Avantage d'utiliser des générateurs AC dans les voitures au lieu des générateurs DC

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La plupart des voitures utilisent un générateur AC puis convertissent sa tension en DC via un pont redresseur à diode pour charger la batterie 12v.

Pourquoi une dynamo DC ne serait-elle pas utilisée à la place?

Est-ce parce que la dynamo AC donne une meilleure efficacité?

(Même le vélo et l'énergie éolienne utilisent une dynamo / turbine AC).

MAK
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Ce sont deux questions différentes: 1. "Quel est l'avantage des générateurs AC dans les voitures", et 2. "Y a-t-il un avantage d'efficacité?" Puisque 1. est la question la plus générale, j'ai restructuré votre question.
Marcus Müller
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Parce que si le commutateur à balais. La dynamo à courant alternatif est sans balais, tout en ayant les bagues collectrices pour fournir le courant d'excitation du rotor. Les bagues collectrices sont uniformes, elles n'ont pas de segments.
Marko Buršič
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Le pont "diode" de votre voiture peut ne pas avoir de diodes du tout. Vous pouvez remplacer toutes les diodes schottky par des fets à faible perte et un contrôleur de faible puissance
Steve Cox

Réponses:

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Non, ce n'est pas pour des raisons d'efficacité.

Les générateurs CC ont généralement des commutateurs, c'est-à-dire des contacts avec des balais qui inversent la polarité de la tension au niveau des pinces du générateur à chaque demi-rotation. Essentiellement, les générateurs CC ne sont que des générateurs CA qui ont un redresseur "mécanique".

Vous pouvez construire des générateurs sans aucun contact électrique entre les pièces mobiles, mais vous ne pouvez pas construire de commutateurs sans ceux-ci.

Étant donné que ces contacts sont très susceptibles d'échouer sous une utilisation constante, dans des environnements sales et vibrants, il est très souhaitable de ne pas les utiliser dans les voitures. J'irais même jusqu'à dire que si vous n'en construisez pas un très cher, la résistance de contact pourrait être supérieure à ce que vous perdez sur un pont redresseur.

Marcus Müller
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Juste pour renforcer le point d'efficacité, les alternateurs prennent quelque chose comme 30-40W pour générer le champ magnétique (selon les travaux de Hugh Piggott sur les petites éoliennes) afin qu'un générateur AC à aimant permanent (moteur PMSM ou BLDC) soit plus efficace. Mais une perte de 30 à 40 W est actuellement considérée comme acceptable lorsqu'elle est entraînée par un moteur de 30 à 40 kW (ou plus). Et les aimants permanents coûtent de l'argent ...
Brian Drummond
Eh bien, des commutateurs à faible résistance de contact peuvent être construits - l'un est utilisé dans le démarreur - une machine qui doit gérer un courant de rotor très élevé afin de produire suffisamment de couple pour retourner un moteur à combustion interne froid contre l'opposition d'huile épaisse, froide - jeux réduits et, avec les moteurs diesel, compression élevée. Des pertes de commutateurs élevées vous laisseraient bloqués :(
Martin James
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C'est vrai @MartinJames, mais la plupart des démarreurs ne fonctionnent que quelques secondes par jour. Même alors, ils sont remplacés presque sinon plus souvent que les alternateurs.
Trevor_G
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@Trevor oui, le faible cycle de service signifie encore plus d'économies dans la construction. Étant donné que la plupart des moteurs (avec leurs injecteurs informatisés, leur allumage, etc.) démarrent pour la première fois ces jours-ci, je soupçonne que les démarreurs sont maintenant encore plus avec perte et susceptibles de tomber en panne que dans les décennies précédentes :(
Martin James
D'ailleurs, des aimants permanents peuvent être utilisés pour activer un enroulement d'excitation qui peut ensuite alimenter le champ du générateur.
Harper - Rétablir Monica
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L'alternateur DOIT générer BEAUCOUP d'ampères à une très large gamme de vitesses de rotation. De plus, la charge électrique peut et va changer radicalement d'un moment à l'autre.

Une dynamo à aimant fixe nécessiterait un système de régulation de tension extrêmement robuste pour générer les tensions et les demandes requises.

Une solution beaucoup plus simple, et dans mon esprit, plus élégante est l'humble alternateur. entrez la description de l'image ici

Malgré ce que les gens pensent, les voitures n'ont PAS de régulateur de tension. Ils ont en fait un "régulateur de champ".

L'alternateur a une bobine de rotor rotative qui génère la partie MAGNET. Cette bobine est composée de plusieurs tours de fil relativement mince. Autour de ce rotor est le stator qui contient les bobines de génération qui sont faites de fils beaucoup plus lourds capables de transporter les ampères dont vous avez besoin pour faire fonctionner votre voiture.

Afin de maintenir une tension maximale constante à la sortie de l'alternateur, la quantité d'électro-magnétisme générée par la bobine de rotor est régulée par le régulateur de champ. Étant donné que cette bobine a une résistance élevée, elle n'utilise pas beaucoup de courant pour l'exciter. En fait, lorsque le moteur n'est pas démarré, il est excité par la batterie à travers le voyant de charge.

La beauté de ceci est que si vous n'utilisez aucune puissance, l'alternateur produit très peu de charge sur le moteur. Lorsque vous avez besoin d'énergie, elle est disponible presque instantanément.

Les pièces sont simples, bon marché, fiables et efficaces.

BTW: l' alternateur est un peu inapproprié. Votre alternateur de voiture produit du courant continu et non du courant alternatif, que ce soit avec une ondulation importante. Tout ce qui précède est contenu dans la plupart des alternateurs. Generator aurait été un meilleur nom.

Alors pourquoi ne pouvez-vous pas faire quelque chose de similaire avec une dynamo? C'est-à-dire remplacer les aimants permanents par des électro-aimants. Eh bien, la vérité est que vous pourriez. Cependant, vous devez comprendre qu'une dynamo est simplement un alternateur avec un redresseur mécanique.Une dynamo nécessite une bague de commutation et des balais pour activer et désactiver les bobines au moment approprié dans le cycle de tension.

Cela ajoute beaucoup plus de dépenses que quelques diodes, a des problèmes d'usure et de fiabilité, et est TRÈS électriquement bruyant. De plus, lors de la commutation, il y a des pertes lorsque les bobines sont temporairement court-circuitées par la brosse ou sont laissées en boucle ouverte et ne vous donnent aucune puissance.

Donc, si vous conceviez une telle bête, vous penseriez, hmmm .. comment puis-je me débarrasser de ce redresseur mécanique ... OOO .. Permet d'utiliser ces nouveaux trucs appelés diodes ... avant de le savoir .. vous êtes retour à ce que nous appelons maintenant l'alternateur.

C'est probablement ainsi que la chose a été inventée en premier lieu.

Trevor_G
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Vous avez mon +1 pour l'inclusion du régulateur de champ, l'une des meilleures raisons de ne pas utiliser d'aimants permanents dans un générateur.
Kaithar
juste pour être sûr que cela est bien compris: la phrase "... l'électromagnétisme généré par la bobine de stator est régulée ..." aurait dû être " bobine de rotor " - et le composant étiqueté "régulateur de tension" dans le schéma est en fait le régulateur de champ?
dlatikay
@Kaithar bien, si vous allez utiliser des aimants permanents, alors vous devez faire quelque chose de plus sophistiqué sur le contrôle de sortie, par exemple MPPT avec vidage suffirait certainement.
Harper - Rétablir Monica
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Un autre point est que les alternateurs avec une armature et un champ fixes sur le rotor sont plus facilement et à moindre coût régulés. Seule une alimentation de champ CC doit être fournie au rotor, ce qui réduit la puissance nominale des bagues collectrices par rapport à un commutateur de machine CC. Étant donné que les batteries au plomb utilisées dans les voitures ont une résistance interne très faible et une plage de travail PD si étroite, tout système de charge entraîné par un moteur à combustion interne (avec sa large plage de régime) nécessite un contrôle / régulation. Une `` dynamo '' CC avec un stator PM nécessiterait le contrôle de la sortie complète de la machine.Un alternateur peut être régulé en contrôlant le courant de champ vers le rotor avec un régulateur électronique de puissance relativement faible, la sortie de l'armature du stator étant connectée directement à un bloc redresseur et une batterie sans contact mobile.

Martin James
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Avant l'invention des diodes de puissance au silicium, les alternateurs de voiture étaient en effet des machines à courant continu, avec le champ contrôlé par le bobinage du stator et un petit régulateur mécanique. +1 de toute façon.
Janka
@Janka oui. Un système garanti pour vous laisser définitivement coincé avec une batterie à plat ou à sec. L'escorte Mk1 de ma femme avait un tel engin - nous l'avons remplacé par un alternateur dès que possible :)
Martin James
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Les alternateurs ont un rotor qui peut tourner avec beaucoup plus de vitesse sans se briser en raison des forces centrifuges. Ainsi, il peut générer suffisamment de tension même à bas régime, avec le bon rapport de transmission de la courroie. Cela pourrait être la principale raison de leur utilisation dans les voitures.

Marco Borba
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