Ventaja de usar generadores de CA en automóviles en lugar de generadores de CC

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La mayoría de los automóviles usan un generador de CA y luego convierten su voltaje en CC a través de un puente rectificador de diodos para cargar la batería de 12 voltios.

¿Por qué no se usaría una dinamo DC en su lugar?

¿Se debe a que la dinamo de CA brinda una mayor eficiencia?

(Incluso la bicicleta y la energía eólica usan dínamo / turbina de CA).

ac generator

— MAK
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Estas son dos preguntas diferentes: 1. "¿Cuál es la ventaja de los generadores de CA en los automóviles" y 2. "¿Hay una ventaja de eficiencia?" Como 1. es la pregunta más general, reestructuré su pregunta.

— Marcus Müller

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Porque si el cepillo conmutador. La dinamo de CA no tiene escobillas, mientras que todavía tiene los anillos colectores para suministrar la corriente de excitación del rotor. Los anillos colectores son uniformes, no tienen segmentos.

— Marko Buršič

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El puente "diodo" en su automóvil puede no tener diodos en absoluto. Puede reemplazar todos los diodos schottky con pies de baja pérdida y un controlador de baja potencia

— Steve Cox

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No, no es por razones de eficiencia.

Los generadores de CC suelen tener conmutadores, es decir, contactos con escobillas que invierten la polaridad del voltaje en las pinzas del generador cada media rotación. En esencia, los generadores de CC son solo generadores de CA que tienen un rectificador "mecánico".

Puede construir generadores sin ningún contacto eléctrico entre las partes móviles, pero no puede construir conmutadores sin ellos.

Dado que es muy probable que tales contactos fallen con el uso constante, en entornos sucios y vibrantes, es muy deseable no usarlos en automóviles. También iría tan lejos como para decir que, a menos que construyas uno muy caro, la resistencia de contacto podría ser mayor que la que pierdes con un puente rectificador.

— Marcus Müller
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Solo para reforzar el punto de eficiencia, los alternadores toman algo como 30-40W para generar el campo magnético (según el trabajo de Hugh Piggott en turbinas eólicas pequeñas) para que un generador de CA de imán permanente (motor PMSM o BLDC) sea más eficiente. Pero la pérdida de 30-40W se considera actualmente aceptable cuando se maneja desde un motor de 30-40kw (o más). Y los imanes permanentes cuestan dinero ...

— Brian Drummond

Bueno, se pueden construir conmutadores con baja resistencia de contacto, uno se usa en el motor de arranque, una máquina que debe manejar una corriente de rotor muy alta para producir suficiente par para girar un motor de combustión interna frío contra la oposición del aceite espeso, frío -reducciones reducidas y, con motores diesel, alta compresión. Las altas pérdidas de conmutador te dejarían varado :(

— Martin James

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Eso es cierto @ MartinJames, pero la mayoría de los motores de arranque funcionan solo unos segundos al día. Incluso entonces, se reemplazan casi si no con más frecuencia que los alternadores.

— Trevor_G

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@Trevor sí, el bajo ciclo de trabajo significa aún más economías en la construcción. Dado que la mayoría de los motores (con sus inyectores computarizados, encendido, etc.) arrancan por primera vez en estos días, sospecho que los arrancadores ahora tienen más pérdidas y es probable que fallen que en décadas anteriores :(

— Martin James

De hecho, se pueden usar imanes permanentes para activar un devanado excitador que luego puede alimentar el campo generador.

— Harper - Restablece a Monica

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El alternador TIENE que generar MUCHOS amperios en un rango muy amplio de velocidades de rotación. Además, la carga eléctrica puede y cambiará drásticamente de un momento a otro.

Una dinamo de imán fijo requeriría un sistema de regulación de voltaje extremadamente robusto para generar los voltajes y demandas requeridos.

Una solución mucho más simple y, en mi opinión, más elegante es el humilde alternador.

A pesar de lo que la gente piensa, los automóviles NO tienen un regulador de voltaje. En realidad tienen un "regulador de campo".

El alternador tiene una bobina de rotor giratorio que genera la parte MAGNET. Esta bobina se compone de muchas vueltas de cable relativamente delgado. Alrededor de ese rotor está el estator que contiene las bobinas de generación que están hechas de MUCHO cables más pesados capaces de transportar los AMPS que necesita para operar su automóvil.

Para mantener un voltaje máximo constante en la salida del alternador, el regulador de campo regula la cantidad de electromagnetismo generado por la bobina del rotor. Como esa bobina tiene una alta resistencia, no utiliza mucha corriente para excitarla. De hecho, cuando el motor no arranca, la batería lo excita a través de la luz de carga.

La belleza de esto es que si no está utilizando ninguna potencia, el alternador produce muy poca carga en el motor. Cuando necesita energía, está disponible casi al instante.

Las piezas son simples, baratas, confiables y eficientes.

Por cierto: el alternador es un poco inapropiado. El alternador de su automóvil produce CC, no CA, todo con una ondulación significativa. Todo lo anterior está contenido en la mayoría de los alternadores. Generador habría sido un mejor nombre.

Entonces, ¿por qué no puedes hacer algo similar con una dinamo? Es decir, reemplazar los imanes permanentes con electroimanes. Bueno, la verdad es que podrías. Sin embargo, debe darse cuenta de que una dinamo es simplemente un alternador con un rectificador mecánico. Una dinamo requiere un anillo de conmutación y cepillos para conectar y desconectar las bobinas en el momento apropiado del ciclo de voltaje.

Eso agrega mucho más gasto que unos pocos diodos, tiene problemas de desgaste y confiabilidad, y es MUY ruidoso eléctricamente. Además, mientras se conmuta, hay pérdidas involucradas cuando las bobinas se acortan temporalmente por el cepillo o se dejan en bucle abierto y no le dan ninguna potencia.

Entonces, si estuvieras diseñando una bestia así, pensarías, hmmm ... ¿Cómo puedo deshacerme de este rectificador mecánico ... OOO ... Vamos a usar estas nuevas cosas llamadas diodos ... antes de que te des cuenta ... estás de vuelta a lo que ahora llamamos el alternador.

Probablemente así fue como se inventó la cosa en primer lugar.

— Trevor_G
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Tiene mi +1 para la inclusión del regulador de campo, una de las mejores razones para no usar imanes permanentes en un generador.

— Kaithar

solo para asegurarse de que esto se entiende correctamente: la frase "... el electromagnetismo generado por la bobina del estator está regulado ..." debería haber sido " bobina del rotor " - y el componente etiquetado como "regulador de voltaje" en el esquema está en hecho el regulador de campo?

— dlatikay

@Kaithar bien, si vas a usar imanes permanentes, entonces necesitas hacer algo más sofisticado en el control de salida, por ejemplo, MPPT con volcado sería suficiente.

— Harper - Restablece a Monica

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Otro punto es que los alternadores con una armadura fija y un campo en el rotor se regulan más fácil y económicamente. Solo la alimentación de campo de CC debe alimentarse al rotor, por lo que se reduce la clasificación de los anillos colectores en comparación con un conmutador de máquina de CC. Dado que las baterías de plomo-ácido utilizadas en los automóviles tienen una resistencia interna muy baja y un rango de PD de trabajo tan estrecho, cualquier sistema de carga impulsado por un motor de combustión interna del vehículo (con su amplio rango de rpm) requiere control / regulación. Una 'dinamo' de CC con un estator PM requeriría el control de la salida completa de la máquina. Un alternador puede regularse controlando la corriente de campo al rotor con un regulador electrónico de potencia relativamente baja, la salida de la armadura del estator se conecta directamente a un bloque rectificador y batería sin contacto móvil.

— Martin James
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Antes de la invención de los diodos de potencia de silicio, los alternadores de automóviles eran máquinas de CC, con el campo controlado por el devanado del estator y un pequeño regulador mecánico. +1 de todos modos.

— Janka

@ Janka sí. Un sistema garantizado que lo dejará atascado con una batería plana o hervida. El escolta Mk1 de mi esposa tenía un artilugio: lo reemplazamos con un alternador lo antes posible :)

— Martin James

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Los alternadores tienen un rotor que puede girar con mucha más velocidad sin romperse debido a las fuerzas centrífugas. Por lo tanto, puede generar suficiente voltaje incluso a las velocidades de ralentí más bajas, con la relación de transmisión adecuada de la correa. Esta podría ser la razón principal para usarlos en automóviles.

— Marco Borba
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