Jistě každý běžný řidič motorového vozidla si je vědom nutnosti trvalého a správného dobíjení akumulátorové baterie a také dobře ví, že pokud se za jízdy nerozsvítí červená kontrolka, je celý proces nabíjení zřejmě v pořádku. Jak si s neustále se zvyšující spotřebou proudu poradí alternátor, neboli způsob jakým řídí dobíjení, ho nemusí zajímat.
Mým cílem je nyní poukázat na několik, dle mého soudu podstatných vlastností alternátorů, které je předurčují ke svému použití.
Spotřeba proudu
Při neustále se zvyšujícím počtu elektrických spotřebičů je logicky oprávněný požadavek zákazníka na vyšší výstupní proud alternátoru. Rád bych však na tomto místě připomněl, že alternátor dodává proud v závislosti na tom, jakými otáčkami se točí.
Štítkový údaj o proudu platí pro 6000 otáček za minutu. V současné době jmenovitý proud alternátorů vyráběných v Magneton a.s. dosahuje 120 A pro 14V systémy a 50 A pro 28V systémy. Tuto skutečnost je třeba vzít v úvahu a při znalosti otáček používaného pohonu a převodového poměru reálně zhodnotit proudově-otáčkovou charakteristiku daného alternátoru, čili zda se do otáčkové oblasti, kde alternátor poskytuje žádaný proud ve skutečném provozu vůbec dostaneme.
Tato úvaha se stává aktuální zejména u dieselových motorů pro nákladní automobily a zemědělskou techniku, kde je trend snižování otáček motoru z důvodu hluku.
Napětí pro palubní síť
Napětí v palubní síti řídí regulátor napětí. Rád bych poznamenal, že kromě známých sítí o 12 V a 24 V se už blýská na časy palubní síti 42 V, což je rovněž důsledek po požadavcích na rozvod vyšších výkonů než jsme dosud byli zvyklí. Techničtí prognostici totiž odhadují, že průměrná spotřeba v osobním automobilu se v roce 2005 bude pohybovat někde mezi 3 a 6 kW. Prognózy v tomto směru pro nákladní vozy a zemědělskou techniku mi zatím nejsou známy, ale trendy zvyšování spotřeby proudu jsou obdobné.
Ještě jednou k otáčkám
Nyní k těm nejnižším, které technické parametry uvádějí a říká se jim nabuzovací otáčky (anglicky cut-in speed). Jak stojí v názvu, jedná se o otáčky, kdy se nabudí alternátor, čili kdy se na jeho svorkách objeví napětí stejné jako na baterii a na palubní desce zhasne kontrolka dobíjení. Je cílem, aby tyto otáčky nebyly vyšší než volnoběžné otáčky motoru (krát příslušný převodový poměr), jinak nás čeká nedůvěřivé šlapání na pedál akcelerátoru, než kontrolka nakonec zhasne. Parametr nabuzovacích otáček je dán jednak alternátorem a při použití monofunkčních regulátorů také obvodem kontrolky dobíjení (s multifunkčními regulátory vás seznámíme v dalším článku).
Provozní teplota
Požadavek na schopnost provozu při širokém rozsahu teplot je pro techniku motorových vozidel zcela samozřejmý. Většina výrobců zaručuje standardně provozní teploty od –40 °C do +90 °C. Myslí se tím teploty okolí, ve vlastním alternátoru se dosahuje podstatně vyšších hodnot a dnes např. ve vinutí statoru nejsou výjimkou teploty přes 200°C.
Snaha výrobců vozidel i stacionárních motorů je všechny přístroje důkladně zavřít pod kapotu a tím vlastně zvyšovat požadavek na horní mez teplot okolí. Tento požadavek ještě umocňuje zeměpisná poloha některých uživatelů. Dnes řešíme zabezpečení provozu alternátoru v teplotách do + 140 °C. Otázky v této oblasti souvisí s optimalizací chlazení, se zvýšením teplotní třídy odolnosti smaltů, izolací spojů i impregnací a funkcí polovodičů, resp. účinnou tepelnou ochranou elektronických obvodů regulátoru. Nesmírně důležitý je rovněž výběr ložisek a potažmo maziv pro ně.
Tah řemene
Se zvyšováním počtu poháněných agregátů na motoru a jejich příkonu si přijde na své i alternátor. Už jej totiž mnohde nepohání jeden klínový řemen, kde maximální povolená síla na ložisko 600 N byla při používaném opásání (kolem 120°) těžko dosažitelná. Moderní stroje (například dieselové motory John Deere) používají opásání blízké 180° a plochý osmidrážkový řemen napínaný až 750 N a hned je na ložisku 1500 N! Tedy zase zpřísnění konstrukčních požadavků, které se odrážejí na hřídelích a znovu samozřejmě v ložiskách.
Prach, voda, sůl a jiné nečistoty
Mezi nečistotami najdeme písek, bláto a všelijaké kamínky se kterými se potká traktor nebo jiný zemědělský či stavební stroj. Pro alternátor to znamená opět zvýšení požadavků. Tentokrát na ochranu proti zadření a poškození zejména u sběracího ústrojí. Zde přicházejí na řadu nejrůznější kryty kroužků a kartáčů. Další možností je použít principu nákladnějšího a to je bezkroužkové buzení.
Sůl a jiné chemikálie, s nimiž motor přijde do styku mají zase co do činění s povrchovými ochranami. V tropických oblastech ještě s vlhkostí přicházejí plísně a s nimi opět vhodné materiály pro alternátor nebo ochranné povlaky.
Za zmínku stojí i vibrace a hlučnost
Motor bez vibrací si lze těžko představit, i když jejich výrobci pod tlakem ekologů usilují o jejich snížení. Opět zejména u dieselových motorů, kterých je v zemědělském a stavebním sektoru většina, je jejich účinkům alternátor vydatně vystaven a to ve všech třech souřadnicových osách. Zvýšenou intenzitou vibrací trpí alternátor u trojválcových motorů a jestliže si navíc zákazník naprojektuje umístění alternátoru někde v oblasti nad hlavami válců, má konstruktér alternátorů další zajímavý úkol k řešení.
Důležitým faktorem je i hlučnost alternátoru. Význam její eliminace či snižování je mimo veškerou diskusi. V konstrukci alternátorů je součástí každého návrhu.
Spolupráce s ostatními přístroji v palubní síti
Z tohoto hlediska je nutno nejen splnit obecné normy EMC, ale prakticky ošetřit a ověřit spolupráci s konkrétními přístroji ve vozidle.
Ve výčtu parametrů by se dalo dlouho pokračovat a to co do rozsahu i do podrobností. Obojí by však přesahovalo rámec tohoto článku. Chtěl jsem v něm poukázat na vlastnosti alternátorů, kterými je nutno se zabývat a to nejen při vývoji těchto zajímavých zdrojů elektřiny, ale také na straně uživatelů.
Myslím v tom smyslu, aby si zejména potencionální zákazníci uvědomili, v jakém provozu jejich aplikace má být použita a tak mohli být velmi cenným partnerem při výběru či vývoji výrobku pro ně.
Ing. Jaroslav Netopil
(autor je vedoucím konstrukce alternátorů a.s.MAGNETON v Kroměříži)
