de que preguntes sí, tengo un medidor preciso …
• @solarmike Sí, alguna ECU controla el alternador, creo que controlando la corriente de excitación. Pero 10 CV es mucha potencia, algunos sistemas de admisión de aire no son baratos, están pensados para añadir menos que eso. También hoy, con más dispositivos electrónicos, la demanda de corriente eléctrica está creciendo, así como una mejor eficiencia.
• Realicé una simulación LTSPICE y descubrí que podía aumentar en gran medida la eficiencia utilizando FET para actuar como convertidores impulsores. , usando la inductancia de las bobinas como inductores del convertidor ‘. Ejecuté el conmutador a unos 22 Khz y utilicé rectificación síncrona.

Los alternadores de automóviles son mucho mejores que Generadores de CC porque son más efectivos y producen suficiente electricidad para alimentar todo lo que necesita en todos los rangos de rpm. El problema es que, como averigua por su nombre, producen CA, mientras que todo en su automóvil necesita CC. Así que al entrar pierdes algo de eficiencia. La corriente también debe estabilizarse, próximos loos. A pesar de todas las pérdidas, siguen siendo mejores que los generadores de CC que pueden encender los faros de un automóvil. Y cuando algo funciona bien, ¿por qué arreglarlo?

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• No estoy promocionando deneradores de CC, pero decir que los generadores de CC apenas pueden encender las luces delanteras está mal. El tamaño adecuado puede hacer que los generadores de CC produzcan energía más que suficiente. Más bien, los generadores de CC se han equivocado porque la regulación de voltaje requería una conversión de CC a CC costosa e ineficaz y la conmutación causa más desgaste de las escobillas que los anillos colectores de un alternador. Es posible que la eficiencia y el costo de conversión de CC a CC hayan disminuido. Pero aún tiene más artículos y el costo de los imanes perminados que necesitan trabajar a temperaturas elevadas debajo del capó.
• Como Keith menciona arriba ‘ no es cierto que un generador de CC no puede encender una bombilla correctamente. Los coches más antiguos solían tener un generador de CC antes de que se utilizara el sistema de alternador. Recuerdo que en el viejo auto de mi abuelo, usaba un generador de CC. Una de las razones por las que los alternadores se volvieron comunes más tarde fue cuando bajó el costo de los rectificadores de silicio, el alternador es más liviano (esos viejos generadores de CC son súper pesados en algunos autos diesel -_-), la potencia de salida es mucho mayor en el alternador y el cepillo el desgaste es menor en un alternador ya que los anillos colectores son suaves en comparación con el conmutador del generador de CC.