Know How Ηλεκτρικό Σύστημα Part V

Εγένετο ηλεκτρική ενέργεια

Δουλειά του δυναμό είναι να παρέχει στο ηλεκτρικό σύστημα του αυτοκινήτου ικανή παροχή-ένταση ηλεκτρικού ρεύματος υπό όλες τις συνθήκες λειτουργίας, έτσι ώστε να διασφαλίζει ότι ο βαθμός φόρτισης της απόθηκης ενέργειας -της μπαταρίας- διατηρείται πάντα σε ανεκτό επίπεδο. Σκοπός είναι να επιτευχθεί ισορροπημένη φόρτιση, δηλαδή τα χαρακτηριστικά απόδοσης και ταχύτητας-συχνότητας απόκρισης του δυναμό να επιλεγούν έτσι ώστε το ρεύμα που παράγεται υπό δεδομένες συνθήκες λειτουργίας να είναι τουλάχιστον ίσο με την κατανάλωση όλων των ηλεκτρικών φορτίων εκείνη τη στιγμή.

Το δυναμό παράγει εναλλασσόμενο ρεύμα (για την ώρα θα χρησιμοποιήσουμε αυτό τον όρο, ωστόσο τυπικά στην ονοματολογία δεν είναι «δυναμό». Αλλά αυτό θα ξεκαθαρίσουμε λίγο αργότερα). Το ηλεκτρικό σύστημα του αυτοκινήτου, από την άλλη, απαιτεί συνεχές ρεύμα για να φορτίσει την μπαταρία και να λειτουργήσει όλος ο ηλεκτρικός εξοπλισμός. Με άλλα λόγια, πρέπει τελικά το κύκλωμα να τροφοδοτηθεί με συνεχές ρεύμα. Μια διάταξη ανορθωτή ενσωματωμένη στο δυναμό, την οποία θα δούμε αναλυτικότερα αργότερα, μετατρέπει το τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα σε σταθερό. Οι βασικές απαιτήσεις που έχουμε από το δυναμό είναι οι εξής:

-        Διατήρηση παροχής συνεχούς ρεύματος σε όλα τα φορτία-καταναλωτές του ηλεκτρικού συστήματος.

-        Επιπρόσθετες «εφεδρίες» φόρτισης για την επαναφόρτιση της μπαταρίας, ακόμα και υπό σταθερό φορτίο από τα ηλεκτρικά φορτία σε συνεχή λειτουργία.

-        Διατήρηση σταθερού βολτάζ στην έξοδό του, υπό όλο το φάσμα ταχύτητας περιστροφής και φορτίου του κινητήρα.

-        Στιβαρή κατασκευή και σχεδιασμός που επιτρέπουν την αντοχή σε εξωτερικά μηχανικά φορτία, κραδασμούς, υψηλές θερμοκρασίες, θερμοκρασιακές μεταβολές, σκόνη, υγρασία κτλ.

-        Ελάχιστο βάρος, ελάχιστος όγκος και ταυτόχρονα μέγιστη διάρκεια ζωής.

-        Χαμηλός θόρυβος λειτουργίας.

-        Υψηλός βαθμός απόδοσης.

 

Σχεδιάζοντας ένα δυναμό

Ταχύτητα περιστροφής: Ο εν λειτουργία βαθμός απόδοσης του δυναμό (τα αντίστοιχα «κιλά ανά ίππο» εκφρασμένα ως λόγος παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας προς τη μάζα του)αυξάνεται ως συνάρτηση της ταχύτητας περιστροφής του. Αυτός ο παράγοντας και μόνο θα καθόριζε τη μέγιστη σχέση μετατροπής της ενέργειας μεταξύ του στροφάλου και του δυναμό, όμως διάφοροι παράγοντες πρέπει επίσης να ληφθούν σε κάθε περίπτωση υπ' όψιν: οι φυγοκεντρικές δυνάμεις στις υψηλές στροφές περιστροφής του κινητήρα, ο παραγόμενος θόρυβος από το δυναμό και η διάταξη ψύξης του, η πτώση βαθμού απόδοσης στις υψηλές ταχύτητες περιστροφής, η επίδραση των υψηλών ταχυτήτων περιστροφής στη διάρκεια ζωής εξαρτημάτων που φθείρονται (ρουλεμάν, δακτυλίδια συλλέκτη, ψύχτρες κτλ.) και σε επίπεδο αλληλεπίδρασης με τον στρόφαλο, η ροπή αδρανείας του δυναμό σε σχέση με τον στρόφαλο και οι συνεπακόλουθες εξαιτίας αυτού τάσεις στο λουρί κίνησής του.

Τυπικές σχέσεις μετάδοσης μεταξύ των δύο για Ι.Χ. οχήματα είναι από 1:2 μέχρι 1:3, ενώ σε επαγγελματικά οχήματα μπορούμε να δούμε μέχρι και 1:5. Βέβαια, μην ξεχνάμε και το άλλο άκρο, όταν αναγκάζεται το δυναμό να... σέρνεται ακολουθώντας αναγκαστικά το στρόφαλο: σε συνθήκες ακραίας κίνησης, το δυναμό μπορεί για πάνω από τα δύο τρίτα του χρόνου να λειτουργεί με τον κινητήρα στο ρελαντί, δηλαδή με ρυθμό περιστροφής που δίνει το χαμηλότερο βαθμό απόδοσης.

Θερμοκρασίες: οι απώλειες που συνοδεύουν κάθε ενεργειακή μετατροπή οποιασδήποτε διάταξης, αυξάνουν μοιραία τις θερμοκρασίες, αφού έχουμε παρασιτική παραγωγή και θερμικής ενέργειας. Οι υψηλές θερμοκρασίες στο δυναμό είναι και αποτέλεσμα λήψης θερμότητας μέσω ακτινοβολίας από τα υπόλοιπα μέρη του κινητήρα εσωτερικής καύσης και τα περιφερειακά του, όπως η εξάτμιση και το turbo: το ποσό μεταδιδόμενης θερμότητας με αυτό τον τρόπο εξαρτάται φυσικά από τη σχετική διάταξη και χωροταξία κάθε ξεχωριστού μηχανοστασίου, αλλά σε κάθε περίπτωση μεγιστοποιείται όταν ο κινητήρας είναι σε υψηλές στροφές και με πλήρες φορτίο. Επίσης, μην ξεχνάμε πως η όποια ροή αέρα με σκοπό την ψύξη του, τραβιέται από το δυναμό κατά βάση από το εσωτερικό του μηχανοστασίου που δεν είναι και... Γροιλανδία. Εδώ έχουμε «αντιμαχόμενες δυνάμεις» τα τελευταία χρόνια από τους κατασκευαστές, αφού από τη μια θέλουν να «ενσωματώνουν» το δυναμό όσο πιο σφιχταγκαλιαστά γίνεται με τα τοιχώματα του μηχανοστασίου για λόγους θορύβου, αλλά από την άλλη αυτό, από πλευράς θερμοκρασιών, επιβάλλεται η ειδική πρόβλεψη για ψύξη του δυναμό, π.χ. μέσω οδήγησης συγκεκριμένου μέρους της εξωτερικής εισερχόμενης ροής φρέσκου αέρα προς αυτό. Σε πολύ extreme ειδικές εφαρμογές, όπως βαρέα οχήματα με τρομερά στριμόκωλα μηχανοστάσια, επιστρατεύεται και το «βαρύ πυροβολικό» που δεν είναι άλλο από την υδρόψυξη.

Εξωτερικοί παράγοντες: τοποθετώντας ένα δυναμό στην «ουρά» ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης που γυρνάει πολλές φορές «ακανόνιστα» σε τεράστιο εύρος, σημαίνει πολύ απλά τεράστια μηχανικά φορτία. Ανάλογα με την αρχιτεκτονική της εκάστοτε διάταξης και τα φαινόμενα συντονισμού-ιδιοσυχνότητας του κινητήρα, το δυναμό μπορεί να υποβάλλεται και σε επίπεδα θετικής-αρνητικής επιτάχυνσης κραδασμών των 500 με 800 m/s^2, δηλαδή κραδασμούς των 50-80G. Αυτό συνεπάγεται ακραίες τάσεις στις εδράσεις και τα εξαρτήματα του δυναμό και είναι ύψιστης σημασίας να αποφεύγεται βάσει σχεδιασμού η προσέγγιση επικίνδυνων ιδιοσυχνοτήτων συντονισμού.

Χαρακτηριστικά και λειτουργία του δυναμό

Για να διατηρηθεί επαρκής φόρτιση είτε σε κλασικές 12βολτες είτε σε «φορτηγίσιες» 24βολτες ή 36βολτες μπαταρίες, τα δυναμό έχουν σχεδιαστεί ώστε να παρέχουν τάση φόρτισης των 14V (28V για τα βαρέα οχήματα), ενώ αν τελικά περάσουμε σε υψηλότερα βολτάζ (βλ. Part I), δυναμό των 42V είναι ήδη εν αναμονή.

Εφόσον, τώρα, απαιτείται συνεχές ρεύμα για να φορτιστεί η μπαταρία, ένας ανορθωτής (διάταξη διόδων, όπως θα δούμε) απαιτείται για να μετατρέψει το τριφασικό εναλλασσόμενο σε συνεχές. Συνεχίζοντας με την αλληλεπίδραση με την μπαταρία, όταν ο κινητήρας είναι σβηστός και δεν περιστρέφεται, στο δυναμό ασκείται τάση από τη φορτισμένη μπαταρία, οι διόδοι του ανορθωτή παίζουν το ρόλο του «ηλεκτρικού πορτιέρη» εμποδίζοντας την εκφόρτισή της μέσω του δυναμό (κάνοντάς το μίζα, δηλαδή).

Και τι γίνεται, τώρα, με την ένταση του παραγόμενου ρεύματος ως συνάρτηση των στροφών του κινητήρα? Είναι ανάλογη και όσο αυξάνεται παίρνουμε περισσότερα αμπέρ ή μπα? Η απάντηση είναι... μπα! Πιο συγκεκριμένα, υπάρχει η χαρακτηριστική καμπύλη που δείχνει την έξοδο του δυναμό σε αμπέρ ως συνάρτηση της ταχύτητας περιστροφής αυτού και του κινητήρα. Μέχρι κάποιο ρυθμό περιστροφής δεν συμβαίνει απολύτως τίποτα, μηδέν ρεύμα στην έξοδο του δυναμό. Από κάποιο ρυθμό περιστροφής και πάνω, η ένταση στην έξοδο αυξάνεται γραμμικά και στη συνέχεια ο ρυθμός αύξησης μειώνεται σταδιακά, μέχρι να φτάσουμε σε ένα σημείο από το οποίο και μετά, ενώ η ταχύτητα περιστροφής αυξάνεται, το αμπεράζ μένει εκεί που ήταν, ακλόνητο. Αυτό που συμβαίνει είναι ότι σε υψηλές ταχύτητες περιστροφής φαινόμενα αντίστροφου μαγνητικού πεδίου δημιουργούνται, κάτι που σημαίνει πως ακόμα και αν επιμείνουμε με υπερφόρτιση επίτηδες ή κατά λάθος, τότε η ένταση δεν αυξάνεται ανάλογα. Με άλλα λόγια, υπάρχει φυσικός μηχανισμός αυτοπροστασίας από θερμική ζημιά που κανονικά θα εισερχόταν παρέα με το υπερβολικό αμπεράζ. Πριν προχωρήσουμε περαιτέρω, όμως, στη δυνομολογία, ήρθε η ώρα να βουτήξουμε βαθιά στο εσωτερικό του δυναμό-γεννήτριας, να δούμε τι στο καλό γίνεται εκεί μέσα και βγαίνει ρεύμα.

Στα άδυτα του δυναμό

Γενική δουλειά μιας γεννήτριας είναι η μετατροπή της μηχανικής ενέργειας (στη δική μας περίπτωση από τον θερμικό κινητήρα του αυτοκινήτου) σε ηλεκτρική. Δύο είναι οι κύριες κατηγορίες: οι γεννήτριες συνεχούς, τα λεγόμενα «δυναμό» ρεύματος (αυτές που είχαμε στα ποδήλατα δεν είναι πάντα «δυναμό», αφού παίζουν και με εναλλασσόμενο, ωστόσο όλα επικράτησαν ως «δυναμό»). Στα πάλαι ποτέ πραγματικά δυναμό των αυτοκινήτων ο ρυθμιστής της τάσης ήταν ανεξάρτητος του δυναμό. Πλέον στα σύγχρονα αυτοκίνητα μιλάμε για γεννήτριες εναλλασσόμενου ρεύματος (alternators) που τυπικά δεν είναι δυναμό, αλλά συμβατικά έχει επικρατήσει να λέγονται έτσι.

Ας δούμε πρώτα το παραδοσιακό δυναμό ως προς τη λειτουργία του και τα μέρη του. Να θυμηθούμε εδώ μια βασική αρχή της εφαρμοσμένης φυσικής και σε σχέση με τον ηλεκτρισμό: για την παραγωγή ηλεκτρεγερτικής δύναμης («ΗΕΔ», βλ. Μιχαλάκης Φαραντέι) μέσω επαγωγής σε αγωγό, πρέπει να μεταβάλλεται η μαγνητική ροή που «σαρώνει» ο αγωγός μέσα στο μαγνητικό πεδίο, ή να συμβαίνει το αντίστροφο, δηλαδή να είναι σταθερό τοπογραφικά το μαγνητικό πεδίο και να μετακινείται ο αγωγός μέσα στις νοητές γραμμές του πεδίου. Με άλλα λόγια απαιτείται σχετική κίνηση αγωγού και πεδίου αναμεταξύ τους. Το ένα από τα δύο αγώγιμα ηλεκτρικά τυλίγματα (ή πηνίο ή περιελίξεις, η γνωστή χάλκινη σπαγγέτι που ξέρετε από όλες τις ηλεκτρικές μηχανές, είτε γεννητριών είτε ηλεκτρομοτέρ) ονομάζεται τύλιγμα πόλων ή τυμπάνου ή επαγωγέα ή διέγερσης ή πεδίου (διαλέξτε και πάρτε) και αποτελεί το στατικό κομμάτι του ζευγαριού επαγωγής στο κέλυφος του δυναμό (ο λεγόμενος και «στάτης» ή «στάτορας») και περιέχει εσωτερικό το δεύτερο κύριο κομμάτι, το κινητό, στο «κλειστό» του μαγνητικό πεδίο, το οποίο είτε προέρχεται από μόνιμο μαγνήτη, όπως κατά βάση στα δυναμό σταθερού, είτε από ηλεκτρομαγνήτη εξωτερικής τροφοδοσίας, όπως τυπικά στις εναλλασσόμενες γεννήτριες, οι οποίες γι’ αυτό και διαθέτουν τα δύο επιπλέον καλωδιάκια. Το κινητό κομμάτι λέγεται ελληνιστί «δρομέας» αλλά πιο συχνά θα το ακούσετε ως «ρότορα», δάνειο από την Αγγλική. Ο δρομέας περιστρέφεται από την εκάστοτε εξωτερική πηγή κίνησης μέσω άξονα-πλήμνης μέσα στο μαγνητικό πεδίο του στατικού μέρους. Ο ρότορας έχει περιφερειακά εγκοπές στις οποίες τοποθετούνται οι αγωγοί του και σε αυτούς αναπτύσσεται η τάση εξ επαγωγής καθώς σαρώνουν το μαγνητικό πεδίο. Τα άκρα των αγωγών αυτών καταλήγουν να «εναποθέσουν» την τάση τους στον λεγόμενο «συλλέκτη» (ή «μετατροπέα») και πιο συγκεκριμένα στους περιφερειακούς τομείς του, οι οποίοι είναι μονωμένοι τόσο μεταξύ τους αλλά και ως προς τον άξονα περιστροφής τους. Πάνω στον συλλέκτη εφάπτονται τα γνωστά «καρβουνάκια» -λέγονται έτσι επειδή είναι από άνθρακα- ή πιο επίσημα «ψύκτρες», τα οποία μέσω ελατηρίων φέρνουν σε επαφή τον συλλέκτη με τους ακροδέκτες του ρότορα. Μέσω αυτών των διεπιφανειών περνάει η ηλεκτρική ενέργεια από τους αγωγούς του ρότορα προς τα φορτία, μέσω του συλλέκτη. Πόσοι είναι οι τομείς του συλλέκτη? Όσο περισσότεροι τόσο το καλύτερο, αφού περιορίζεται έτσι η απόσταση μεταξύ των ημιτονοειδών κορυφών της κυματομορφής της παραγόμενης τάσης (πιο κοντινά «βουναλάκια» δίνουν πιο σταθερή μέση τάση εξόδου). Ουσιαστικά ο συλλέκτης είναι ένας μηχανικός ανορθωτής τάσης (θα αναφέρουμε πολλάκις από εδώ και πέρα και τον ηλεκτρικό), ενώ ανάλογα με τη διάταξη των δύο τυλιγμάτων που προαναφέραμε έχουμε και τις διάφορες υποκατηγορίες δυναμό / γεννητριών συνεχούς ρεύματος, όπως είναι η γεννήτρια με διέγερση σειράς, με παράλληλη διέγερση (η συνηθέστερη) και η μεικτού τύπου.

Πάμε τώρα να περάσουμε στις γεννήτριες εναλλασσόμενου ρεύματος (ονομάζονται και «εναλλακτήρες»), που δεν είναι άλλες από τα «δυναμό» που σήμερα πλέον αποκλειστικά βλέπουμε στα αυτοκίνητά μας. Η βασική αρχή τους είναι ότι ενώ στον πυρήνα τους παράγουν τριφασικό εναλλασσόμενο, εντούτοις διαθέτουν ενσωματωμένες διατάξεις ανόρθωσης της τάσης που μετατρέπουν έτοιμη στην έξοδο της τάση σε συνεχής φοράς. Τα κύρια μέρη του σύγχρονου/εναλλασσόμενου «δυναμό» κατ' αναλογία με το πραγματικό δυναμό συνεχούς είναι τα εξής:

 Το επαγώγιμο ή στάτης ή στάτορας ή στατόν: διαθέτει τις περιελίξεις στο εσωτερικό («κούφιο») μέρος ενός σιδερένιου κυλίνδρου («οπλισμός»), οι οποίες συνδέονται μεταξύ τους και σαρώνονται από τη μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή του επαγωγέα/ρότορα και ανάλογα με τον αριθμό των τυλιγμάτων-σπειρών τους, δίνουν την αντίστοιχη ΗΕΔ στους ακροδέκτες. Ενώ, φυσικά, μπορούν τα τυλίγματα να έχουν διάταξη είτε μιας φάσης εναλλασσόμενου είτε δύο, ο κανόνας τα θέλει τριφασικά, σε σύνδεση είτε αστέρα είτε τριγωνική. Το ρεύμα που παράγεται εδώ διοχετεύεται προς δυο κατευθύνσεις: το μεγαλύτερο κομμάτι διοχετεύεται μέσω θετικών διόδων της γέφυρας του ανορθωτή (βλ. παρακάτω) στο ηλεκτρικό σύστημα του αυτοκινήτου και από εκεί επιστρέφει μέσω αρνητικών διόδων.

Τον επαγωγέα ή ρότορα ή δρομέα: το περιστρεφόμενο αυτό κομμάτι αποτελεί πυρήνα σιδερομαγνητικού υλικού μεγάλης μαγνητικής διαπερατότητας και φέρει τους λεγόμενους πόλους (τύπου «νυχιού», περισσότερα για αυτά τον επόμενο μήνα), οι οποίοι μπορεί να διαφέρουν σε αριθμό ανά περίπτωση. Μπορεί για παράδειγμα να είναι από δύο μέχρι πάνω από ολόκληρη ντουζίνα. Στα αυτοκίνητα συναντάμε είτε 12 είτε 16. Γύρω από τον πυρήνα βρίσκεται το τύλιγμα επαγωγέα και όλα μαζί στριφογυρνάνε ομοαξονικά, με δύο δακτυλίδια να παρέχουν την τροφοδοσία ρεύματος στο τύλιγμα του περιστρεφόμενου ρότορα αντί του παραδοσιακού συλλέκτη. Ο περιστρεφόμενος οπλισμός, αν θέλουμε να το γενικεύσουμε, μπορεί να είναι είτε στο στάτορα είτε στον ρότορα, ενώ το ίδιο μπορεί να συμβεί αντίστοιχα και με το πεδίο. Όμως, πόσο πολύ στριφογυρνάνε? Ρυθμοί περιστροφής των 10.000 ή 15.000 είναι κάποιες τυπικές μέγιστες τιμές που συναντάμε (θυμηθείτε αυτά τα νούμερα σε λίγα χρόνια που θα μιλάμε για tunaρισμένα ηλεκτρικά). Σε αυτές τις στροφές η παραμικρή αδέσποτη μάζα στην περιφέρεια μπορεί να αποβεί μοιραία για το συντονισμό ολόκληρης της ηλεκτρικής μηχανής, οπότε είναι ύψιστης σημασίας η ζυγοστάθμιση όλης αυτής της μακαρονάδας που περιγράψαμε, κάτι το οποίο σε μεγάλο βαθμό παραδοσιακά αποτελεί «μαύρη τέχνη» των «περιελιξάδων» της Φραντζή ή της «Σπύρου Απάτσι».

Το στοιχείο ανόρθωσης / ανορθωτής: η έφοδος της ηλεκτρονικής κατά τις τελευταίες δεκαετίες δεν άφησε όρθια ούτε τη μεριά των παραδοσιακών ηλεκτρικών μηχανών, όπως είναι οι μικρές ή μεγάλες γεννήτριες-«δυναμό» που περιγράφουμε. Οι ημιαγωγοί και οι συνοδευτικές δίοδοι, δηλαδή οι ηλεκτρονικές διατάξεις-τροχονόμοι που επιτρέπουν τη ροή του ρεύματος προς συγκεκριμένη φορά, λόγω χαμηλού κόστους παντρεύτηκαν για τα καλά με τις γεννήτριες εναλλασσόμενου και έτσι οι τελευταίες επικράτησαν των παλαιότερων δυναμό συνεχούς. Η μεγάλη εξέλιξη είναι ότι μέσω των διόδων, η ανόρθωση της τάσης σε συνεχή πλέον γίνεται στατικά, δηλαδή χωρίς τις πολύπλοκες διατάξεις συλλέκτη που περιγράψαμε παραπάνω. Και όταν λέμε πιο απλές διατάξεις, εννοούμε κατά βάση μικρότερες σε απαιτούμενο όγκο και επομένως και βάρος, αλλά και λιγότερο ευαίσθητες σε άνοδο των θερμοκρασιών. Πέραν αυτών των «φυσικών» πλεονεκτημάτων, τα εναλλασσόμενα «δυναμό» σε σχέση με τα συνεχούς πλεονεκτούν και αλλού: παρέχουν περισσότερο ρεύμα στην μπαταρία σε συνθήκες χαμηλού ρυθμού περιστροφής (βλ. κοντά στο ρελαντί, εκεί που είπαμε πιο πάνω ότι η χαρακτηριστική καμπύλη... υποφέρει), η ζυγοστάθμιση του ρότορα είναι ευκολότερη και άρα αναπτύσσουν αντίστοιχα περισσότερες rpm με ασφάλεια, τα καρβουνάκια-ψύχτρες πάνε περίπατο χάριν των διόδων και άρα και οι μεγάλες ανάγκες συντήρησης.

Ο αυτόματος ρυθμιστής του δυναμό

Εφόσον το «δυναμό» συνδέεται με τον κινητήρα, η φράση «σταθερές στροφές» είναι κάτι άγνωστο για αυτό. Έλα, όμως, που μαζί με τις στροφές μεταβάλλεται, όπως είπαμε, και η τάση... Άρα τι κάνουμε? Χρειαζόμαστε τον λεγόμενο «αυτόματο του δυναμό» ή επίσημα «αυτόματος ρυθμιστής του δυναμό», αυτό κάνουμε. Μέσω αυτής της διάταξης ελέγχουμε την τάση εξόδου μέσω της ρύθμισης της τάσης διέγερσης, έτσι ώστε η πρώτη να είναι όσο πιο κοντά και σταθερά γίνεται στα επιθυμητά 14V που αναφέραμε παραπάνω, είτε το θερμικό μοτόρι μας είναι στο ρελαντί και τις 900rpm, είτε λυσσάει εννιάρες (και άρα θα δεκαπλασιάζαμε την παροχή της τάσης, κάτι που ορισμένα φορτία στο ηλεκτρικό κύκλωμα μάλλον θα έπαιρναν ως αυτοκτονία). Με άλλα λόγια, θέτουμε έτσι όρια τόσο στην τάση όσο και στην ένταση, που μας προφυλάσσουν και από δυσλειτουργίες και από ενδεχόμενο ηλεκτρικό καμπούμ. Στους άμεσα «ενδιαφερόμενους» για σταθερή τάση από το δυναμό είναι φυσικά και η αγαπημένη μας μπαταρία, η οποία όπως είδαμε αναλυτικά τους προηγούμενους μήνες, σε γενικές γραμμές θέλει πολύ σταθερή τάση για να μη χαιρετήσει μεσοπρόθεσμα/πρόωρα. Ο αυτόματος κατά κανόνα είναι προσκολλημένος στη μια πλευρά του δυναμό (στην άλλη πλευρά από αυτήν που είναι η τροχαλία του ιμάντα από τον στρόφαλο) και πάνω του συναντάμε τα δακτυλίδια-ψύκτρες που δίνουν την τάση διέγερσης στον ρότορα και άρα μεταβάλλουν το ρεύμα δημιουργίας του μαγνητικού πεδίου. Η τάση εξόδου που μας ενδιαφέρει «βγαίνει» από τον ρυθμιστή τάσης, ο οποίος είναι μόνιμα συνδεμένος μέσω διόδων με την μπαταρία και εισέρχεται του αυτόματου, ο οποίος ταυτόχρονα παίζει και το ρόλο του ανορθωτή σε μια ενιαία διατάξη-υπομονάδα του δυναμό. Ο αυτόματος, φυσικά, εκτός από τους εξωτερικούς καταναλωτές του κυκλώματος, προστατεύει και το ίδιο το «δυναμό», όταν το ρεύμα φορτίου θα υπερέβαινε το επιτρεπτό μέγιστο του δυναμό.

«Αυτόματο» παλαιάς κοπής και σε πιο μηχανική βερσιόν διέθεταν και τα δυναμό σταθερής τάσης, ο οποίος αποτελούνταν από τρία κύρια μέρη:

Τον αυτόματο διακόπτη: δουλειά του είναι να παρεμβάλλεται στο κύκλωμα μεταξύ μπαταρίας και δυναμό και να τα απομονώνει σε περίπτωση που η τάση του δεύτερου υπερβαίνει αυτήν της πρώτης. Αυτό, φυσικά, το θέλουμε, ή μάλλον δεν το θέλουμε, έτσι ώστε να μπορεί μονόδρομα να μεταφερθεί ρεύμα μόνο από το δυναμό προς την μπαταρία και όχι το αντίστροφο, κάτι το οποίο στην καλή περίπτωση θα εκφόρτιζε την μπαταρία και στην κακή ... θα προκαλούσε ηλεκτρικό καμπούμ του δυναμό! Στην πράξη αυτό σημαίνει ότι ο διακόπτης αυτός είναι ανοικτός σε όλο εκείνο το εκάστοτε -ανάλογα με το επίπεδο φόρτισης της μπαταρίας- εύρος στροφών του κινητήρα, μέχρι να εξισορροπηθούν οριακά οι τάσεις, όπου και σε όποιο σημείο κλείνει για να τροφοδοτηθεί ελεύθερα η μπαταρία από το δυναμό με τη «σωστή» ροή ενέργειας.

Το ρυθμιστή τάσης: από εδώ ρυθμίζεται το ρεύμα διέγερσης, δηλαδή το ρεύμα του μαγνητικού πεδίου, έτσι ώστε η τάση να μην μπορεί να υπερβεί την προδιαγεγραμμένη μέγιστη τιμή σχεδιασμού του κυκλώματος.

Το ρυθμιστή έντασης: ομοίως ρυθμίζει την ένταση του φορτίου δυναμό, έτσι ώστε να μην ξεπεράσει την ονομαστική και καταστραφεί.

Ανάλογα, τώρα, με τη σχεδίαση του συνδυασμού δυναμό-αυτόματου ρυθμιστή, ας δούμε αναλυτικότερα πώς και πού ρέει το ρεύμα διέγερσης: είτε μέσω διόδων διέγερσης στους στάνταρ ρυθμιστές, είτε κατευθείαν από τον «Β+»  ακροδέκτη (μπαταρίας) στην περίπτωση του τύπου των πολλαπλών ρυθμιστών (αναλυτικότερα για τους τύπους ρυθμιστών... νεξτ μονθ). Με τους στάνταρ αυτόματους ρυθμιστές, κάποιο από το παραγόμενο ρεύμα παίζει το ρόλο του ρεύματος διέγερσης, ρέοντας διαμέσου των τριών διόδων διέγερσης στον ακροδέκτη D+ του αυτομάτου, μέσω των δακτυλίων συλλέκτη και ρυθμιστή στην περιέλιξη του περιστρεφόμενου πεδίου, και από εκεί πίσω μέσω των τριών αρνητικών διόδων του κύριου ρυθμιστή. Αναφέραμε, όμως, και τους «πολλαπλούς ρυθμιστές» πιο πάνω. Εδώ δεν έχουμε διόδους διέγερσης και έτσι το ρεύμα διέγερσης διακλαδώνεται κατευθείαν μετά τον κύριο ρυθμιστή. Ο ρυθμιστής τάσης γυρνάει στο ρεύμα διέγερσης μόνο κατά την εκκίνηση του κινητήρα (αυτό ανιχνεύεται μέσω της περιστροφής του δυναμό) και αυτό είναι η μια από τις δικλείδες που αποτρέπουν την εκφόρτιση της μπαταρίας όσο ο κινητήρας είναι σβηστός. Η έξοδος του δυναμό, όπως είπαμε περιληπτικά πιο πάνω, ρυθμίζεται και αυτή από τον αυτόματο, ο οποίος μεταβάλλει το ρεύμα διέγερσης ώστε να ταιριάζει ακριβώς η έξοδος με τις απαιτήσεις φορτίου του οχήματος τη δεδομένη στιγμή. Ο έλεγχος αυτός γίνεται μέσω της αρχής σταθερής τάσης ακροδεκτών και του μεταβλητού πλάτους παλμού (pulse-width modulation). Με άλλα λόγια, όπως και κατά τη λειτουργία των μπεκ ψεκασμού, υπάρχει ένα duty cycle που προκύπτει από το εύρος του παλμού προς το συνολικό χρόνο και έτσι ρυθμίζεται η ονομαστική τάση. Ο ρόλος του D+ ακροδέκτη που αναφέραμε είναι πολλαπλός: το δυναμό είναι προ-διεγερμένο μέσω του ακροδέκτη Β+ της μπαταρίας, με τη σειρά του μέσω της ενδεικτικής λυχνίας του δυναμό και του ακροδέκτη D+. Δεύτερον, ο ακροδέκτης D+ βρίσκεται στο ίδιο επίπεδο διέγερσης με τον Β+ μετά τη διέγερση του δυναμό και έτσι συγκεκριμένες ομάδες φορτίων του κυκλώματος του οχήματος μπορούν να τροφοδοτηθούν με ισχύ μέσω ρελέ. Το ρεύμα προ-διέγερσης καθορίζει την ταχύτητα αυτοδιέγερσης, κατά την οποία η αρχική διέγερση λαμβάνει χώρα κατά την εκκίνηση του κινητήρα. Αυτή η ταχύτητα είναι μεγαλύτερη πάντα από αυτήν κατά την οποία αρχίζει να δίνει ρεύμα το δυναμό (βάσει της χαρακτηριστικής καμπύλης στροφών-τάσης) και στην περίπτωση δυναμό με διόδους διέγερσης το ακριβές ποσό της ταχύτητας καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό ακόμα και από την ισχύ της ενδεικτικής λυχνίας φόρτισης του δυναμό/μπαταρίας (θα την έχετε δει να τρεμοπαίζει σε αντίστοιχες καταστάσεις υποφόρτισης αν είχατε ποτέ θέμα με το δυναμό σας). Η ενδεικτική λυχνία σε κάθε περίπτωση κατά τα γνωστά πρέπει να ανάψει ανάμεσα στα υπόλοιπα λαμπάκια ελέγχου στο ταμπλό όταν ενεργοποιήσουμε με το κλειδί την ανάφλεξη πριν τη θέση εκκίνησης του κινητήρα και να σβήσει αμέσως μετά.

Δυναμολογίας συνέχεια

Τον επόμενο μήνα θα χωθούμε περαιτέρω στα ενδότερα του δυναμό, αναλύοντας τους διαφορετικούς τύπους, από τους πιο συνήθεις μέχρι τις πιο σπάνιες περιπτώσεις. Σειρά μετά έχει η αιώνια νέμεσις του δυναμό (ή άλλη όψη του ίδιου ηλεκτρολογικού νομίσματος, αν θέλετε), η μίζα, όπου και σε αυτήν θα αφιερωθούμε διεξοδικά. Καλό Αύγουστο, είτε με ευρώ είτε με δραχμές, είτε με χρυσές λίρες.