自動車用発電機の自動制御の原理
自動車用発電機の自動制御原理は、主に電磁誘導と磁界電流制御によって電圧安定化を実現する。具体的なメカニズムは以下のとおりである。
電磁誘導制御機構
発電機は電力需要に応じて発電量を自動的に調整します。バッテリー残量が不足している場合や高出力の電気機器を使用している場合は、磁界電流を増強することで発電量を増加させます。バッテリーが満充電になると、磁界電流は自動的に減少し、基本的な電力需要のみを維持します。
電圧調整の原理
出力電圧の安定性を確保するため、磁界電流を自動的に調整することで磁束を変化させます。発電機の回転速度が変化して電圧変動が生じると、レギュレータは異常信号を検知し、励磁電流を変化させることで磁界強度を調整し、電圧を設定範囲に戻します。例えば、回転速度が上昇した場合は励磁電流を減少させて過電圧を防ぎ、回転速度が低下した場合は励磁電流を増加させて電圧の安定性を維持します。
さまざまな種類のレギュレーター
Youdaoplaceholder0 リレーレギュレータ:リレー接点のオン/オフを制御して磁場回路を調整することにより、自動電圧調整を実現します。
Youdaoplaceholder0 電子レギュレータ(内部接地型/外部接地型など):トランジスタや電圧安定化ダイオードなどの部品を用いて、回路のオン/オフによって磁界電流を制御します。
このシステムは、発電量と電力需要のバランスを効率的に取り、エネルギーの無駄をなくし、機器の耐用年数を延ばすことができます。
カージェネレーターは、車両の主要な電源です。その機能は、エンジンが正常に作動している間、スターターを除くすべての電気機器に電力を供給すると同時に、バッテリーを充電することです。
一般的な交流発電機の三相固定子巻線をベースに、巻線の巻数を増やし、接続端子を引き出して、三相ブリッジ整流器を追加した。低速時には、元の巻線と追加された巻線が直列に出力され、高速時には、元の三相巻線のみが出力される。
オルタネーター全体の動作原理
外部回路がブラシを介して励磁巻線に通電すると、磁場が発生し、爪型磁極がN極とS極に磁化されます。回転子が回転すると、固定子巻線内の磁束が交互に変化します。電磁誘導の原理により、固定子の三相巻線に交流誘導起電力が発生します。これが交流発電機の発電原理です。
直流励磁同期発電機の回転子は、原動機(すなわちエンジン)によって回転速度n(rpm)で駆動され、三相固定子巻線に交流電位が誘起されます。固定子巻線が電気負荷に接続されると、モータは交流を出力します。この交流は、発電機内部の整流ブリッジによって直流に変換され、出力端子から出力されます。
交流発電機は、固定子巻線と回転子巻線の2つの部分に分かれています。3相固定子巻線は、ケーシング上に互いに120度の電気角で配置され、回転子巻線は2つの極爪で構成されています。回転子巻線に直流電流が流れると励磁され、2つの極がN極とS極を形成します。磁力線はN極から始まり、エアギャップを通って固定子コアに入り、隣接するS極に戻ります。回転子が回転すると、回転子巻線が磁力線を横切り、固定子巻線に120度の電気角の差を持つ正弦波状の起電力、すなわち3相交流電流が発生します。この電流は、ダイオードで構成された整流素子によって直流出力に変換されます。
スイッチを閉じると、まずバッテリーから電流が供給されます。回路は次のようになります。
バッテリーのプラス端子 → 充電表示灯 → レギュレータ接点 → 励磁巻線 → 接地 → バッテリーのマイナス端子。この時点で、電流が流れるため充電表示灯が点灯します。
しかし、エンジン始動後、発電機の回転速度が増加するにつれて、発電機の端子電圧も上昇し続けます。発電機の出力電圧がバッテリーの出力電圧と等しくなると、発電機の「B」端子と「D」端子の電位が等しくなります。このとき、両端の電位差がゼロになるため、充電表示灯が消灯します。これは、発電機が正常に動作しており、励磁電流が発電機自身によって供給されていることを示しています。発電機内の三相巻線によって生成された三相交流起電力は、ダイオードによって整流され、直流を出力して負荷に電力を供給し、バッテリーを充電します。
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