Articles

Technikai cikk: ElectroSport

A motorkerékpár töltőrendszerének alapjai
Szinte minden motorkerékpáron található egy akkumulátor, amelyet a motor indításához szükséges energia biztosítására és egy bizonyos mennyiségű elektromos energia pufferelésére használnak. Magát az akkumulátort a motor által hajtott generátor tölti, és amíg a motor jár, addig áram folyik az akkumulátoron keresztül. A teljesen feltöltött akkumulátor terheletlen feszültsége körülbelül 13 Vdc. A töltéshez a töltőrendszernek körülbelül 14,4 V egyenfeszültséget kell biztosítania, és ennek a feszültségnek állandónak kell lennie minden motorfordulatszámon.
A generátor maga a motorban vagy a motoron található, és a legtöbb motorkerékpáron van egy külön szabályozó-egyenirányító egység valahol a vázon. Ennek oka, hogy szinte minden motorkerékpár háromfázisú AC (váltakozó áramú) generátorral van felszerelve, míg a motorkerékpár elektromos rendszere DC (egyenáramú) rendszer. A szabályozó-egyenirányítóban lévő egyenirányító rész gondoskodik a váltakozó áram átalakításáról az akkumulátornak szükséges egyenárammá. A háromfázisú váltakozó áramú generátort azért használják olyan gyakran, mert sokkal hatékonyabb és megbízhatóbb, mint az egyenáramú generátor. Még üresjárati motor mellett is képes áramot termelni az akkumulátor töltéséhez. A szabályozó-egyenirányító szabályozó része arra szolgál, hogy a kimeneti feszültséget (az akkumulátorhoz) a szükséges 14,4 V egyenfeszültségre szabályozza.
A permanens mágneses generátor rendszer
A kerékpáron lévő generátor azért termeli ezt az elektromos energiát, mert az állórészen (a generátor statikus része) egy rézhuzal tekercselés van, amely egy változó mágneses térben helyezkedik el. A legegyszerűbb generátor egy lendkereket használ, amely a forgattyús tengelyen fut, benne néhány mágnessel. Ezt a lendkereket a beépített mágnesekkel együtt rotornak nevezzük.

1. ÁBRA: ÁLLANDÓ MÁGNES GENERÁTOR
Maguk a mágnesek északi és déli pólusokkal rendelkeznek, és a lendkerék az állórész körül forog. Az állórész egy fémmag, sok fémpólussal, amelyeken rézhuzalból készült tekercsek vannak. Mivel a lendkerék forog, és vannak benne északi és déli pólusok, az állórész tekercsei először egy északi pólusnak, majd egy déli pólusnak, majd ismét egy északi pólusnak stb. vannak kitéve. Ez az a változó mágneses tér, amely ahhoz szükséges, hogy maga a tekercs váltakozó áramot termeljen. Maguk a tekercsek csillagban vannak összekötve (egy tekercsnek két vége van, és a három különböző tekercs három vége össze van kötve), így az állórészből csak három kimeneti vezeték lép ki.
Ezt a generátor-összeállítást állandó mágneses generátornak nevezzük. Ez azért van így, mert a lendkerék olyan mágneseket tartalmaz, amelyek állandóan mágnesesek. Egy adott állórész teljesítménye a motor fordulatszámától függ (minél nagyobb a mágneses mező változásának fordulatszáma, annál nagyobb az állórész teljesítménye), és a mágneses mező erejétől (amely állandó) Alapvetően az állórész egy bizonyos fordulatszámon egy bizonyos teljesítményt állít elő.
A váltakozó áramot a szabályozó-egyenirányító egységen belül egyenirányítón keresztül vezetik. Az egyenirányító a három AC-fázist egyetlen 14,4 Vdc kimenetre, egy földre és egy pozitívra alakítja át. Mivel az állórész a motor fordulatszámának megfelelően termel áramot, az állórész kimenete állandóan túl magas. Ez azt jelentené, hogy a szabályozó-egyenirányító kimeneti feszültsége állandóan jóval 14,4 Vdc felett lenne, ami egy túltöltött akkumulátort és a motor elektromos alkatrészeinek felrobbanását eredményezné, amelyeknek 12 és 15 Vdc közötti feszültséggel kellene működniük.
Szerencsére a szabályozó-egyenirányítón belül is van egy szabályozórész. A szabályozó megnézi az akkumulátor-kapcsokon lévő egyenfeszültséget, és az állórész által termelt teljesítmény egy bizonyos részét rövidre zárja a föld felé. Ezt folyamatosan szabályozza, így a szabályozó-egyenirányító kimeneti feszültsége (amely ideális esetben megegyezik az akkumulátor kapcsain lévő feszültséggel) állandóan 14,4 V egyenfeszültségen marad.Az állandó mágneses generátor-összeállítás nem túl hatékony, de nagyon egyszerű és meglehetősen megbízható. Ez magyarázza, hogy miért ez a motorkerékpárokban leggyakrabban használt rendszer.Az egyik probléma ezekkel a rendszerekkel az, hogy maga a többletteljesítmény rövidre zárul. Ezt a szabályozó-egyenirányító végzi, és ennek az alkatrésznek el kell vezetnie a földre rövidre zárt teljesítményt, ami azt jelenti, hogy nagyon felmelegszik. Ez főként a szabályozónak, részben pedig maguknak az egyenirányító diódáknak köszönhető, amelyek már csak a rajtuk átfolyó áram miatt is felforrósodnak. A szabályozó-egyenirányító belső részeit úgy kell megépíteni, hogy a hő hatékonyan kerüljön át maguktól az elektronikai alkatrészektől az egység házába, amely többnyire hűtőbordákkal van felszerelve. Ez a legfontosabb része egy állandó mágneses generátor-összeállításban használható szabályozó-egyenirányító tervezésének.
A szabályozó-egyenirányító szabályozó részének valahol a rendszerben mérnie kell az egyenfeszültséget. A legolcsóbban gyártott egységeken (elég sok OEM-egységen) ez nem az egyenáramú rendszer egyenfeszültségének mérésével történik, hanem az egyik állórész-fázis és a föld közötti váltakozó feszültséget vizsgálva, és néha a többlet teljesítményt csak egy vagy két bemeneti váltakozó áramú fázisból zárják a földre, nem pedig mindhárom szabályozott fázisból. A jobban megépített egységek mérik magának az egységnek a kimeneti feszültségét, és ennek megfelelően szabályozzák a bemeneti váltakozó áramot azáltal, hogy több vagy kevesebb teljesítményt rövidre zárnak a föld felé, mindhárom fázisból egyenlő mennyiséget.

2. ÁBRAK: ÁLLANDÓ MÁGNES GENERÁTOR
Egyes egységeknél az egyenfeszültség mérésére külön bemeneti vezetéket (2. ÁBRAK) használnak.Ez a vezeték általában a gyújtáskapcsolón keresztül van bekötve, és nem közvetlenül az akkumulátorhoz.Így csak akkor van feszültség ezen a vezetéken, ha a gyújtás be van kapcsolva. Ez azért történik, hogy kiegyenlítse azt a feszültségcsökkenést, amely a szabályozó-egyenirányító kimenetétől az akkumulátor kapcsaihoz vezető vezetékek rossz csatlakozása miatt keletkezhet. Ezek a vezetékek nagy áramot vezetnek, és bármilyen rossz csatlakozás itt alacsonyabb feszültséget eredményez az akkumulátor-kapcsokon.
Az extra vezeték sokkal kisebb áramot vezet, és ennek a beállításnak az az eredménye, hogy a szabályozó-egyenirányító kimeneti feszültsége magasabb lesz, ugyanaz az egyenfeszültség, mint a nagyáramú vezetékek feszültségesése plusz 14,4 Vdc. Ennek előnye, hogy az akkumulátor a rossz csatlakozás ellenére is töltődik, de hátránya, hogy a nagyáramú vezetékek emiatt végül leéghetnek, anélkül, hogy a tulajdonos előzetesen észrevenné, hogy probléma van az áramkörben.
Az egyik dolog, amit szem előtt kell tartani, hogy az állórész-tekercselés által biztosított kimenő teljesítményt a fázisok között adják le. A töltőrendszerben a föld az egyenirányító negatív kimenete. A háromfázisú rendszer váltakozó áramú része lebeg a földtől. Ez azt jelenti, hogy a váltakozó áramú kimenet vizsgálatát a három fázis közül kettő között kell elvégezni, és nem az egyik fázisról a földre.
A mezővezérelt generátorrendszer
A motorkerékpárokban használt másik rendszer a mezővezérelt generátor. Maga a rendszer ugyanazon az elven működik, mint az állandó mágneses generátor, az egyetlen nagy különbség, hogy nincsenek állandó mágnesek, hanem egy elektromágnes biztosítja a szükséges mágnesességet. (Ezt a mágnesességet általában “mezőnek” nevezik.) Az elektromágnes egyetlen nagy tekercs egy fémmagon, amely mágneseződik, amint a tekercsen egyenáram folyik át, amelyet az akkumulátor táplál. Egy autógenerátor alapvetően ugyanezt a rendszert használja.
A legtöbb mezővezérelt rendszernél ez a fémmag karom-pólusokkal és két csúszógyűrűvel rendelkezik. Az egész a forgattyútengellyel együtt forog, az állórész-tekercselés (akárcsak az állandó mágneses állórész) körülötte. Képzeljük el, hogy a rotor külső oldalát nézzük oldalirányban. Két egymáshoz préselt fémdarabot fog látni, amelyek között egy tekercs van. Ha akkumulátorfeszültséget kapcsolunk a csúszókarokon keresztül, a forgórész úgy fog viselkedni, mint egy nagy elektromágnes, és a forgórész bal oldala lesz mondjuk az északi pólus, majd a jobb oldala a déli pólus. Középen látható, hogy a darabok átfedik egymást, ami azt jelenti, hogy amikor a rotor forog, először egy déli pólus halad át, majd egy északi pólus, majd egy déli pólus stb. Ez a szükséges változó mágneses mező a váltakozó áram generálásához az állórész-tekercselésben. Az állórész-tekercselésből származó háromfázisú váltakozó áramot egy egyenirányítón keresztül vezetik (a szabályozó-egyenirányító egységen belül), hogy egyenárammá alakítsák az akkumulátor töltéséhez.

3. ábra: Váltott mező
A szabályozást a szabályozó-egyenirányító szabályozó része végzi. Érzékeli a feszültséget a kerékpár elektromos rendszerében, és amikor a feszültség 14,4 Vdc-nél alacsonyabb, akkor bekapcsolja a mezőt (12Vdc tápfeszültséget kapcsol át a csúszókarokon) Ekkor mágneses mező van, így az állórész áramot fog termelni. Amikor a kerékpár rendszerében a feszültség 14,4 Vdc fölé emelkedik, a szabályozó ezt érzékeli, és egyszerűen kikapcsolja a mezőt. ekkor a feszültség leesik, mert az állórész már nem termel áramot (nincs változó mágneses mező). Amikor a feszültség kb. 14,2 V alá esik, a szabályozó visszakapcsolja a mezőt.
Ez egy állandó folyamat, és ennek eredménye egy állandó 14,4 Vdc feszültség az akkumulátor kapcsain. Mivel az állórész nem termel többlet teljesítményt, ez a rendszer nagyon hatékony. Ellentétje, hogy nem olyan egyszerű és kicsi, mint egy állandó mágneses generátor. A mező tekercselés egyik oldala általában a gyújtáskapcsolón keresztül az akkumulátor-pozitívhoz van csatlakoztatva. Így a mező csak akkor kap áramot, ha a gyújtás be van kapcsolva. A szabályozás a szabályozó-egyenirányító szabályozórészén keresztül történik a mező földelésének be- vagy kikapcsolásával. Egyes gépeken a beállítás fordítva történik, ekkor a mező egyik oldala mindig a földre van kötve, a másik oldalt pedig a szabályozó kapcsolja be vagy ki a pozitív táplálásra (a gyújtáskapcsolón keresztül).
A karbantartásmentes mezővezérelt generátor
Egyes gépeknél a beállítás kissé eltérő. Ekkor az állórész egy burkolaton belül helyezkedik el, valamint a középen lévő mezőtekercselés. Közöttük forog egy vaskarmos pólus, amelyet a motor hajt. A karmos pólust a mezőtekercs mágnesezi, és a rendszer úgy működik, mint a fentebb ismertetett mezővezérlésű. A különbség az, hogy a mező nem forog, így nem kell csúszógyűrűkön és keféken keresztül táplálni, ami gyakorlatilag karbantartásmentessé teszi. Ennek az elrendezésnek az ellenkezője a mezőtekercs és a karmos pólus közötti extra légrés. Normális esetben nagyon szűk légrés van a rotor és az állórész között, ami ahhoz szükséges, hogy a rotor szabadon foroghasson. Ennek a légrésnek a lehető legkisebbnek kell lennie, minél kisebb a légrés, annál hatékonyabban működik a generátor. Ennél a karbantartásmentes rendszernél van egy extra légrés, ezért ez a rendszer kevésbé hatékony.
A Unit Field Controlled Generator
A rendszer utolsó változata egy autó típusú generátor, amely egyetlen egységként van a kerékpár motorjára csavarozva. Ezt maga a motor hajtja, és egy beépített egyenirányítóval, valamint egy beépített szabályozóval rendelkezik, akárcsak egy autós generátor. az egyetlen csatlakozások hozzá a pozitív kimeneti vezeték az akkumulátor-pluszhoz és egy tápvezeték a gyújtáskapcsolótól a benne lévő szabályozóhoz, így a szabályozó be- és kikapcsolható, amikor a motor nem jár, és ezen a vezetéken érzékeli a kerékpár elektromos rendszerének feszültségét. Néha egy harmadik vezeték is származik belőle, amely egy földkábel, és a vázhoz vagy az akkumulátor negatívjához vezet. Mivel tehát az egyenirányító és a szabályozó magába a generátorba van beépítve, ezért ebből a generátorból csak egyenfeszültség (14,4 Vdc) jön.