Jag designar inte bilgeneratorer, så jag kan inte säga exakt vad som ingår i tekniska beslut. Men här är några rimliga spekulationer.

Generatorns effektivitet är helt enkelt inte en stor sak i en bil. Kraften som motorn måste lägga ut för att flytta bilen dvärgar vad generatorn behöver. Om denna lilla bråkdel av den totala motoreffekten var 1/3 mindre skulle det inte göra någon stor skillnad. Därför kan effektiviteten bytas bort för att få andra viktigare parametrar. En del av dem inkluderar förmodligen hög tillförlitlighet i en tuff miljö, drift över ett brett temperaturintervall och fortsätt medan du stänker med vatten som innehåller smuts och vägsalt och annat råolja. Volymerna är mycket höga, så att hålla kostnaderna nere måste också vara en stor önskan.

Titta först på kostnaden för en 90% effektiv generator med samma effekt jämfört med en bilgenerator. Jag förväntar mig att det kommer att bli flera gånger mer. Testa sedan att använda den högeffektiva generatorn i en tuff miljö som under bilens huva och se hur länge det överlever. Bilgeneratorer överlever rutinmässigt detta i 10-15 år. Den avancerade generatoren som kostar flera gånger mer kommer förmodligen inte att hålla en månad under dåliga förhållanden.

Det handlar om vad verkligen viktigt och göra lämpliga tekniska avvägningar i designen.

Kommentarer

• En annan faktor avser troligen vad man måste göra för att upprätthålla en konstant utspänning vid olika hastigheter. Specialbyggda motor- och generatoraggregat kan utformas för att köra motorn i vilken hastighet som helst som fungerar bäst för generation. Fordonsgeneratorer måste köra med vilket motorvarvtal som helst som gör att bilen körs med önskad hastighet.
• Tack, jag vet att förbränningsmotorn i sig normalt är 25% effektiv. Min fråga är verkligen på designnivå, inte varför branschen går den här vägen. Något vi kan anta är överdimensionerade lager på grund av damm, vibrationer och temperatur. Hur som helst tar det inte effektivitet till denna punkt. De är också luftkylda, liksom de andra, hur som helst vet jag inte ’ de temperaturer den upplever i huven, detta kommer att ändra lindningsparametrarna, och det kan vara en mer betydande faktor. Jag ’ är inte heller i denna bransch, men med magnetik och lite mekanisk kunskap kan vi spekulera.
• @supercat spänningen regleras genom att ändra excitationsspänningen. Effektiviteten varierar kraftigt med hastigheten om du ser grafen, mindre än 40% vid nästan 8000 rpm (ja jag tror ingen kommer att sätta din motor vid detta varvtal).
• Korrigering, den är remdriven, så den kan ha ett annat förhållande än varvtalet på motoraxeln.
• @Diego: Bilmotorer är ’ t nära 25% effektiva.

Spänning: vid 14v är det väldigt svårt att vara effektivt.

• dioder förlust: bilgenerator arbetar runt 14v, med 0,6v för varje diodpass har du 1,2v förlust: nästan 10% förlust bara den här.

• lindningar: du tappar mycket kraft över resistiv förlust i lindningen på grund av den höga strömmen för lindningsstorleken (du kan beräkna denna förlust med lindningsmätaren vid en given ström)

• Anslutningar: det är väldigt enkelt att förlora några procent av effektiviteten vid denna ström och spänning: a 0.1 ohm-anslutning vid 65A skulle vara 6,5 v över, förlorar nästan 50% av effekten!

• kärnförlust: vid högre hastighet är kärnförlust troligen allt viktigare (stor gissning att försöka förklara diagrammet)

Jag tror att vi skulle kunna få en mycket bättre effektivitet bara genom att använda samma generator med en högre spänning.

Kommentarer

• Välkommen till EE.SE! Tyvärr verkar ditt svar inte ’ t mycket realistiskt. För att ta itu med de två mellersta punkterna: lindningarna är utformade för strömmarna och anslutningarna är mycket lägre motstånd än 0,1ohm, när de skruvas fast korrekt.
• Jag tror att det ’ s mer en avvägning (av I2R-förlusterna) mellan kostnad och effektivitet. Men vad du säger är spänningen (elektrisk potential) är inte direkt frågan, den är ’ strömmen vid I2R-förluster. Och stora generatorer arbetar med ännu större strömmar och är mycket bättre effektiva. Hur som helst idag tenderar generatorer att vara mer effektiva eftersom bilmarknaden använder mer elektriska apparater.
• Jag glömde en punkt: grafen har maximal effekt för en given varvtal. Jag tror att ’ är varför effektiviteten är så låg och den resistiva förlusten är hög. Vid lägre ström kommer effektiviteten att bli bättre eftersom resistiv förlust är RI2.

Fordonsgeneratorer är ineffektiva eftersom de använder en 50 år gammal passiv överbelastningsskyddskonstruktion. Du kan lägga obegränsad belastning på en generator med fältströmmen maximalt och så länge spänningen inte faller under 12 volt kommer den inte att skadas genom överhettning, åtminstone inte direkt. Det finns en enorm mängd avledande induktans i lindningarna. Vid tomgång kan den stänga av 16 volt AC men internt (om den mäts utan belastning) skulle den stänga av 28 volt. Vid högt varvtal med 100 Amp-belastning vid 16 AC-producerade volt, kan internt strömbrytaren överstiga 100 volt, om du skulle mäta den utan belastning. När varvtalet ökar blir den induktiva induktansen effektivare för att minska utströmmen.

Om du kan få ut 24 volt från en generator med motorn på tomgång kan du enkelt få ut 150 volt med motorn i hög hastighet. Uppenbarligen om det producerar 150 volt men du bara får 14 volt ur det på grund av induktiv reaktans, så finns det en enorm mängd ineffektivitet.

Statorn är också mycket förlorad. Om du applicerar full fältspänning på en generator kan du till och med känna motståndet om du försöker vrida den med handen utan belastning. Allt från att magnetfältet går förlorat till staterna. Elektrisk ström förs in i statorn och den genererar värme. En enorm mängd luftflöde som skapas genom att generatoren vrider sig med tusentals varv / minut håller denna värme under kontroll. Vissa människor installerar en generatoravaktiveringsbrytare som aktiveras vid full gas för att inte slösa bort den extra hästkraften.

Då kommer likriktaren att sjunka cirka 2 volt vid högre belastningar. 16 volt som går ner till 14 volt är 12,5% förlust i utöver allt annat.

Om du kan få ut mycket mer kraft från en generator som roterar med höga varvtal genom att låta den lägga ut en högre spänning. Om du gör detta skulle det också göra det mycket mer effektivt. Likriktardioderna är dock TVS-dioder, så de kommer att hålla uteffekten under 40 volt och de kommer att förstöra sig själva i processen om det behövs. Utan TVS-dioder, om generatorn arbetade med högt varvtal och full belastning, och belastningen var plötsligt frånkopplad kan utgången spika till över 100 Vo Det är innan regulatorn justerar om. Så du måste byta ut likriktaren med en vanlig 3-fas likriktare och tillhandahålla ett sätt att hantera spänningar. Kontrollera sedan fältströmmen manuellt. Att låta utgången gå från 14 volt till 28 volt med generatorn som internt producerar 150 volt skulle nästan fördubblas uteffekten och effektiviteten.

Istället för passivt överbelastningsskydd skulle de kunna göra en mer effektiv stator och bara ha en strömavkänning på utgången för att göra att regulatorn stängs av för att skydda den från överbelastning.

Jag tror att en stor del av den låga effektiviteten kan hänföras till det faktum att de enskilda spolarna inte laddar batteriet tills deras spänning överstiger batterispänningen + 2 diodfall. Om spolens toppspänning är 16V och batterispänningen är 12,6V, strömmar ingen ström från en spole förrän AC-vågformen för den spolen överstiger cirka 14,6V (12,6V + 1V + 1V). Så varje lindning producerar ingen ström alls förrän dess spänning är över 14,6. Även om det är sant finns det 3 faser, vilket kraftigt minskar batteriets krusningsström, men det förändrar inte det faktum att varje enskild spole inte producerar någon ström alls under större delen av varje cykel. Ett sådant lågt utnyttjande av spolen måste ha en negativ inverkan på den totala effektiviteten.

Det är såvida inte en generator är en konstant strömkälla och inte en konstant spänningskälla …

Kommentarer

• generatorer är inte konstruerade för effektivitet – de är normalt bultade till en motor på cirka 150 hk och så vem bryr sig om de tar 10 eller 15 …. Åh och de är inte heller konstanta …
• Men jag skulle tro att när bilar tappar all den vikt de kan, skulle varje sparad HP göra en mätbar skillnad i körsträcka. Detta ser ut som ett område som är moget för tillämpning av elektronik.
• Och det är därför som vissa laddningssystem för generatorladdare gör exakt det, dvs matchar utgången exakt med behoven hos bilen och batteriet, inte bara att vissa också cyklar luftkonditioneringsbelastningen också, men det beror mycket på bilens pris och kvalitet: laddningssystemet på min bil matchar sig själv med lasten och batteriet behöver mycket exakt, det laddas faktiskt också upp till 15,2 v vid några poäng – innan du frågar ja har jag en noggrann mätare …
• @solarmike Ja, vissa ECU styr generatoren, jag tror att genom att styra excitationsströmmen. Men 10 hk är mycket kraft, vissa luftintagssystem är inte billiga, är utformade för att lägga till mindre än detta. Även idag med fler elektroniska enheter växer efterfrågan på elektrisk ström liksom en bättre effektivitet.
• Jag utförde en LTSPICE-simulering och fann att jag kraftigt kunde öka effektiviteten genom att använda FET för att fungera som boost-omvandlare , med hjälp av spolinduktansen som omvandlare ’ s induktorer. Jag körde omkopplaren vid cirka 22 kHz och använde synkron rättelse.

Bilgeneratorer är mycket bättre än DC-generatorer eftersom de är effektivare och producerar tillräckligt med elektricitet för att driva allt du behöver i alla varvtalsområden. Problemet är att de som du hittar ut av namnet producerar AC medan allt i din bil behöver DC. Så vid inträde tappar du lite effektivitet. Strömmen måste också stabiliseras – nästa löst. Trots alla förlorar är de fortfarande bättre än likströmsgeneratorer som bara kan driva bilens strålkastare. Och när något fungerar bra varför fixa det?

Kommentarer

• Jag marknadsför inte likströmsgeneratorer men säger att likströmsgeneratorer knappt kan sätta på strålkastare är fel. Korrekt dimensionering kan göra likströmsgeneratorer som producerar mer än tillräckligt med ström. Snarare har likströmsgeneratorer varit fel eftersom spänningsreglering krävde dyr och ineffektiv likström till likströmskonvertering och pendling orsakar mer borstslitage än glidringar på en generator. Beviljas effektivitet och kostnad för likström till likström kan ha sjunkit. Men du har fortfarande mer ware och kostnaden för perminatmagneter som behöver arbeta i höga temperaturer under huven.
• Som Keith nämner ovan ’ är inte sant att en likströmsgenerator inte kan tända en lampa ordentligt. De äldre bilarna brukade ha en likströmsgenerator innan generatorsystemet användes. Jag minns att min gamla farfar använde en likströmsgenerator. En av anledningarna till att generatorer blev vanliga senare var när kostnaden för kiselriktare sjönk, generatorn är lättare (de gamla DC-generna är supertunga i vissa dieselbilar -_-), kraftuttaget är mycket högre i generator och borste slitaget är mindre i en generator eftersom glidringarna är släta jämfört med kommutatorn på likströmsgeneratorn.