교류발전기(자동차)

Alternator (automotive)
V8 엔진에 장착된 교류발전기(실버)

교류 발전기는 현대 자동차에서 배터리를 충전하고 엔진이 작동 중일 때 전기 시스템에 전원을 공급하기 위해 사용되는 일종의 전기 발전기입니다.

1960년대까지 자동차는 정류자가 달린 직류 발전기를 사용했다.실리콘 다이오드 정류기가 널리 보급되고 가격이 저렴해짐에 따라 교류 발전기가 점차 발전기를 대체하게 되었습니다.이 기간 동안 자동차에 필요한 전력량이 증가하고 대형 헤드램프, 전기 와이퍼, 열선내장 리어 윈도우 및 기타 액세서리의 부하가 증가했기 때문입니다.교류 발전기는 더 이상 사용되지 않습니다. 즉, 전기 자동차에서 교류 발전기는 [회생 제동] 메커니즘으로 전기를 만듭니다.

역사

현대식 차량 교류 발전기는 제2차 세계대전특수 [i]차량의 무선 장비에 전원을 공급하기 위해 군사 용도로 처음 사용되었다.전쟁 후, 구급차나 무선 택시와 같이 전기 수요가 많은 다른 차량에도 옵션 교류 [1]발전기가 장착될 수 있었다.

교류 발전기는 1960년 크라이슬러사가 발리언트 차량에 표준 장비로 처음 도입했는데, 이는 포드나 제너럴 [1][2]모터스보다 몇 년 앞선 것이다.

초기 자동차의 마그네토

Ford Model T와 같은 일부 초기 자동차들은 다른 종류의 충전 시스템을 사용했다: 엔진 구동 마그네토(엔진 구동 마그네토)는 진동자 코일에 공급되는 저전압 교류 전류를 발생시켜 점화 불꽃을 발생시키는 데 필요한 고전압을 제공한다.ctly.) 이러한 마그네토 시스템은 전류를 발생시키기 위해 엔진의 움직임에만 의존하기 때문에 크랭크가 급격히 당겨지면 수동으로 크랭킹된 엔진을 시동할 때 사용할 수 있습니다. 그러면 마그네토 시스템이 코일이 스파크를 일으키기에 충분한 전류를 생성할 수 있습니다.

모델 T는 엔진 플라이휠에 마그네토를 통합했다.첫 번째 모델 T는 진동자 코일 점화에만 마그네토를 사용했습니다.1915년식부터 포드는 마그네토에 [3][4]의해 구동되는 전기 헤드라이트를 추가했다.마그네토 회로는 완전히 AC로, 배터리는 포함되어 있지 않습니다.(점화 코일에는 배터리를 대신 사용할 수 있는 스위치가 있어 추운 날씨에 시동할 때 유용할 수 있었지만, 포드는 1919년에 전기 시동 장치를 도입하기 전에는 배터리를 제공하지도 않았고 사용을 권장하지도 않았습니다.배터리는 소유자가 직접 설치하여 외부에서 충전해야 합니다.)

1919년식부터 Ford는 모델 T를 업그레이드하여 일부 모델에서는 표준 사양이고 다른 모델에서는 옵션 사양인 전기 시동기를 포함했습니다.이 시동 장치에는 기존 발전기로 충전된 배터리도 포함되어 있으며, 이제 배터리로 조명을 구동했습니다.하지만, 플라이휠 마그네토는 여전히 점화 장치에 전원을 공급했고, 시동 장치가 없는 모델에는 배터리가 없었기 때문에,[5][6] 그들은 계속해서 마그네토 구동 조명을 사용했다.

다이너모에 대한 이점

교류 발전기는 직류 발전기(다이나모)에 비해 몇 가지 이점이 있습니다.교류 발전기는 다음과 같습니다.

  • 경량, 저비용, 견고성
  • 공회전 속도에서 유용한 충전을 제공할 수 있습니다.
  • 정류자 위에 브러시 수명이 크게 연장슬립사용(또는 브러시 없는 설계)
  • 교류 발전기의 브러시는 DC 여자 전류만 전달합니다. DC 여자 전류는 제너레이터의 전체 출력을 전달하는 DC 제너레이터의 브러시에 의해 전달되는 전류의 극히 일부입니다.

AC를 DC변환하려면 정류기 세트(다이오드 브리지)가 필요합니다.낮은 리플로 직류를 공급하기 위해 다상 권선을 사용하여 로터의 극편(claw-pole)을 형성합니다.자동차용 교류 발전기는 일반적으로 크랭크축 속도의 2~3배 속도로 벨트 구동되며, 이는 발전기에서 정류자가 떨어져 나가는 원인이 될 수 있는 속도입니다.교류 발전기는 엔진에 의해 구동되기 때문에 다양한 RPM(주파수 변경)으로 작동합니다.교류는 직류로 정류되므로 문제가 되지 않습니다.

교류발전기 조절기도 발전기 조절기보다 간단하다.제너레이터 레귤레이터에는 출력 코일(전기자)을 저속으로 배터리로부터 격리하기 위한 컷아웃 릴레이가 필요합니다. 이 절연은 교류 발전기 정류 다이오드에 의해 제공됩니다.또한 대부분의 발전기 조절기에는 전류 제한 장치가 포함되어 있으며 교류 발전기는 본질적으로 전류 제한이 있다.

작동

클로우 폴 구조를 나타내는 교류 발전기의 컷어웨이(cut-awaway), N과 S의 교대인 쐐기 모양의 필드 폴 2개가 중앙에 보이고 개구부의 상단과 하단에서 고정 전기자 권선이 보인다.우측 끝에 있는 벨트와 풀리가 교류 발전기를 구동합니다.

클로우 폴 설계는 사인파보다 더 효율적으로 교정되는 AC 파형을 생성합니다.

이름에도 불구하고, 'DC 발전기'(또는 '다이나모스')와 '교류 발전기'는 모두 처음에는 교류 전류를 생성합니다.이른바 'DC 제너레이터'에서는 이 교류 전류가 회전 전기자에서 발생한 후 정류자 및 브러시에 의해 DC로 변환됩니다.교류기'에서는 정류기(다이오드)에 의해 정지 스테이터에서 교류 전류가 발생한 후 직류로 변환된다.

일반적인 승용차와 경트럭 교류 발전기는 룬달 또는 '발톱-폴' 필드 구조를 사용합니다.이것은 로터의 형상의 철심을 사용하여 단일 코일 권선에서 다극장을 생성합니다.로터의 폴은 양손의 손가락이 서로 맞물려 있는 것처럼 보입니다.코일은 축방향으로 내부에 장착되며 슬립 링과 카본 브러시를 통해 계자 전류가 공급됩니다.이러한 교류 발전기는 구동 벨트 [7]풀리에 부착된 외부 팬에 의해 생성되는 축방향 기류에 의해 필드 및 스테이터 권선이 냉각됩니다.

소형 교류 발전기

최신 차량은 이제 소형 교류 발전기 레이아웃을 사용합니다.전기적으로나 자기적으로나 비슷하지만 공기 냉각이 개선되었습니다.냉각 성능이 향상되면 소형 기계에서 더 많은 전력을 사용할 수 있습니다.케이스의 양 끝에는 독특한 방사형 통풍구 슬롯이 있으며, 현재는 팬을 둘러싸고 있습니다.양 끝에 1개씩 2개의 팬이 사용되며, 기류는 반방사형으로 축방향으로 들어가 방사방향으로 [8]바깥쪽으로 흐릅니다.이제 스테이터 권선은 철심 및 구리 권선이 촘촘히 채워진 조밀한 중앙 밴드와 열 전달을 위해 권선이 더 많이 노출되는 엔드 밴드로 구성됩니다.로터로부터의 코어 간격이 가까워지면 자기 효율이 향상됩니다.밀폐형 팬의 크기가 작을수록 특히 기계 [8]속도가 높을 때 소음이 줄어듭니다.

교류 발전기는 자동차에서도 수냉이 가능하다.

대형 차량에는 대형 [9]기계와 유사한 필드 코일 교류 발전기가 있을 수 있습니다.

3상 교류 발전기의 권선은 델타 또는 (wye) 연결 시스템 [10]설정을 사용하여 연결할 수 있습니다.

이러한 타입 교류 발전기의 브러시리스 버전은 고속도로 트럭이나 토공 기계와 같은 대형 기계에서도 흔히 볼 수 있습니다.2개의 오버사이즈 샤프트 베어링을 유일한 마모 부품으로 사용하여 엔진 오버홀 간격을 초과하여 매우 길고 안정적인 서비스를 제공할 수 있습니다.

현장 규정

자동차 교류 발전기는 배터리 단자에서 일정한 전압을 생성하기 위해 작은 자기장 전류를 변조하여 작동하는 전압 레귤레이터가 필요합니다.초기 설계(1960년대-1970년대)는 차량의 다른 곳에 장착된 개별 장치를 사용했다.중간 설계(1970년대–1990년대)는 교류발전기 하우징에 전압 조절기를 통합했다.현대적인 설계에서는 전압 레귤레이터가 완전히 사라집니다. 전압 조절은 이제 엔진 컨트롤 유닛(ECU)의 기능입니다.계자 전류는 교류 발전기의 출력 전류보다 훨씬 작습니다. 예를 들어 70A 교류 발전기는 2-3A의 계자 전류만 필요할 수 있습니다.계자 전류는 슬립 링에 의해 로터 권선에 공급됩니다.저전류 및 비교적 부드러운 슬립 링은 정류자와 높은 전류가 브러시를 통해 흐르는 DC 제너레이터보다 더 높은 신뢰성과 긴 수명을 보장합니다.

필드 권선은 점화 스위치 및 레귤레이터를 통해 배터리로부터 전원을 공급받습니다.병렬 회로는 "충전" 경고등을 공급하고 레귤레이터를 통해 접지됩니다(이 때문에 점화 스위치가 켜져 있지만 엔진이 작동하지 않을 때 표시등이 켜집니다).엔진이 작동 중이고 교류 발전기가 전력을 생산하면 다이오드가 교류 발전기의 주 출력에서 계자 전류를 공급하여 경고등을 통해 전압이 균일하게 됩니다.계자 전류를 공급하는 와이어를 흔히 "exciter" 와이어라고 합니다.이 배치의 단점은 경고등이 꺼지거나 "exciter" 와이어가 분리되면 전류가 필드 권선에 도달하지 않고 교류 발전기가 전력을 생성하지 않는다는 것입니다.일부 경고등 회로에는 경고등이 꺼질 경우 여자 전류가 흐를 수 있도록 램프와 병렬로 저항이 장착되어 있습니다.운전자는 엔진이 정지할 때 경고등이 켜져 있는지 확인해야 합니다. 그렇지 않으면 냉각수 펌프를 구동할 수 있는 벨트의 고장 징후가 나타나지 않을 수 있습니다.일부 교류 발전기는 엔진이 특정 속도에 도달하면 자동으로 들뜨게 됩니다.

최근에는 [when?]교류발전기 레귤레이터가 차량의 컴퓨터 시스템과 연계되어 교류발전기에서 공급되는 전압을 조정할 때 흡기 온도 센서, 배터리 온도 센서 및 엔진 부하 등 다양한 요인을 평가합니다.

출력 전류

최소한의 조명을 가진 오래된 자동차들은 30암페어만 생산할 수 있는 교류 발전기를 가지고 있었을지도 모른다.특히 에어컨, 전동 파워 스티어링 및 기타 전기 시스템이 장착된 차량의 전기 시스템에 부하가 더 많이 걸리기 때문에 정격은 점점 높아지고 있지만, 일반적인 승용차와 경트럭 교류 발전기의 정격은 약 50-70A입니다.[citation needed]버스, 중장비 또는 응급차량에 사용되는 매우 큰 교류 발전기는 300A를 발생시킬 수 있다.세미 트럭에는 보통 140A를 출력하는 교류 발전기가 있습니다.초대형 교류 발전기는 수냉식 또는 오일 냉각식일 수 있습니다.

효율성.

자동차 교류 발전기의 효율은 팬 냉각 손실, 베어링 손실, 철 손실, 구리 손실 및 다이오드 브리지의 전압 강하에 의해 제한됩니다.고속에서는 주로 팬의 저항에 의해 효율이 극적으로 저하됩니다.현재 교류 발전기의 중속 효율은 70~80%[11]입니다.이는 약 60%의 효율을 달성하는 자전거 조명 시스템에 사용되는 것과 같은 매우 작은 고성능 영구 자석 교류 발전기를 능가합니다.대형 영구 자석 전기 기계(모터 또는 교류 발전기로 작동할 수 있음)는 오늘날 훨씬 더 높은 효율성을 달성할 수 있습니다.예를 들어, Pellegrino [12]등은 효율성이 96% 이상인 충분한 영역을 보여주는 특별히 비싼 설계를 제안하지 않습니다.발전소에서 사용되는 대형 AC 발전기는 신중하게 제어된 속도로 작동하며 크기나 무게에 제한이 없습니다.98%에 달하는 매우 높은 효율성을 제공합니다.

하이브리드 차량

하이브리드 전기 자동차는 별도의 교류 발전기 및 스타터 모터를 내연 엔진을 시동하고 휠에 기계적 동력의 일부 또는 전부를 공급하며 대용량 저장 배터리를 충전하는 하나 이상의 결합된 모터/제너레이터로 교체합니다.Toyota Prius 에 사용되는 하이브리드 시너지 드라이브처럼 모터/제너레이터가 두 개 이상 있는 경우, 한쪽이 제너레이터로 작동하고 다른 한쪽은 모터로 공급되어 엔진 출력 중 일부가 휠로 흐를 수 있는 전자기학적 경로를 제공할 수 있습니다.이러한 모터/제너레이터는 위에서 설명한 자동차 교류 발전기보다 훨씬 강력한 제어용 전자 장치를 갖추고 있습니다.

각주

  1. ^ 무선에 대한 적합을 참조하십시오.

레퍼런스

  1. ^ a b "Alternators and Generators". Allpar.
  2. ^ "Valiant by Chrysler" (PDF). Valiant promotional brochure. Chrysler Corporation (Australia). 1962. Another Chrysler "first" ... the amazing new alternator
  3. ^ "Encyclopedia: 1915". Model T Ford Club of America.
  4. ^ "Encyclopedia: 1915 and 1916 [comprehensive description]". Model T Ford Club of America.
  5. ^ "Encyclopedia: 1919". Model T Ford Club of America.
  6. ^ "Encyclopedia: 1917 to 1920 [comprehensive description]". Model T Ford Club of America.
  7. ^ "Electrical System and Power Supply". Automotive Handbook (3rd ed.). Bosch. 1993. pp. 770–1. ISBN 0-8376-0330-7.
  8. ^ a b Bosch & 3rd, 771페이지
  9. ^ Bosch & third, 771 – 772 페이지
  10. ^ "Understanding 3 phase alternators..." windstuffnow.com. Retrieved 2012-07-24.
  11. ^ Horst Bauer(ed.) 자동차 핸드북 제8판, Robert Bosch GmbH, Stuttgart, 2011, ISBN 978-0-8376-1686-5, 993페이지
  12. ^ G. Pellegrino, A. Vagati, P. Guglielmi, 산업용 전자제품에 대한 "전기 자동차 애플리케이션용 표면 실장 및 내부 PM 모터 드라이브의 성능 비교" IEEE 트랜잭션, vol 59, No 2, 2012년 2월 페이지.809