دینام خودرو چیست و چگونه کار می‌کند؟

آشنایی با دینام خودرو و نحوه عملکرد آن

دینام خودرو جزء ضروری سیستم الکتریکی هر وسیله نقلیه با موتور احتراقی است. دینام، چه کاری انجام می دهد و چگونه کار می کند. در این مقاله به بررسی دینام خودرو خواهیم پرداخت.

دینام خودرو چیست؟

در تصویر زیر، دینام را مشاهده می کنید. دینام در قسمت موتور ماشین قرار دارد.

محور دینام از طریق تسمه و قرقره به موتور متصل می شود. هنگامی که موتور در حال کار است، شفت دینام مجبور به چرخش می شود، این چرخش برق تولید می کند.

دینام نوعی برق تولید می کند که به عنوان جریان متناوب AC شناخته می شود و به همین دلیل به آن دینام می گویند. با الکتریسیته AC، جریان الکترون ها به طور مداوم به جلو و عقب جریان می یابد. این همان نوع برقی است که در پریزهای برق خانه خود خواهید یافت، اما ولتاژ خانه های شما بسیار بالاتر است.

با این حال، تمام اجزای الکتریکی داخل خودرو از نوع دیگری از الکتریسیته به نام DC یا جریان مستقیم استفاده می کنند. با این نوع الکتریسیته، الکترون ها فقط در یک جهت جریان دارند، این همان برقی است که از باتری دریافت می کنید.

بنابراین دینام جریان متناوب را از طریق یکسوساز به جریان مستقیم تبدیل می کند. ولتاژ خروجی دینام با سرعت خودرو متفاوت است، بنابراین دینام برای محدود کردن این ولتاژ، و حفظ خروجی تقریباً ثابت، از یک تنظیم کننده استفاده می کند.

چرا از دینام استفاده می شود

هر وسیله نقلیه مدرنی برای کار کردن به برق نیاز دارد، این برق برای تامین انرژی وسایلی مانند چراغ ها، سیستم موسیقی، شیشه های برقی، برف پاک کن های پنجره و غیره استفاده می شود.

موتور سوخت را می سوزاند و این عمل برای چرخاندن میل لنگ و به حرکت درآوردن وسیله نقلیه به سمت جلو استفاده می شود. موتور خودرو فقط نیروی مکانیکی می دهد، و الکتریسیته تولید نمی کند. بنابراین، ما به راهی نیاز داریم تا تمام وسایل الکتریکی داخل وسیله نقلیه را تغذیه کنیم و اینجاست که دینام وارد عمل می شود.

در محفظه موتور همچنین یک باتری 12 ولتی سرب اسید خودرو وجود دارد که انرژی را به صورت انرژی شیمیایی ذخیره می کند (الکتریسیته را ذخیره نمی کند.(

هنگامی که موتور خاموش است، باتری قطعات الکتریکی خودرو را تامین می کند. اگرچه این کار باعث تخلیه باتری می شود.

هنگامی که ماشین روشن می شود، باتری مقدار زیادی جریان به استارتر می دهد که چرخ فلایویل را می چرخاند و موتور را روشن می کند. باتری در طول راه اندازی، مجدداً تا حدی تخلیه می شود زیرا جریان زیادی برای چرخاندن موتور لازم است.

هنگامی که موتور روشن می شود، دینام برای شارژ مجدد باتری استفاده می شود تا انرژی ذخیره شده کافی برای راه اندازی مجدد موتور در آینده داشته باشد. دینام همچنین دستگاه های الکتریکی خودرو را در حالی که موتور در حال کار است تغذیه می کند.

اگر باتری برای مدت زیادی خالی بماند، نمی‌تواند جریان زیادی که برای راه‌اندازی موتور لازم است را تامین کند و ماشین باید باتری به باتری شود.

قطعات اصلی

بیایید نگاهی به قسمت های اصلی دینام بیاندازیم. در قسمت جلویی دینام، ما Pulley (غلتک یا قرقره) را پیدا می کنیم. این غلتک دارای شیارهایی است که به نگه داشتن تسمه، که نیروی چرخشی موتور را تامین می کند، کمک می کند.

Pulley به شفت متصل است که در تمام طول دینام می گذرد.

اجزای داخلی در داخل محفظه اصلی نگهداری می شوند. محفظه از 2 قسمت براکت جلو و عقب تشکیل شده است. تعدادی شکاف در بدنه تعبیه شده است تا هوا از آن عبور کند و گرمای ناخواسته تولید شده را از بین ببرد.

در پشت دستگاه، ما اتصالات الکتریکی داریم. طرح‌های مختلفی وجود دارد، اما این نمونه‌ای از طراحی ساده 3 ترمینال است این نمونه دارای یک رگولاتور و یکسو کننده داخلی است که دارای پایانه‌های زیر است:

ترمینال B.خروجی است که باتری را شارژ می کند.

ترمینال S. به رگولاتور اجازه می دهد تا ولتاژ را حس کند.

ترمینال F. به احتراق متصل است و قدرت اولیه الکترو مغناطیس را در هنگام راه اندازی فراهم می کند.

برای تکمیل مدار، الکتریسیته از طریق قاب خودرو به پایانه منفی باتری منتقل شده و یا از آن باز می گردد.

از آنجایی که این واحد دارای یک رگولاتور و یکسو کننده داخلی است، ما این قطعات را در قسمت پشتی واحد، معمولاً زیر یک پوشش محافظ، می‌یابیم. به زودی آنها را با جزئیات بیشتری خواهیم دید.

با برداشتن محفظه می توانیم داخل واحد را ببینیم. اولین چیزی که می بینیم استاتور است. استاتور ثابت است و نمی چرخد.

استاتور شامل تعدادی ورقه چند لایه است که دارای شیارهایی در اطراف لبه داخلی هستند.

سپس 3 مجموعه مجزا از سیم های مسی پیدا می کنیم که بین این شکاف ها به ترتیب خاصی پیچیده شده اند. یک سر هر سیم پیچ به یکدیگر متصل می شود تا یک نقطه خنثی را تشکیل دهد، این یک پیکربندی ستاره ای است.

هر مجموعه کویل (سیم پیچ) یک فاز برق AC تولید می کند که در مجموع 3 فاز را ارائه می دهد. سر دیگر هر سیم پیچ از کیس عبور کرده و به یکسو کننده متصل می شود.

دینام، جریان متناوب AC تولید می کند اما باتری و دستگاه های الکتریکی خودرو به DC نیاز دارند. بنابراین یکسو کننده قرار است جریان AC را به برق DC تبدیل کند.

در مرکز دینام سیم پیچ دیگری پیدا می کنیم که به دور یک هسته آهنی پیچیده شده و به شفت متصل است. شفت همچنین دارای دو حلقه است. حلقه های لغزنده به انتهای مخالف سیم پیچ متصل می شوند. در داخل محفظه عقب تعدادی برس پیدا می کنیم. اینها برخی بلوک های کربنی فنری هستند که به بیرون رانده می شوند تا روی حلقه های لغزنده ساییده شوند تا اتصال الکتریکی ایجاد شود. باتری ماشین در ابتدا از طریق برس ها برق سیم پیچ را تامین می کند. همانطور که الکتریسیته از سیم پیچ عبور می کند، میدان الکترومغناطیسی ایجاد می کند.

برای تقویت این میدان الکترومغناطیسی، دو پنجه آهنی در دو انتهای سیم پیچ قرار می گیرند که با یکدیگر قفل می شوند. یک سر به قطب شمال تبدیل می شود و سر دیگر به قطب جنوب تبدیل می شود.

همانطور که آهنربای الکتریکی به شفت روتور متصل است، هنگامی که موتور شفت را می چرخاند، آهنربای الکتریکی را نیز از کنار سیم پیچ های استاتور می چرخاند. این باعث می شود سیم پیچ های استاتور جریان داشته باشد و در نتیجه الکتریسیته تولید شود.

هنگامی که دینام برق تولید می کند، دینام می تواند از طریق یک دیود سه گانه که الکتریسیته AC  3 فاز را به DC تبدیل می کند، آهنربای الکتریکی را به تنهایی تغذیه کند.

ولتاژ و جریان تولید شده توسط دینام با سرعت خودرو تغییر می کند، هر چه خودرو سریعتر حرکت کند میل لنگ سریعتر می چرخد ​​و بنابراین دینام سریعتر می چرخد ​​که ولتاژ و جریان را افزایش می دهد. برای کنترل این امر از قطعه دیگری به نام رگولاتور استفاده می شود که در پشت دستگاه نصب شده است.

رگلاتور یک برد مدار مجتمع است که خروجی دینام را کنترل می کند و جریان عبوری از آهنربای الکتریکی را برای کنترل قدرت آن تغییر می دهد. از قدرت آهنربای الکتریکی می توان برای تغییر خروجی دینام استفاده کرد.

نحوه تولید برق در دینام

الکتریسیته، جریان الکترون ها در یک سیم است. سیم مسی از میلیون ها و میلیون ها اتم مس ساخته شده است. هر اتم یک الکترون آزاد دارد که می تواند آزادانه بین اتم های دیگر حرکت کند. این اکترون به خودی خود به سمت اتم های دیگر حرکت می کند، اما این حرکت به طور تصادفی در همه جهات رخ می دهد که برای ما فایده ای ندارد.

ما به تعداد زیادی الکترون برای جریان در یک جهت نیاز داریم و این کار را با اعمال اختلاف ولتاژ در دو سر سیم انجام می دهیم. این امر الکترون ها را مجبور به جریان می کند. اگر باتری را معکوس کنیم، الکترون ها در جهت مخالف جریان می یابند.

هنگامی که الکتریسیته از سیم عبور می کند، میدان الکترومغناطیسی در اطراف سیم ایجاد می شود. اگر چند قطب نما را دور سیم قرار دهیم و جریانی را از آن عبور دهیم، قطب نماها با میدان مغناطیسی هماهنگ می شوند. اگر جهت جریان را معکوس کنیم، میدان مغناطیسی معکوس می شود و قطب نماها تغییر جهت می دهند.

اگر سیم در یک سیم پیچ پیچیده شود، میدان مغناطیسی قوی تر می شود. هر مقطع سیم همچنان یک میدان الکترومغناطیسی تولید می کند، اما آنها با هم ترکیب می شوند و میدان مغناطیسی بزرگتر، قوی تر و قوی تر را تشکیل می دهند. الکترومغناطیس یک قطب شمال و جنوب تولید می کند، درست مانند یک آهنربای دائمی، و ما می توانیم آن را با استفاده مجدد از چند قطب نما مشاهده کنیم. اگر جریان سیم پیچ را افزایش دهیم، میدان الکترومغناطیسی افزایش می یابد.

ما هم می توانیم برعکس عمل کنیم. اگر آهنربا را از یک سیم پیچ عبور دهیم، جریانی در سیم پیچ ایجاد می شود. شماره‌گیر روی آمپرمتر جریانی را نشان می‌دهد که در جهت جلو می‌رود، بنابراین جریان DC یا مستقیم تولید می‌کند. هنگامی که آهنربا از حرکت باز می ایستد، صفحه کلید به صفر برمی گردد. هنگامی که آهنربا در جهت مخالف حرکت می کند، جریان برعکس جریان می یابد و صفحه نشانگر جریان معکوس است.

اگر آهنربا را مکرراً به داخل و خارج حرکت دهیم، جریان به طور متناوب بین جلو و عقب جریان می یابد. AC یا جریان متناوب به این صورت تولید می شود. جریان در جهت متناوب است.

اگر آهنربا را سریعتر حرکت دهیم، جریان قوی تری تولید می شود.

اگر از آهنربای قوی تری استفاده کنیم، جریان نیز افزایش می یابد.

اگر از یک سیم پیچ بزرگتر با چرخش بیشتر استفاده کنیم، جریان بزرگتری نیز تولید می شود.

به جای استفاده از آهنربای دائمی، می‌توانیم از آهنربای الکتریکی استفاده کنیم. همانطور که ما آهنربا را به داخل و خارج حرکت دهیم، یک جریان AC نیز در سیم پیچ ایجاد می کند. اما با آهنربای الکتریکی می‌توانیم جریان و ولتاژ را برای تغییر قدرت میدان مغناطیسی تنظیم کنیم، این به ما امکان می‌دهد میزان جریان تولید شده در سیم‌پیچ را کنترل کنیم.

به جای حرکت آهنربا به داخل و خارج از یک سیم پیچ، می توانیم با چرخاندن آهنربا و قرار دادن سیم پیچ ها در اطراف آن، جریان را بسیار آسان تر تولید کنیم. قوی ترین قسمت میدان مغناطیسی در انتهایی است که خطوط میدان مغناطیسی همگرا می شوند. با پاشیدن براده های آهن روی آهنربا می توانید خطوط میدان مغناطیسی را ببینید.

با قرار دادن آهنربا بین دو سیم پیچ، جریانی تولید نمی شود، اما با شروع چرخش آهنربا، قوی ترین قسمت میدان مغناطیسی به سیم پیچ نزدیک و نزدیکتر می شود. سیم پیچ تغییر شدت میدان مغناطیسی را تجربه می کند، این باعث می شود الکترون های بیشتری به سمت جلو رانده شوند تا به حداکثر شدت آن برسد. سپس آهنربا شروع به دور شدن از سیم پیچ می کند، بنابراین میدان مغناطیسی شروع به کاهش می کند و همینطور جریان الکترون ها تا زمانی که دوباره به صفر برسد کاهش می یابد. اکنون انتهای مخالف آهنربا شروع به نزدیک‌تر شدن به سیم‌پیچ می‌کند و الکترون‌ها را در جهت مخالف می‌کشد، دوباره به نقطه حداکثر و سپس به صفر کاهش می‌یابد. بنابراین، اگر این جریان را روی نمودار رسم کنیم، یک موج سینوسی با جریان در نواحی مثبت و سپس منفی دریافت می کنیم. این راه‌اندازی به ما یک منبع AC تک فاز می‌دهد.

اما، ما این همه فضای خالی بین سیم پیچ ها را داریم که کمی هدر می رود. خب، با این فضا چه کنیم؟ خوب، ما می‌توانیم کویل‌های (سیم پیچ) بیشتری اضافه کنیم و فازهای بیشتری ایجاد کنیم تا توان بیشتری را ارائه کنیم.

اگر سیم پیچ دیگری را با چرخش 120 درجه ای از فاز اول قرار دهیم، فاز دوم را به ما می دهد. چرا؟ از آنجا که سیم پیچ در یک زاویه متفاوت است، بنابراین تغییر در شدت میدان مغناطیسی را در زمان متفاوتی تجربه خواهد کرد. بنابراین جریان در زمان متفاوتی به جلو و عقب جریان می یابد. این به ما موج سینوسی دیگری می دهد که در زمان دیگری رخ می دهد.

ما هنوز در اینجا فضای خالی داریم، بنابراین می توانیم مجموعه دیگری از سیم پیچ ها را در 120 درجه نسبت به قبلی اضافه کنیم تا فاز سوم ایجاد شود.

اگر فقط از یک فاز استفاده کنیم، برای هر چرخش آهنربا، نیمی از زمان جریان به جلو و نیمی از زمان جریان به سمت عقب می‌چرخد. اما با سه فاز، ما همیشه یک فاز داریم که به سمت جلو جریان دارد و همیشه یک فاز داریم که به سمت عقب جریان دارد. این بدان معناست که ما می توانیم از این برای ارائه قدرت بیشتر استفاده کنیم.

به جای داشتن 3 سیم پیچ مجزا و 6 سیم، چون فازها همیشه بین جلو و عقب سوئیچ می کنند، می توانیم انتهای سیم پیچ ها را به هم وصل کنیم. سپس جریان آزادانه بین هر سیم پیچ با تغییر جهت جریان می یابد.

در حال حاضر، ما در حال تولید برق 3 فاز AC هستیم. اما، تمام مدارهای الکتریکی و اجزای داخل خودرو از جریان DC یا مستقیم استفاده می کنند. بنابراین، ما باید AC را به DC تبدیل کنیم و برای آن از یکسو کننده استفاده می کنیم.

این در اصل فقط 6 دیود است که به صورت جفت به هم وصل شده و به صورت موازی با سیم متصل می شوند. دیودها فقط به جریان در یک جهت اجازه می دهند و جریان را در جهت معکوس مسدود می کنند. بنابراین، با یک منبع تغذیه تک فاز، برای هر چرخش آهنربا، جریان فقط برای نیمی از چرخش جریان می یابد، نیمی دیگر کاملا مسدود می شود.

اگر هر 3 فاز را به طور جداگانه به یک دیود وصل کنیم، جریان در زمان های مختلف جریان می یابد یا مسدود می شود. بنابراین، ما می‌توانیم فازها را در یک بلوک از دیودها ترکیب کنیم و تنها فازی که نزدیک‌ترین فاز به حداکثر آن است اجازه عبور از آن را دارد. یک خروجی  DC کمی ناهموار به ما می دهد. برای هموار کردن این موضوع، می‌توانیم خازنی را وصل کنیم که اساساً الکترون‌ها را جذب می‌کند و سپس به طور خودکار الکترون‌ها را بیرون می‌کشد تا خروجی ثابتی داشته باشد و به ما یک منبع DC ثابت می دهد.

خوب، بنابراین ما اکنون یک خروجی DC داریم. اما، اگر آهنربا به موتور وصل شود و سرعت خودرو افزایش یابد، آهنربا سریعتر می چرخد ​​و این باعث افزایش ولتاژ و جریان خروجی می شود. ما این را نمی‌خواهیم، ​​زیرا تمام اجزای الکترونیکی ما را در ماشین از بین می‌برد. بنابراین، ما به روشی برای تنظیم ولتاژ نیاز داریم.

اگر به خاطر داشته باشید دیدیم که با استفاده از آهنربای الکتریکی می توانیم با تغییر ولتاژ، قدرت میدان الکترومغناطیسی را کم یا زیاد کنیم. و با تغییر قدرت آهنربا می توانیم ولتاژ و جریان تولید شده در سیم پیچ را تغییر دهیم.

به همین دلیل دینام از آهنربای الکتریکی استفاده می کند تا بتواند خروجی را کنترل کند. باتری ماشین برق آهنربای الکتریکی را تامین می کند. اگرچه اکثر دینام های مدرن از یک دیود سه گانه استفاده می کنند که جریان متناوب دینام را به جریان مستقیم تبدیل می کند و هنگامی که دینام برق تولید می کند، آهنربای الکتریکی را از طریق یک تنظیم کننده ولتاژ تغذیه می کند.

در منبع تغذیه الکترومغناطیس، در داخل رگولاتور، قطعه ای به نام ترانزیستور را پیدا می کنیم. سنسور ولتاژ نیز به رگولاتور متصل است.

ترانزیستور نوعی کلید الکترونیکی است که می تواند هزاران بار در ثانیه توسط یک کنترلر روشن و خاموش شود. این می تواند برای کنترل مقدار جریان استفاده شود.

اگر تصور کنیم جریان عبوری سیم پیچ، از باتری، برای یک دوره زمانی معین در حداکثر سطح خود باشد، آنگاه 100٪ جریان دریافت می کنیم و آهنربای الکتریکی در قدرت 100٪ است. اما، اگر اکنون از کلید استفاده کنیم تا الکتریسیته فقط برای نیمی از زمان جریان داشته باشد، 50٪ جریان را دریافت می کنیم و بنابراین آهنربای الکتریکی تنها 50٪ از قدرت آن است.

بنابراین با اندازه گیری خروجی دینام و سپس تغییر زمان باز و بسته شدن سوئیچ ترانزیستور، می توانیم جریان عبوری از سیم پیچ و قدرت آهنربای الکتریکی را کنترل کنیم. این مقدار، برق تولید شده توسط دینام را برای حفظ خروجی ثابت کنترل می کند.

:منبع

www.theengineeringmindset.com