Μίζες και Εναλλακτήρες

Μία ηλεκτρική µηχανή µετατρέπει µηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ή ηλεκτρική ενέργεια σε µηχανική. Στην πρώτη περίπτωση ονοµάζεται ηλεκτροκινητήρας και στη δεύτερη γεννήτρια.

Οι εναλλακτήρες

Η μηχανή που παράγει την ηλεκτρική ενέργεια στο αυτοκίνητο είναι η γεννήτρια. Υπάρχουν δύο είδη γεννητριών: συνεχούς (D.C.) και εναλλασσόμενου (A.C.) ρεύματος. Τις γεννήτριες συνεχούς ρεύματος τις ονομάζουμε δυναμό. Το δυναμό χρησιμοποιήθηκε από τα πρώτα χρόνια λειτουργίας του αυτοκινήτου. Σήμερα έχει εκτοπιστεί σε μεγάλο βαθμό από τις γεννήτριες εναλλασσόμενου ρεύματος.

Το ρεύμα που παράγεται στο δυναμό είναι εναλλασσόμενο, αλλά ανορθώνεται με μηχανικά μέσα (με τον μηχανισμό του συλλέκτη). Το ρεύμα που φεύγει από το δυναμό είναι τελικά συνεχές και δεν χρειάζεται ανόρθωση. Το δυναμό τροφοδοτεί με ρεύμα τους διάφορους καταναλωτές του αυτοκινήτου και ταυτόχρονα φορτίζει την μπαταρία.

Εναλλακτήρα (alternator) ονομάζουμε τη γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος. Αποτελείται από τα ίδια κύρια εξαρτήματα με το δυναμό, αλλά διαφέρει στον τρόπο με τον οποίο μετατρέπεται το εναλλασσόμενο σε συνεχές.

Οι εναλλακτήρες πρωτοεμφανίστηκαν στη δεκαετία του 1950 και γρήγορα εκτόπισαν τα δυναμό. Ο εναλλακτήρας είναι πολύ ελαφρύτερος από το δυναμό. Για την ίδια ισχύ έχουμε το μισό βάρος. Το πλεονέκτημα του βάρους ανά μονάδα ισχύος είναι σημαντικό. Υπάρχουν όμως και άλλοι λόγοι που κάνουν τον εναλλακτήρα να υπερέχει του δυναμό. Ο εναλλακτήρας υπερέχει μηχανικά στην κατασκευή του συλλέκτη, ο οποίος δεν έχει τομείς. Φθείρεται συνεπώς λιγότερο και δεν φθείρει τις ψήκτρες στον βαθμό που φθείρονται στο δυναμό. Οι ανάγκες συντήρησής του είναι ελάχιστες και η διάρκεια ζωής του σαφώς μεγαλύτερη.

Ο εναλλακτήρας μπορεί να λειτουργεί χωρίς πρόβλημα σε υψηλότερες στροφές, γιατί δεν έχει μηχανικά προβλήματα στον μηχανισμό του συλλέκτη. Έτσι δίνει ικανοποιητικό ρεύμα στο ρελαντί και μπορεί να φορτίζει την μπαταρία ακόμη και στο ρελαντί. Αυτό είναι σημαντικό για τα αυτοκίνητα που κινούνται συνεχώς μέσα στην κίνηση των πόλεων. Τέλος, ο εναλλακτήρας έχει λιγότερες εσωτερικές απώλειες ρεύματος και καταναλώνει λιγότερη ιπποδύναμη από τη μηχανή του αυτοκινήτου.

Δοµή του εναλλακτήρα

Ενώ η μπαταρία παρέχει την αρχική ισχύ για την εκκίνηση του αυτοκινήτου όταν είναι σβηστό, ο εναλλακτήρας λειτουργεί για να διατηρεί τα περισσότερα ηλεκτρικά μέρη σε λειτουργία όσο ο κινητήρας λειτουργεί. Τροφοδοτεί εξαρτήματα όπως το ραδιόφωνο, τους προβολείς και τα ηλεκτρικά παράθυρα, ενώ το αυτοκίνητο λειτουργεί στο ρελαντί ή κινείται.

Οι εναλλακτήρες χρησιμοποιούν πηνία τυλιγμένα γύρω από σιδερένιο πυρήνα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Ένα πηνίο μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια με δύο τρόπους:

1. Περιστρέφοντας το πηνίο ως προς ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο.
2. Περιστρέφοντας το μαγνητικό πεδίο γύρω από ένα σταθερό πηνίο.

Ένας εναλλακτήρας χρησιμοποιεί τη δεύτερη προσέγγιση. Τα κύρια μέρη ενός εναλλακτήρα είναι:

• Ρότορας: Μια πηγή συνεχούς ρεύματος (DC) παράγει μαγνητικό πεδίο, το οποίο διεγείρει τα πηνία του ρότορα. Ο ρότορας περιστρέφεται με τη βοήθεια ενός κινητήρα, που στην περίπτωσή μας είναι η μηχανή του αυτοκινήτου. Αυτή η περιστροφή προκαλεί μαγνητικό πεδίο που περιστρέφεται με την ίδια ταχύτητα με τον ρότορα.
• Στάτης: Ο στάτης περιβάλλει τον περιστρεφόμενο ρότορα και περιέχει τρεις περιελίξεις χάλκινων συρμάτων, τα πηνία. Καθώς ο ρότορας περιστρέφεται, παράγει εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) σε αυτές τις περιελίξεις.
• Τροχαλία: Μια τροχαλία στο εξωτερικό του εναλλακτήρα περιστρέφεται παίρνοντας κίνηση από έναν ιμάντα που συνδέεται με τον στροφαλοφόρο άξονα του κινητήρα. Αυτή η κίνηση παρέχει τη μηχανική ενέργεια που μετατρέπεται σε ηλεκτρική.
• Ρυθμιστής τάσης: Ο ρυθμιστής τάσης ελέγχει την ηλεκτρική τάση, αποτρέποντας την υπερβολική φόρτιση που μπορεί να καταστρέψει την μπαταρία του αυτοκινήτου και άλλα ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Ρυθμίζει την ηλεκτρική ενέργεια που τροφοδοτεί τον ρότορα, ώστε να διατηρείται η επιθυμητή έξοδος του εναλλακτήρα.
• Ανορθωτής: Οι μπαταρίες αυτοκινήτων λειτουργούν με συνεχή φόρτιση (DC), ενώ ο εναλλακτήρας παράγει εναλλασσόμενο ρεύμα (AC). Ο ανορθωτής μετατρέπει το AC σε DC, ώστε η ισχύς να είναι συμβατή με την μπαταρία.

Συµπτώµατα κακής λειτουργίας του εναλλακτήρα

Τα παρακάτω συμπτώματα υποδηλώνουν ελαττωματικό ή αδύναμο εναλλακτήρα:

1. Αναμμένη λυχνία μπαταρίας στο ταμπλό.
2. Αργή εκκίνηση του κινητήρα ή αδυναμία εκκίνησης.
3. Τα ηλεκτρικά εξαρτήματα, όπως οι προβολείς και τα εσωτερικά φώτα, φαίνονται αδύναμα.
4. Ο εναλλακτήρας κάνει θόρυβο ή βουητό.
5. Μυρωδιά καμένου μπορεί να υποδηλώνει ηλεκτρικά προβλήματα στο εσωτερικό.
6. Το αυτοκίνητο δεν ξεκινά ούτε με βοηθητική μπαταρία.

Έλεγχος εναλλακτήρα µε πολύµετρο

Το πολύμετρο είναι μια φορητή συσκευή που μετρά παραμέτρους ενός ηλεκτρικού κυκλώματος, όπως τάση, ρεύμα και αντίσταση. Χρησιμοποιείται συχνά για έλεγχο κυκλωμάτων.

Τα καλώδια (ακροδέκτες) του πολύμετρου συνδέονται με την μπαταρία για να μετρηθεί η τάση DC και να διαπιστωθεί αν είναι καλή, αποφορτισμένη ή ενδιάμεση. Συνδέστε τον κόκκινο ακροδέκτη στην υποδοχή VΩmA και τον μαύρο στην υποδοχή COM του πολύμετρου.

Ο κύριος σκοπός του εναλλακτήρα είναι η φόρτιση της μπαταρίας, επομένως ένας από τους πιο γρήγορους τρόπους ελέγχου είναι η μέτρηση της τάσης της μπαταρίας.

1. Σβήστε τον κινητήρα.
2. Ρυθμίστε το πολύμετρο για μέτρηση τάσης DC στην περιοχή των 20V. Επιλέξτε την αμέσως μεγαλύτερη κλίμακα από την αναμενόμενη τιμή. Σημείωση: Στο πολύμετρο, η τάση AC αναγράφεται ως V και η DC ως V–. Επιλέξτε DC για μπαταρία ή εναλλακτήρα.
3. Συνδέστε τον θετικό (κόκκινο) και τον αρνητικό (μαύρο) ακροδέκτη στους αντίστοιχους πόλους της μπαταρίας.
4. Ελέγξτε την ένδειξη. Η τάση πρέπει να είναι μεταξύ 12,3 και 12,7V. Αν είναι κάτω από 12,3V, φορτίστε την μπαταρία πριν συνεχίσετε.
5. Εκκινήστε τον κινητήρα και μετρήστε ξανά. Αν η τάση κυμαίνεται μεταξύ 14 και 15V, ο εναλλακτήρας λειτουργεί σωστά.
6. Αν η τάση παραμένει χαμηλή ή σταθερή, υπάρχει πρόβλημα στον εναλλακτήρα.

Υπό φορτίο

1. Διατηρήστε τον κινητήρα σε λειτουργία και μετρήστε την τάση όπως πριν.
2. Ενεργοποιήστε τα μεγάλα φορτία (φώτα, ανεμιστήρα, θερμαινόμενο παρμπρίζ).
3. Επαναλάβετε τη μέτρηση. Αν η τάση πέσει κάτω από 13V, πιθανόν ο εναλλακτήρας δυσκολεύεται να καλύψει τη ζήτηση.

Άµεσος έλεγχος

1. Εντοπίστε τον εναλλακτήρα και βεβαιωθείτε ότι ο ιμάντας του είναι σφιχτός.
2. Ρυθμίστε το πολύμετρο για DC 20V.
3. Εκκινήστε τον κινητήρα και ελέγξτε αν ο ιμάντας περιστρέφεται σωστά χωρίς να γλιστρά.
4. Συνδέστε τον κόκκινο ακροδέκτη στον θετικό πόλο του εναλλακτήρα.
5. Ακουμπήστε τον μαύρο ακροδέκτη σε μεταλλικό μέρος του πλαισίου (όχι στον ίδιο τον εναλλακτήρα).
6. Αν το πολύμετρο δείχνει 13–14V, λειτουργεί σωστά. Πάνω από 15V ή κάτω από 13V δείχνουν βλάβη ρυθμιστή.
7. Αν οι στροφές ρελαντί δεν επαρκούν, αυξήστε στις 2000 σ.α.λ. και επαναλάβετε.
8. Αν παραμένει χαμηλή η τάση, υπάρχει πρόβλημα στον ρυθμιστή ή στον εναλλακτήρα.

Οι μίζες

Για να ξεκινήσει ένας θερμικός κινητήρας, χρειάζεται ένας ηλεκτροκινητήρας που να μπορεί να παρέχει μεγάλη ροπή για σύντομο χρονικό διάστημα. Αυτό ακριβώς είναι η μίζα, μαζί με έναν μηχανισμό που της επιτρέπει να εμπλέκεται και να αποσυνδέεται μηχανικά όταν χρειάζεται. Η εκκίνηση του κινητήρα σημαίνει περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα, ασκώντας ροπή σε αυτόν, έτσι ώστε το έμβολο να αρχίσει να παλινδρομεί.

Ο Charles Kettering εφηύρε την ηλεκτρική μίζα το 1911 και αυτή χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά σε αυτοκίνητο της Cadillac το 1912.

Η μίζα τοποθετείται στο περίβλημα του σφονδύλου του κινητήρα. Λειτουργεί σε χαμηλές τάσεις και υψηλά ρεύματα και πρέπει να είναι σε θέση να ασκεί πολύ υψηλή ροπή κατά την εκκίνηση και σε χαμηλές ταχύτητες. Κατά την εκκίνηση, το γρανάζι της μίζας (πινιόν) εμπλέκεται με την οδοντωτή στεφάνη του σφονδύλου και μεταφέρει την κίνηση. Μόλις ξεκινήσει ο κινητήρας, το πινιόν απεμπλέκεται.

Δοµή της µίζας

Τα κύρια μέρη της μίζας είναι: ο ηλεκτροκινητήρας, ο μηχανισμός εμπλοκής, ο διακόπτης ισχύος και το φρένο.

Ο ηλεκτροκινητήρας

Ο ηλεκτροκινητήρας είναι συνεχούς ρεύματος με διέγερση σε σειρά. Όπως κάθε ηλεκτροκινητήρας, διαθέτει:

1. στάτη, που αποτελείται από το ζύγωμα και τους πόλους,
2. δρομέα, που αποτελείται από τον άξονα, το επαγωγικό τύλιγμα και τον συλλέκτη,
3. έδρανα και ψηκτροφορέα για τις ψήκτρες.

Η αρχή λειτουργίας του δεν διαφέρει από εκείνη κάθε ηλεκτροκινητήρα συνεχούς ρεύματος.

Μηχανισµός εµπλοκής

Σκοπός του μηχανισμού εμπλοκής είναι να συνδέει το πινιόν με την οδοντωτή στεφάνη του σφονδύλου όταν λειτουργεί η μίζα και να διακόπτει την εμπλοκή μόλις ξεκινήσει η μηχανή. Η σχέση μετάδοσης του μηχανισμού εμπλοκής είναι συνήθως μεγαλύτερη από 10:1.

Αν ξεκινήσει η μηχανή και δεν απεμπλακεί η μίζα, θα καταστραφεί. Με σχέση 10:1, όταν η μηχανή φτάσει στις 4.000 σ.α.λ., η μίζα θα περιστρέφεται με 40.000 σ.α.λ. Σε αυτή την ταχύτητα, ακόμη και αν αντέξουν τα ρουλεμάν, οι αγωγοί μπορεί να εκτιναχθούν από τα αυλάκια τους, προκαλώντας καταστροφή της μίζας.

Μέχρι σήμερα έχουν κατασκευαστεί πολλοί μηχανισμοί εμπλοκής. Οι μίζες διακρίνονται σε κατηγορίες ανάλογα με τον τύπο μηχανισμού εμπλοκής. Υπάρχουν δύο βασικές κατηγορίες: οι μίζες με πλωτό πινιόν και οι μίζες με πλωτό δρομέα. Στις μίζες με πλωτό πινιόν, για την εμπλοκή κινείται μόνο το πινιόν. Χρησιμοποιούνται κυρίως σε μικρά αυτοκίνητα. Οι μίζες πλωτού πινιόν διακρίνονται σε:

1. ελαφρού τύπου (το πινιόν κινείται σε ευθύ σφηνόδρομο),
2. μέσου τύπου (το πινιόν κινείται σε ελικοειδή σφηνόδρομο),
3. τύπου Bendix (το πινιόν κινείται σε ελικοειδή σφηνόδρομο μικρού βήματος).

Οι μίζες πλωτού δρομέα χρησιμοποιούνται κυρίως σε μεγάλες μηχανές. Σε αυτές, ο δρομέας, ενώ περιστρέφεται, κινείται και αξονικά.

Διακόπτης ισχύος

Ο διακόπτης ισχύος στις μικρές μίζες, όπου περνά μικρό ρεύμα, είναι μηχανικός. Στις μεγαλύτερες είναι ηλεκτρομαγνητικός. Πολλές φορές συνδυάζεται με τον ηλεκτρομαγνήτη του μηχανισμού εμπλοκής.

Μέσα από τον διακόπτη ισχύος περνά το ρεύμα της μίζας, το οποίο προέρχεται από την μπαταρία και μπορεί να ξεπερνά τα 200A. Το καλώδιο της μίζας πρέπει να έχει όσο το δυνατόν μικρότερο μήκος, ώστε να υπάρχει η μικρότερη δυνατή πτώση τάσης και απώλειες.

Σε ορισμένες περιπτώσεις υπάρχει στο κύκλωμα ένας διακόπτης ασφαλείας, ο οποίος το διακόπτει όταν, σε αυτόματο κιβώτιο, ο λεβιές δεν βρίσκεται στη νεκρά (P) ή, σε μηχανικό κιβώτιο, όταν ο οδηγός δεν πατά τον συμπλέκτη.

Το ρεύµα της µίζας δεν πρέπει να περνά από τον διακόπτη της µηχανής, γι’ αυτό χρειάζεται πάντα ένα ρελέ.

Το φρένο

Αφού ξεκινήσει η μηχανή, η μίζα πρέπει να σταματήσει να περιστρέφεται. Την ακινητοποίησή της αναλαμβάνει το φρένο, το οποίο είναι απλό φρένο τριβής. Συνήθως λειτουργεί με την πίεση ενός ελατηρίου ή με φυγοκεντρικό μηχανισμό.

Βλάβες της µίζας

Η μίζα είναι υπεύθυνη για την ομαλή εκκίνηση του θερμικού κινητήρα. Οι επιπτώσεις μιας ελαττωματικής μίζας μπορεί να είναι:

1. Ο κινητήρας δεν παίρνει μπροστά.
2. Η μίζα γυρίζει αλλά δεν εμπλέκει το γρανάζι της.
3. Παράγει θορύβους.
4. Εμφανίζεται μυρωδιά ή καπνός κατά την εκκίνηση.
5. Όταν λειτουργεί η μίζα, τα φώτα χαμηλώνουν.

Μια αποφορτισμένη μπαταρία μπορεί συχνά να φαίνεται ως πρόβλημα της μίζας, καθώς και στις δύο περιπτώσεις ο κινητήρας δεν ξεκινά. Αν κατά τη στροφή του κλειδιού δεν ακούγεται τίποτα ή μόνο ένας ήχος “κλικ”, είναι πιθανό να πρόκειται για άδεια μπαταρία και όχι για ελαττωματική μίζα.

Οι διαρροές λαδιού µπορούν επίσης να επηρεάσουν την απόδοση της µίζας, καθώς όταν διαρρέει λάδι κινητήρα στη µίζα, µπορεί να προκαλέσει βλάβη µολύνοντας τα εσωτερικά της εξαρτήµατα. Άλλες πιθανές αιτίες προβλημάτων μίζας περιλαμβάνουν: διαβρωμένες συνδέσεις, ελαττωματική καλωδίωση, κακό διακόπτη ανάφλεξης.

Πτώση τάσης

Οι κακές επαφές αποτελούν σημαντικό πρόβλημα στις μίζες, καθώς αυξάνουν την αντίσταση του κυκλώματος και περιορίζουν το ρεύμα που μπορεί να δεχθεί ο ηλεκτροκινητήρας. Η αντίσταση του κυκλώματος της μίζας πρέπει να είναι πολύ χαμηλή, της τάξης των 0,0007Ω, ώστε η πτώση τάσης στην καλωδίωση να μην ξεπερνά τα 0,2V ανά σύνδεση. Αν κατά τη λειτουργία της μίζας παρατηρηθεί άνοδος θερμοκρασίας σε κάποια σύνδεση της καλωδίωσης, αυτό αποτελεί ένδειξη αυξημένης αντίστασης.

Η μέτρηση τόσο μικρών αντιστάσεων είναι δύσκολη, καθώς δεν είναι εύκολο να βρεθούν ωμόμετρα με επαρκή ακρίβεια. Επομένως, η εκτίμηση της αντίστασης γίνεται με μέτρηση της πτώσης τάσης. Η πτώση τάσης είναι το γινόμενο της αντίστασης της επαφής επί το ρεύμα που τη διαρρέει. Χρησιμοποιούμε ένα ψηφιακό βολτόμετρο με μικρή κλίμακα και κατά τη λειτουργία της μίζας κάνουμε τις εξής μετρήσεις:

1. μεταξύ του αρνητικού πόλου της μπαταρίας και του σασί του αυτοκινήτου,
2. μεταξύ του κελύφους της μίζας και του σασί,
3. μεταξύ του θετικού καλωδίου της μπαταρίας και του ακροδέκτη ρευματοδότησης της μίζας.

Σε κάθε µέτρηση, η ένδειξη τάσης δεν πρέπει να ξεπερνά τα 0,2V. Αν η µέτρηση γίνει µεταξύ πόλου µπαταρίας και ακροδέκτη µίζας, η αποδεκτή τιµή είναι έως 0,5V.

ΝΙΚΟΣ ΒΑΣΙΛΑΚΗσ