A személygépkocsik áramfejlesztői
A járműipar történetének kezdetén nagyon is elképzelhető volt, hogy működésre lehet bírni egy motorral hajtott autót, traktort, vagy motorkerékpárt anélkül, hogy akár egyetlen ampernyi áram is folyt volna a gépben. Most azonban nem csak egy elektromos, de egy belső égésű motoros autó sem képes még az elindulásra sem elektromos áram nélkül.
A járművek akkumulátorai biztosítják az induláshoz szükséges áramot, ám a haladás során lemerülnének. Annak érdekében, hogy a folyamat fenntartható legyen, a gyártók felhasználtak egy, már az első autók előtt is létező technológiát, hogy az autókon belül áramot termeljenek.
A kezdetek
Noha cikkünk alapvetően nem ezen fejezet tárgyáról szól, meg kell említenünk, hogy egészen az 1960-as évekig nem a generátorok, hanem a dinamók szolgáltatták a gépjárművek áramellátását.
Ez egy olyan villamos gép, amely mechanikai energiából egyenáramot állít elő. Maga az elv már száz évvel korábban ismert volt: Jedlik Ányos magyar tudós fedezte fel 1861-ben.
A dinamóelv nem más, mint az öngerjesztés elve. Minden olyan vasból készült alkatrészben, amely korábban mágneses hatás alatt volt, valamilyen visszamaradó mágneses tér továbbra is jelen lesz. Ha ebben a viszonylag gyenge mágneses térben egy vezetőt mozgatunk, majd a feszültséget, mely a vezetőben jön létre, a tekercsre kapcsoljuk, mely a test körül található, képesek vagyunk növelni az erővonalak számát. Ebből következően a feszültség is megnő – ez addig fokozható, amíg a vas nem telítődik mágnesesen, vagy amíg nem korlátozzák egy szabályzóval.
A gépjárművek dinamóinak forgórészét lágyvasból készítették, hogy csökkenjen a mágneses szórása. A forgórész hornyaiba kerültek a tekercsek, ezek végeit pedig a kommutátorhoz kötötték. Az áram egy részét feszültségszabályzó vezette vissza az állórészhez, ezzel növelték a gerjesztést.
Az eszköz végül a felépítése tette elavulttá: a fajlagosan nagy tömeg, a kommutátor kefék elégtelen élettartama és a generátorokhoz képest kisebb teljesítmény vezetett a leváltásukhoz.
A generátor felépítése, működése
A generátor, éppúgy, mint a dinamó egy forgó villamos gép. A legfontosabb különbség a kettő között, hogy a generátor váltakozó feszültséget állít elő, a dinamó pedig egyenfeszültséget.
Az eszköz egy gerjesztett forgórészből és egy egy- vagy többfázisú tekercsrendszerrel ellátott állórészből épül fel. A forgórészt néha állandómagneses, de ez nem gyakran fordul elő. Ahhoz, hogy a forgórész folyamatosan központosan helyezkedjen el az állórészben, az utóbbi csapágypajzsai és az abban elhelyezett csapágyak kerülnek beépítésre, így biztosítják a generátor sima futását.
Akárcsak a dinamó esetén, a felvett energia valamilyen mechanikai forrásból érkezik minden esetben. A forgórészt megforgatja a motor, aminek következtében a forgórész indukcióvonalai metszik az állórész tekercsét/tekercsrendszerét, és így azokban feszültség indukálódik.
Általános esetben az állórész háromfázisú tekercseléssel készül. A működéshez elengedhetetlen mágneses tér biztosítására többféle gyakorlati megvalósítás létezik: szinkron gépeknél szénkefés-csúszógyűrűs külső szerkezeten keresztül vezetik be hozzá az egyenáramot, aszinkron gépeknél pedig a rövidre zárt forgórészben indukált örvényáram segítségével állítják elő.
A generátor jelentős előnye a dinamóval szemben, az előállítani kívánt indukált feszültség közvetlenül az állórészről levehető, nem szükséges hozzá szénkefékből álló rendszer – nincs tehát súrlódó, kopó alkatrész, amely elkophat, meghibásodhat vagy megsérülhet a kontakt következtében. Egyúttal a tömegéhez viszonyítva számottevően hatékonyabb, beépítése ezért kevesebb kompromisszumot követel.
Megjegyzendő ugyanakkor, hogy a generátor a dinamóval ellentétben nem képes egyenfeszültség előállítására, ezért egyenáramú villamos hálózat táplálásához a tekercsek áramát egyenirányítani kell. A személygépkocsik esetén pontosan ez a helyzet áll fenn.
Generátor vagy alternátor?
Az autókban használatos áramfejlesztőket is generátoroknak hívjuk, a szaknyelv azonban erre a specifikus típusra alternátorként hivatkozik.
Kialakításukra jellemző a „kompakt” dizájn, melynél a burkolat mindkét végén jellegzetes radiális szellőzőnyílások találhatók.
A járművek generátorainál jelentős tényező a ventilátor hűtési vesztesége, a vas- és rézveszteség, valamint a diódahidak feszültségesése. Bizonyos fordulatszám felett a hatásfok jelentősen visszaesik, ideális tartományban ez közelítőleg 70-80%.
Meghibásodás
Általánosságban a generátort tartós szerkezetnek ismerik az autósok, gyakran emlegetik a motorral megegyező élettartamú alkatrészként. Ez utóbbi nem feltétlen fedi a valóságot.
Az elsődleges és leggyakrabban előforduló hiba a csapágyak tönkremenetele. Ezt többnyire félreérthetetlen hanghatás kíséri a generátor belsejéből. Ugyanakkor a korszerű motorok esetén egyre gyakrabban találkozni azzal, hogy hamarabb válik használhatatlanná a generátor szabadonfutó.
Jelentősen kellemetlenebb hiba, ha a feszültségszabályzó megy tönkre. Ezt a jelenséget ugyanis jóval nehezebb diagnosztizálni. Egyik első jele a műszerfalon kivillanó töltéshiba jelzőlámpa, ugyanakkor vannak olyan esetek, amikor nincs műszerfali visszajelzés, mégis fennáll a jelenség. Ekkor a generátor tölt, csak túl keveset. A folyamat jellemző végeredménye, hogy az akkumulátor lemerül.
Az egyenirányító hibája egyszerűbben megállapítható, ugyanis ilyenkor mindig világít a műszerfali töltésjelző lámpa.
A generátor meghajtószíja is hibaforrásnak számít, noha nem közvetlenül a generátorhoz tartozik. Szakadása esetén a generátor nem tölt.
Az előbbihez hasonló jelenség a feszítő csapágy problémája. A korszerű belső égésű motorok ékszíjai nem csak a generátort, hanem számos egyéb fogyasztót (szervoszivattyú, klíma stb.) is meghajtanak, így a szíj viszonylag szövevényes utat jár be. A feszítőgörgők a csapágyakhoz hasonlóan meghibásodhatnak, alkalmanként indokolt a cseréjük.
Felújítás, jövőkép
Ma már nehéz elhinni, hogy még létezik ilyen alkatrész, de a generátor pont abba a már szűk rétegbe tartozik, amelyeket még fel lehet újítani. A megfelelő belső alkatrészek cseréjével teljes értékű alternátort kapunk vissza, sok esetben az új árának töredékéért.
A start-stop rendszerek és a jelentősen fejlettebb motorvezérlő rendszerek új feladatok elé állították a generátorokat, melyek sok esetben már egy nagyobb elektromos rendszer integrált alrendszerét képezik csupán. Kialakításuk jelentősen bonyolultabb, karbantartásuk pedig jóval körülményesebb, mint régebbi társaiké.
