Articles

Articol tehnic: Cum funcționează un sistem de încărcare a motocicletei – ElectroSport

Bazele unui sistem de încărcare a motocicletei
Pe aproape fiecare motocicletă veți găsi o baterie, folosită pentru a furniza energie pentru pornirea motocicletei și pentru a tampona o cantitate de energie electrică. Bateria în sine este încărcată de un generator acționat de motor și, atâta timp cât motorul este în funcțiune, va exista un curent care va trece prin baterie. Tensiunea fără sarcină a unei baterii complet încărcate este de aproximativ 13 Vcc. Pentru a o încărca, sistemul de încărcare ar trebui să asigure o tensiune de aproximativ 14,4 Vcc și aceasta ar trebui să fie o tensiune constantă la toate turațiile motorului.
Generatorul propriu-zis este amplasat în sau pe motor, iar la majoritatea motocicletelor există o unitate regulator-rectificator separată amplasată undeva pe cadru. Motivul este că aproape toate motocicletele sunt echipate cu un generator trifazat de curent alternativ (AC), în timp ce sistemul electric de pe motocicletă este un sistem de curent continuu (DC). Partea de redresare din interiorul regulatorului-redresor se ocupă de convertirea curentului alternativ în curentul continuu de care are nevoie bateria. Generatorul de curent alternativ trifazat este utilizat atât de des deoarece este mult mai eficient și mai fiabil decât un generator de curent continuu. Acesta poate produce energie pentru încărcarea bateriei chiar și cu motorul la ralanti. Partea de reglare a regulatorului-redresor este folosită pentru a regla tensiunea de ieșire (către baterie) la cei 14,4 Vcc necesari.
Sistemul generator cu magneți permanenți
Generatorul de pe o bicicletă produce această energie electrică deoarece are o înfășurare de sârmă de cupru pe stator (partea statică a generatorului) care se află în interiorul unui câmp magnetic variabil. Cel mai simplu generator folosește un volant care rulează pe arborele cotit cu câțiva magneți în interiorul său. Numim rotor acest volant cu magneții încorporați.

FIGURA 1: GENERATOR CU MAGNET PERMANENT
magneții înșiși au poli nord și sud, iar volantul se rotește în jurul statorului. Statorul este un miez metalic cu o mulțime de poli metalici care au pe ei înfășurări de sârmă de cupru. Deoarece volantul se rotește și există poli nord și sud în interiorul său, înfășurările statorului sunt expuse mai întâi la un pol nord, apoi la un pol sud, apoi din nou la un pol nord etc. Acesta este câmpul magnetic variabil care este necesar pentru ca înfășurarea însăși să producă curent alternativ. Înfășurările în sine sunt conectate în stea (o înfășurare are două capete, iar cele trei capete ale celor trei înfășurări diferite sunt conectate împreună), astfel încât statorul are doar trei fire de ieșire care ies din el.
Această configurație de generator o numim generator cu magnet permanent. Acest lucru se datorează faptului că volantul conține magneți care sunt magnetici tot timpul. Randamentul unui anumit stator depinde de turația motorului (cu cât viteza de variație a câmpului magnetic este mai mare, cu atât mai mare este randamentul statorului) și de forța câmpului magnetic (care este constantă) Practic, statorul produce un anumit randament la o anumită turație.
Apoi curentul alternativ este condus prin redresorul din interiorul unității regulator-redresor. Redresorul transformă cele trei faze de curent alternativ într-o singură ieșire de 14,4 Vcc, o masă și un pozitiv. Deoarece statorul produce energie în funcție de turația motorului, ieșirea statorului este prea mare tot timpul. Acest lucru ar însemna că tensiunea de ieșire a regulatorului-redresor ar fi mult peste 14,4 Vcc tot timpul, ceea ce ar duce la supraîncărcarea bateriei și ar arunca în aer componentele electrice de pe bicicletă care ar trebui să funcționeze la o tensiune între 12 și 15 Vcc.
Din fericire, există și o parte de regulator în interiorul unui regulator-redresor. Regulatorul se uită la tensiunea de curent continuu de la bornele bateriei și scurtcircuitează la masă o anumită cantitate de energie care este produsă de stator. Aceasta este reglată în mod constant, astfel încât tensiunea de ieșire a regulatorului-redresor (care, în mod ideal, este aceeași cu tensiunea de la bornele bateriei) rămâne tot timpul la 14,4 Vcc.Configurația generatorului cu magneți permanenți nu este foarte eficientă, dar este foarte simplă și destul de fiabilă. Acest lucru explică de ce este cel mai frecvent utilizat sistem de pe motociclete.Una dintre problemele acestor sisteme este scurtcircuitarea excesului de energie în sine. Acest lucru este realizat de regulatorul-redresor, iar această parte trebuie să disipeze puterea pe care o scurtcircuitează la masă, ceea ce înseamnă că se va încălzi foarte tare. Acest lucru se datorează în principal regulatorului și parțial diodei redresoare în sine, care se încălzește doar din cauza curentului care trece prin ea. Componentele interne ale regulatorului-redresor trebuie să fie construite astfel încât căldura să fie transferată eficient de la componentele electronice în sine la carcasa unității, în mare parte echipată cu aripioare de răcire. Aceasta este partea cea mai importantă în proiectarea unui regulator-redresor care să fie utilizat într-o instalație de generator cu magneți permanenți.
Partea de regulator a regulatorului-redresor trebuie să măsoare tensiunea de curent continuu undeva în sistem. La cele mai ieftine unități construite (destul de multe dintre cele OEM), acest lucru nu se face prin măsurarea tensiunii de curent continuu în sistemul de curent continuu, ci prin observarea tensiunii de curent alternativ între o fază statorică și masă, iar uneori excesul de putere este scurtcircuitat la masă de la doar una sau două faze de intrare de curent alternativ în loc de toate cele trei faze care sunt reglementate. Unitățile mai bine construite măsoară tensiunea de ieșire a unității în sine și reglează în mod corespunzător curentul alternativ de intrare prin scurtcircuitarea unei cantități mai mari sau mai mici de energie la masă, o cantitate egală de pe toate cele trei faze.

FIGURA 2: GENERATOR CU MAGNET PERMANENT
Câteva unități folosesc un fir de intrare suplimentar (FIGURA 2) pentru a măsura tensiunea de curent continuu.Acest fir este conectat în mod normal prin intermediul comutatorului de aprindere și nu direct la baterie.Astfel, există tensiune pe acest fir numai dacă aprinderea este pornită. Acest lucru se face pentru a compensa o cădere de tensiune care poate apărea din cauza unei conexiuni defectuoase a cablurilor de la ieșirea regulatorului-rectificator la bornele bateriei. Aceste conductoare transportă un curent ridicat și orice conexiune defectuoasă aici va avea ca rezultat o tensiune mai mică la bornele bateriei.
Conducătorul suplimentar transportă un curent mult mai mic și rezultatul acestei configurații este că tensiunea de ieșire a regulatorului-redresor va fi mai mare, aceeași tensiune continuă ca și căderea de tensiune din conductoarele de curent ridicat plus 14,4 Vcc. Aceasta are avantajul că bateria se va încărca, în ciuda unei conexiuni proaste, dar are dezavantajul că, din această cauză, cablurile de curent înalt se pot arde în cele din urmă, fără ca proprietarul să observe în prealabil că există o problemă în circuit.
Un lucru de reținut este că puterea de ieșire furnizată de înfășurarea statorului este livrată între faze. Masa în sistemul de încărcare este ieșirea negativă de la redresor. Partea de curent alternativ a sistemului trifazat este flotantă față de masă. Acest lucru înseamnă că testarea ieșirii de curent alternativ trebuie să se facă ÎNTRE două dintre cele trei faze, și nu de la o fază la masă.
Sistemul generatorului controlat de câmp
Un alt sistem utilizat pe motociclete este generatorul controlat de câmp. Sistemul în sine funcționează pe principiile unui generator cu magneți permanenți, singura mare diferență este că nu există magneți permanenți, ci există un electromagnet care asigură magnetismul necesar. (Acest magnetism se numește în mod normal “câmp”) Electromagnetul este o singură înfășurare mare pe un miez metalic care se magnetizează de îndată ce prin înfășurare circulă curent continuu, alimentat de baterie. Un generator de mașină folosește practic același sistem.
La majoritatea sistemelor controlate de câmp, acest miez metalic are poli cu gheare și două inele colectoare. Întregul ansamblu se rotește odată cu arborele cotit, cu înfășurarea statorului (la fel ca statorul cu magneți permanenți) în jurul său. Imaginați-vă că priviți partea exterioară a rotorului din lateral. Veți vedea două bucăți de metal presate împreună, cu o înfășurare între ele. Atunci când aplicați tensiunea bateriei peste înfășurări, rotorul se va comporta ca un electromagnet mare, iar partea stângă a rotorului va fi, de exemplu, un pol nord, apoi partea dreaptă va fi un pol sud. În mijloc se pot vedea piesele suprapuse, ceea ce înseamnă că, atunci când rotorul se rotește, va trece mai întâi un pol sud, apoi un pol nord, apoi un pol sud etc. Acesta este câmpul magnetic variabil necesar pentru generarea curentului alternativ în înfășurarea statorului. Ieșirea de curent alternativ trifazat de la înfășurarea statorului este condusă printr-un redresor (în interiorul unității regulator-redresor) pentru a o converti în curent continuu pentru încărcarea bateriei.

FIGURA 3: CÂMPUL DE COMUTAȚIE
Reglarea se face prin partea de reglare a regulatorului-redresor. Acesta detectează tensiunea din sistemul selectric al bicicletei și atunci când tensiunea este mai mică de 14,4 Vcc pornește câmpul (comută o alimentare de 12 Vcc pe arcurile de alunecare) Atunci există un câmp magnetic, deci statorul va produce energie. Când tensiunea din sistemul bicicletei ajunge la peste 14,4 Vcc, regulatorul simte acest lucru și pur și simplu oprește câmpul. atunci tensiunea va scădea pentru că statorul nu mai produce energie (nu mai există un câmp magnetic variabil). Când tensiunea scade sub aproximativ 14,2 V, regulatorul pornește din nou câmpul.
Este un proces constant și rezultatul este o tensiune constantă la bornele bateriei de 14,4 Vcc. Deoarece nu există un exces de energie produsă de stator, acest sistem este foarte eficient. Reversul medaliei este că nu este la fel de simplu și de mic ca un generator cu magnet permanent. Înfășurarea de câmp are în mod normal o parte conectată la partea pozitivă a bateriei prin intermediul comutatorului de aprindere. Astfel, câmpul este alimentat doar atunci când contactul este pus. Reglarea se face prin intermediul părții de reglare a regulatorului-redresor prin activarea sau dezactivarea masei pentru câmp. La unele mașini, configurația este inversă, atunci o parte a câmpului este conectată la masă în permanență, iar cealaltă parte este pornită sau oprită la o alimentare pozitivă (prin comutatorul de aprindere) de către regulator.
Generatorul controlat de câmp fără întreținere
Câteva mașini au o configurație ușor diferită. Atunci statorul se află în interiorul unui capac, precum și înfășurarea de câmp în mijlocul acestuia. Între ele se rotește un pol cu gheare de fier acționat de motor. Polul cu gheare este magnetizat de înfășurarea de câmp, iar sistemul funcționează la fel ca cel controlat de câmp, așa cum s-a explicat mai sus. Diferența constă în faptul că câmpul nu se rotește, deci nu trebuie să fie alimentat prin intermediul inelelor colectoare și a periilor, ceea ce îl face practic lipsit de întreținere. Partea contrară a acestei configurații este distanța de aer suplimentară dintre înfășurarea câmpului și polul cu gheare. În mod normal, între rotor și stator există un spațiu de aer foarte îngust, necesar pentru a permite rotorului să se rotească liber. Acest întrefier trebuie să fie cât mai mic posibil, cu cât mai mic este întrefierul, cu atât mai eficient funcționează generatorul. La acest sistem care nu necesită întreținere există un distanțier de aer în plus, deci acest sistem este mai puțin eficient.
Generatorul controlat de câmp unitar
Ultima variantă a acestui sistem este un generator de tip auto care este înșurubat pe motorul bicicletei ca o singură unitate. Acesta este acționat de motorul însuși și are un redresor încorporat și un regulator încorporat, la fel ca un generator de mașină. singurele conexiuni la acesta sunt cablul pozitiv de ieșire la baterie-plus și un cablu de alimentare de la comutatorul de aprindere la regulatorul din interior, astfel încât regulatorul poate fi pornit și oprit atunci când motorul nu este în funcțiune, și poate detecta tensiunea de pe sistemul electric al bicicletei pe acest cablu. Uneori există un al treilea fir care pleacă de la acesta, care este un fir de masă, către cadru sau către negativul bateriei. Deci, deoarece redresorul și regulatorul sunt încorporate în generatorul însuși, există doar tensiune continuă (14,4 Vcc) care vine de la acest generator.

.