سیستم شارژ خودرو — به زبان ساده

بخش اصلی سیستم شارژ خودرو، آلترناتور است. آلترناتور در حقیقت یک ژنراتور است که جر یان متناوب(AC) مشابه برق خانه تولید می‌کند. سپس این جریان، به جریان مستقیم (DC) تبدیل می‌شود، زیرا سیستم الکتریکی خودروها مبتنی بر $$\mathrm{۱۲}$$ ولت DC است.

یک رگولاتور، ولتاژی شارژی را که آلترناتور تولید کرده، بین $$\mathrm{۱۳٫۵}$$ تا $$\mathrm{۱۴٫۵}$$ ولت نگه می‌دارد تا از اجزای الکتریکی خودرو محافظت شود.

همچنین، سیستمی وجود دارد که در صورت بروز مشکل در سیستم شارژ، راننده را مطلع می‌کند. این سیستم معمولاً شامل یک ولت‌متر، آمپرمتر و چراغ هشدار است. چراغ هشدار معمولاً با یکی از نام‌های “Gen” یا “Bat” یا “Alt” مشخص می‌شود. اگر این چراغ روشن شود، یعنی مشکلی در سیستم شارژ خودرو وجود دارد. شایع‌ترین مشکل در سیستم شارژ پاره شدن تسمه دینام است.

دینام با یک تسمه و توسط موتور می‌چرخد. تسمه به قرقره جلوی میل لنگ موتور متصل است و معمولاً اجزای دیگری مانند پمپ آپ و کمپروسر تهویه هوا را نیز می‌چرخاند. در برخی موتورها بیش از یک تسمه به کار رفته است که معمولاً با نام‌های تسمه فن، تسمه دینام و… شناخته می‌شوند.

شکل زیر سیستم شارژ یک خودروی معمولی را نشان می‌دهد.

اجزای سیستم شارژ خودرو

در ادامه، هر یک از بخش‌های مختلف را با جزئیات بیشتری توضیح می‌دهیم.

آلترناتور

آلترناتور از قواعد الکترو مغناطیسی برای تولید جریان استفاده می‌کند. اگر یک آهنربای قوی داشته باشیم و آن را به یک سیم نزدیک کنیم، اندکی ولتاژ در دو سر سیم ایجاد می‌شود. حال اگر سیم را به یک سیم‌پیچ یا کویل تبدیل کنیم، ولتاژ‌ بیشتری القا خواهد شد.

یک آلترناتور دو بخش اصلی به نام استاتور و روتور دارد. روتور مستقیماً به قرقره آلترناتور متصل است. تسمه قرقره را می‌چرخاند و موجب چرخش روتور می‌شود. استاتور بدنه آلترناتور را تشکیل می‌دهد و ثابت است. فضای داخل استاتور به گونه‌ای است که روتور به راحتی درون آن می‌چرخد.

استاتور سه مجموعه سیم‌پیچی دارد که برای سه فاز توزیع شده‌اند. در برخی سیستم‌ها، سیم‌ها در یک انتها به همدیگر متصل می‌شوند و سر دیگرشان به یکسوساز متصل می‌گردد (اتصال ستاره). در بعضی سیستم‌های دیگر، انتهای سیم‌ها به صورت انتها به انتها به یکدیگر متصل شده و مجموعه به یکسوساز وصل می‌شود (اتصال مثلث).

روتور دارای آهنرباهای قوی است که به سیم‌پیچی‌های استاتور مجموعه نزدیک هستند. آهن‌رباهای روتور در واقع آهن ربای الکتریکی هستند، نه آهن‌ربای دائم. این به آن دلیل است که می‌توانیم ولتاژ‌ تولیدی آلترناتور را با تنظیم مقدار جریانی که تولید کننده میدان مغناطیسی روتور است کنترل کنیم. در این صورت قادر خواهیم بود خروجی آلترناتور را برای نیازهای مختلف و نیز محافظت مدارهای خودرو از اضافه ولتاژ کنترل کنیم.

همان‌طور که می‌دانیم، یک آهن‌ربا دو قطب شمال و جنوب دارد و آهن‌ربا‌های الکتریکی نیز از این قاعده مستثنی نیستند. روتور دو قسمت دارد که به هم قفل شده‌اند و به گونه‌ای قرار گرفته‌اند که قطب شمال و جنوب به صورت متناوب و به طور مساوی توزیع شوند.

وقتی روتورِ درون استاتور را می‌چرخانیم و از طریق دو جاروبک به آن جریان اعمال می‌کنیم، یک تماس ثابت با دو حلقه لغزان شفت روتور وجود خواهد داشت. این موضوع سبب می‌شود روتور مغناطیده شود. قطب‌های شمال و جنوب متناوب آهن‌ربا از کنار سه مجموعه سیم‌پیچ استاتور می‌گذرند و ولتاژ در سه سیم‌پیچ القا می‌شود. به عبارت دیگر، جریان متناوب در استاتور تولید می‌شود.

اکنون باید جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل کنیم. این کار را با یک مجموعه شش تایی از دیودها که یکسوساز را تشکیل داده‌اند انجام می‌دهیم. هر دیود جریان را فقط در یک جهت از خود عبور می‌دهد و در جهت دیگر آن را سد می‌کند. خروجی یکسوساز جریان DC است.

از این شش دیود، دو دیود مربوط به هر فاز سیم‌پیچ استاتور است. ترکیب دیودها سبب می‌شود قبل از آنکه جریان AC از طریق ترمینال B خارج شود، به جریان DC تبدیل گردد. ترمینال B از طریق یک سیم نسبتاً قطور مستقیماً به باتری متصل می‌شود.

جریانی که میدان مغناطیسی روتور را تولید می‌کند، از سوئیچ استارت می‌آید و از رگولاتور ولتاژ عبور می‌کند. از آن‌جایی که روتور در حال چرخش است، باید راهی برای اتصال جریان از رگولاتور به روتور در حال چرخش پیدا کنیم. این کار را می‌توان وصل کردن سیم‌ها به دو جاروبک متصل به فنر که در مقابل شفت روتور تعبیه شده‌اند انجام داد. رگولاتور ولتاژ، ولتاژ خروجی آلترناتور را پایش می‌کند و زمانی که به ولت برسد، رگولاتور جریان روتور را برای تضعیف میدان مغناطیسی کاهش می‌دهد. وقتی ولتاژ افت کند، جریان روتور افزایش می‌یابد.

در آلترناتور، یک مدار دیگر نیز برای کنترل چراغ هشدار داشبورد در سیستم شارژ وجود دارد. این بخش از مدار مجموعه دیگری از دیودها (سه تایی) هستند که درون دینام یا آلترناتور تعبیه شده‌اند. جریان‌های سه سیم‌پیچ استاتور به مجموعه سه دیود وارد شده و مقدار کمی از آن از دیودها عبور می‌کند.

بعد از دیودها، سه سیم به یک سیم متصل شده و جریان خروجی با نام L به چراغ هشدار داشبورد هدایت می‌شود که این چراغ، وجود اختلال در سیستم شارژ را نشان می‌دهد. سمت دیگر چراغ به کلید استارت متصل می‌شود. اگر هر دو ترمینال چراغ هشدار ولتاژ مثبت برابر داشته باشند، چراغ روشن نخواهد شد. حذف ولتاژ یک سمت چراغ هشدار، سبب مشخص شدن مشکل می‌شود.