A dinamó egy olyan elektromos gép, amely mechanikai energiát alakít át elektromos energiává, elsősorban egyenáram formájában. Működésének középpontjában a tekercsek és a mágneses tér kölcsönhatása áll. A dinamó tekercseinek hossza, menetszáma, keresztmetszete, valamint a felhasznált anyagok mind befolyásolják a gép teljesítményét és hatásfokát.
A tekercs alapvető paraméterei és szerepük
A tekercs hossza (l), menetszáma (N), keresztmetszete (A), valamint az anyag relatív permeabilitása alapvető fontosságú a dinamó működése szempontjából. Ezek a paraméterek közvetlenül befolyásolják az indukált feszültséget és az áramot, amelyet a dinamó termelni képes. A vasmagokra vonatkozó katalógusadatok segítenek a megfelelő anyagok kiválasztásában, figyelembe véve az elektromágneses tulajdonságokat és a hőelvezetést.
Rézveszteség és keresztmetszet
A rézvezető keresztmetszete alapvetően meghatározza a tekercs elektromos ellenállását. Minél nagyobb a rézvezető keresztmetszete, annál kisebb az ellenállás, így annál kisebb a rézveszteség is. A rézveszteség ennek az ellenállásnak a következtében lép fel, és hővé alakuló elektromos energiát jelent, ami csökkenti a dinamó hatásfokát. A jó minőségű, megfelelő keresztmetszetű huzalozás, mint az EU-szabványnak megfelelő "duoflex", vagyis dupla-zománcos szigetelésű huzal, garantálja a minőséget és tartósan ellenáll a forró olaj által kitett hőterhelésnek, amely például személygépkocsik, motorkerékpárok, teherautók és egyéb haszonjárművek generátor-tekercselő elemeinek javítása, újratekercselése során kiemelten fontos.
Vasveszteség és összetevői
A tekercs veszteségeinek nagy része a mágneses teret kitöltő vasmag hatására lép fel. Ez a vasveszteség több összetevőből áll, és mindegyik hozzájárul a dinamó hatásfokának csökkenéséhez.
Örvényáramú veszteség
Ezt a vasban fellépő örvényáramok okozzák. Az örvényáramok a váltakozó mágneses tér hatására indukálódnak a vasmagban, és zárt hurkokban áramolva hővé alakítják az elektromos energiát. Az örvényáramú veszteségek minimalizálása érdekében a vasmagokat vékony, egymástól szigetelt lemezekből építik fel.
Hiszterézis veszteség
A ferromágneses anyagok váltakozó áramú átmágnesezésekor minden periódus alatt veszteség keletkezik. Ezt a belső súrlódás okozza, ami hőfejlődéssel jár. A hiszterézis veszteség nagysága függ a vasmag anyagától és a mágneses tér erősségétől. A maradék mágnesesség, amely az öngerjesztő dinamók működéséhez szükséges, szintén szoros összefüggésben van a hiszterézis jelenséggel.
Maradékveszteség
Ez egy gyűjtőfogalom, amely azokat a veszteségeket tartalmazza, amelyek a mágneses térerősség és az indukció közötti fáziseltérés következményei. Ezek a veszteségek gyakran nehezen elkülöníthetőek, és a vasmag anyagának komplex mágneses viselkedéséből adódnak.
How to operate a dynamo
Szórt kapacitások és induktivitások
A dinamó működését befolyásoló egyéb tényezők közé tartoznak a szórt kapacitások és a szórt induktivitások, különösen nagyfrekvenciás működés esetén.
Szórt kapacitások
A tekercs szórt kapacitása két részből tevődik össze: a belső kapacitásból, ami a szomszédos menetek, és a menetek alkotta szomszédos sorok között lép fel, valamint a külső kapacitásból, amely a tekercsek és a vasmag, illetve az egyes tekercsek között lép fel. A szórt kapacitásoknak jelentősége elsősorban nagyfrekvenciás működés esetén van, ahol rezonancia jelenségeket okozhatnak, befolyásolva a dinamó frekvenciaválaszát.
Szórt induktivitás
Csatolásban lévő tekercsek esetén a fluxusnak csak egy része halad át mindkét tekercsen. Egy kisebb része csak egyik vagy másik tekercs meneteivel kapcsolódik. Ezeket az indukcióvonalakat a szórt induktivitás meghatározásakor figyelembe kell venni. A szórt induktivitás csökkentése érdekében a tekercseket gondosan tervezik és gyártják, minimalizálva a mágneses szóródást.
Tekercselés és szigetelés a dinamókban
A dinamó tekercseinek szigetelése rendkívül fontos a megbízható és tartós működés érdekében. A szigetelőanyagoknak ellenállónak kell lenniük a hőnek, a rezgésnek és az elektromos feszültségnek.
Szigetelési technológiák
A műgyanta szigetelő-telítőanyag a térhálós szerkezetével biztosítja a tekercselés rögzítését, rezonancia-mentességét. Ez a fajta bevonat nem lakkozás, hanem egy mélyebben behatoló és tartósabb szigetelést eredményez. Erre jön az ún. triflexil, amely háromrétegű horonyszigetelő, amelyet a nagyobb teljesítményű villamos gépekben általánosan használnak. Ez a megoldás a több évtizedes tapasztalatok szerint a legstabilabb szigetelési mód a mai napig. A szigetelő behelyezése során a horony (pólus) szélén eleve duplán papíroznak, egy "u" alakú záró szigetelést is kap a pólus, tehát lényegében a triflexil is duplán számít, így összesen 6 rétegű (plusz az első műgyanta bevonat) szigetelés jön létre.
Gyári és egyedi megoldások
A szigetelésnél nagyon fontosak az általános, villamosgépészeti ismeretek és a működési elv alapos ismerete. Ezen ismeretek nélkül nem lehet nagy biztonsággal megoldani a szigetelést. A gyári gépeken ez a fajta fázisszigetelés teljes egészében hiányzik, mivel a tekercselő robotok nem tudnak külön szigetelő lemezkéket elhelyezni a legkényesebb részeken, az ún. átlépő szálakon és a kivezetések kereszteződéseiben. Ezért van, hogy ha Ön kibontja a hibás tekercset, láthatja, hogy elsőként mindig a forrasztás környékén ég meg, ott mindig feketébb, mivel ott keresztezik egymást a fázistekercsek. Ez rávilágít az egyedi, kézi tekercselés és szigetelés előnyeire, ahol a kritikus pontokra fokozott figyelmet lehet fordítani.
Dinamó szabályzók és azok működése
A dinamók, különösen az idősebb járművekben, feszültségszabályzóval működnek, ami biztosítja, hogy a generált feszültség stabil maradjon a motor fordulatszámának ingadozása ellenére.
Mechanikus feszültségszabályzók
A mechanikus feszültségszabályzó már régóta gyártott klasszikus, legtöbbször tapasztalt motorosok vásárolják, akiknek változtatniuk kell a jelenlegi szabályozáson. Az ilyen típusú szabályzók beállíthatóak a rugó feszítési erővel. Fontos, hogy minden állítgatás után vissza kell tenni a doboztetőt, és megvárni a hőkiegyenlítődést. Olykor még a relé beépítési helyzetét is figyelembe kell venni.
Egy mechanikus relé a gerjesztést kapcsolja DF kivezetésen. Alapesetben az összes gerjesztő áramot megkapja a tekercs. Ha emelkedik a feszültség, jön a középállás, ahol valószínűleg alul van ellenállás, legalább 1 vagy 2 db, és ezen az ellenálláson fog folyni a gerjesztő áram. A relé közepén található érintkező arra hivatott, hogy a dinamó kimenetét rákapcsolja az akkumulátorra, csakis akkor, ha a feszültség már elérte a megfelelő nagyságot (behúz). A bal oldali relé teljes mértékben a starter relé. Fontos, hogy ha a vezeték, ami az akkutól jön és a dinamóra megy, fel van cserélve (két bal oldali kivezetés), a töltés nem fog működni.
A szabályzó bekötése és hibaelhárítás
Például egy 6V 75W-os dobozrelé dinamóhoz történő csatlakoztatásának összeszerelése során a következőképpen készítjük elő a kapocstáblát a dobozrelé csatlakoztatásához:
- Megjelöljük a dinamón az első csatlakozást, az állórész tekercséből a vezetéket + az ellenállástekercs vezetékét az M sorkapcson. Ezt az ellenállástekercset leszedjük a dinamóról. Ebből a csatlakozásból egy vezetéket vezetünk a reléhez, és jelöljük meg M.
- Megjelöljük a második csatlakozást a dinamóhoz, a második vezetéket az állórész tekercséből + a szénszálat a D kapocslécen (korábbi 61-es érintkező). A sorkapocsról levesszük a reléhez vezető kábelt és D-vel jelöljük. Ezen módosítás után 2 vezetékünk (M és D) megy a dinamótól a reléig.
- A 61-es érintkezőhöz vezető elektromos köteg vezetékét a reléhez húzzuk és D-vel jelöljük.
- Az 51-es érintkezőhöz vezető vezetéket állandó feszültség alatt a reléhez húzzuk, és B-vel jelöljük.
A beállítás után két (D és B) címkével ellátott vezeték érkezik a kötegből. Így a reléhez a következő számú vezetékek csatlakoznak: D - 2x, M - 1x, B - 1x. Pontosan a jelöléseknek megfelelően a relé érintkezőire kell rákötni, amelyek ugyanúgy vannak jelölve, mint D, M, B.
Modernizálás és alternatívák
Bár a mechanikus szabályzók klasszikusak, léteznek modern alternatívák is. Például egy 12V-os feszültségszabályzó (quadon volt) elvileg rárakható, de nem valószínű, hogy működne, ha a dinamó eredetileg 6V-os, mivel a dinamó 12V-on már eléggé kis teljesítményű lenne. A 12V-os fesszabályzó valószínűleg - testelésű, míg sok régebbi dinamó pozitív testelésű. Fontos a polaritás kompatibilitása.
Például egy 250 559-es (6 V pozitív testtel) generátor részéhez lehet keresni már jól bevált kapcsolást. A probléma, hogy a generátor után a feszültségszabályzó havonta rosszalkodik, így nem lehet normálisan használni a gépet. Erre megoldás lehet egy stabilabb elektronika.
Egyes esetekben, mint például egy Rába15-ös kis traktor állandó mágneses generátoránál, ahol 3 vezeték jön ki a lendkerék alól, és a mért feszültség 12 és 18 Volt között mozog terhelés nélkül két kivezetés között mérve, szükséges egy töltő elektronika kapcsolási rajza. A gyári elektronika hiányában csak egy sima generátor diódahíd alkalmazása nem a legjobb megoldás.
Léteznek IC-vel felépített akkumulátor töltésszabályzók, például az LM723 ic-vel megépített változatok. Egy 12V 150W-os DUCATI 40.35.54.02 generátorhoz és SAPRISA 276 feszültségszabályzóhoz nehéz lehet rajzot találni. Az LDA 820-as szabályzó is egy lehetséges alternatíva, amelynek bekötési vázlata is elérhető. Fontos, hogy a megfelelő típusú és kiosztású szabályzót válasszuk.
Mágneses terek és indukció
A dinamó működése szorosan összefügg a mágneses terekkel és az indukció jelenségével. Az indukció akkor történik meg, amikor egy horonyban lévő tekercskötegen áthalad a pólus, a horony egyik szélétől a másikra átugranak az erővonalak.
Az indukció alapelvei
A mágnesesség mai oktatásának egyik igen nagy hibája, hogy az indukciót mindig zárt tekercshurokkal és egy keresztmetszetben növekvő/csökkenő indukcióval tanítják. Ez matematikailag tökéletesen igaz is, de gyakorlatban lekorlátozza a taneszközöknél kicsit is bonyolultabb gépezetek megértését. Teljesen más szemléletet ad az, ha mindig az erővonalak és a vezető anyag találkozásának pillanatát keressük, vagyis amikor a vezető áthalad/metszi a mágneses erővonalakat.
Monopólusú generátorok és Jedlik Ányos
Jedlik Ányos ötlete zseniális volt, egy olyan egyenáramot adó áramfejlesztő, amiben a kimeneti feszültség a menetszámokkal arányos. Legalább állandómágnes nincs benne, öngerjesztő, a magban maradt remanens mágnesességet használja. Tesla továbbfejlesztette Faraday egypólusú generátorát, megkétszerezte a kimeneti feszültséget, megoldotta a nagy áramú kivezetést, a minimalizált mágneses utat és szintén öngerjesztő volt. Még a Lenz erő csökkentésére is tett javaslatokat.
Egyes kísérletek szerint monopólusú forgórésszel is váltóáram keletkezik, viszont lehet torzítani az indukált áram/fesz görbéjét. Ha a belső részen csak a gyűrűvasmagra van a huzal tekercselve, azaz a tekercs vastagságától függ a légrés, amely több milliméteres a forgórésztől, akkor valóban nagyon-nagyon alacsony hatásfokú lesz. Más tekintetben viszont pont hogy jó koncepció, igaz nem a legmodernebb. A gyűrűből valóban nem lépnek ki erővonalak, hanem benne vándorolnak a mágnest követve.
Tekercselési elrendezések
Ha a tekercs egyenletesen van tekercselve "szimmetrikus a középpontra" és teljesen körbe ér a vasmagon (akár több rétegben), akkor a két kivezetésén nulla feszültség indukálódik, mivel ha feltételezzük, hogy az órajárásával megegyezően forog a mágnes, akkor az állórész belső felén lévő huzalszálakban az északi pólusnál "lefelé" folyó áram keletkezne, a déli pólusnál "felfelé" irányuló. Ha viszont a tekercs kettő részből állna, a forgási tengely mentén kettéosztva, akkor az egyik tekercs a fenti irányokkal "pozitív", a másik tekercs "negatív" félhullámot produkál, mindaddig amíg felette mágnespólus halad és az osztáson áthaladva meg nem cserélődik az indukált feszültség polaritása a tekercseken. Azért nem alkalmaznak ilyen tekercselést, mivel így a huzal egy jelentős hossza, ami kívül halad a vasmagon és nem esik az indukció útvonalába, nincs munkára fogva. Hurkot kell alkotnia, ezért a tekercsnek mindig van egy nevezzük elmenő és visszajövő ágnak, de itt csak az egyik ág dolgozik az indukció szempontjából.
How to operate a dynamo
Dinamó felújítás és javítás
Az elhasználódott vagy hibás dinamó tekercsek cseréje vagy javítása elengedhetetlen a motor elektromos rendszerének megfelelő működéséhez.
Állórész tekercs szerepe
A dinamó állórész tekercs kulcsszerepet játszik a motor elektromos rendszerének működésében, hiszen ez felelős az áramtermelésért és az akkumulátor töltéséért. Megfelelő állapota elengedhetetlen a stabil gyújtáshoz és az elektromos fogyasztók megbízható működéséhez. Elhasználódott vagy hibás tekercs esetén gyenge töltés, indítási nehézségek vagy teljes elektromos kiesés is jelentkezhet. Cseréjével visszaállítható a rendszer megfelelő működése és a motor üzembiztonsága. Ez az állórész tekercs a gyári paraméterekhez igazodik, így ideális választás felújításhoz vagy javításhoz.
Hibajelenségek és megoldások
Gyakori jelenség például, hogy egy régi csónakmotor dinamója nem tölt. A régi relé süket, vagy szénné van égve. Ilyenkor nehéz kideríteni, mi hová megy benne, és az sem tiszta, hogy maga a dinamó tölt-e egyáltalán. Az indításhoz elviekben csak egy akku, meg két izmosabb kábel szükséges. Fontos figyelni a kábelek keresztmetszetére is; egy ekkora teljesítményű egyszerű dinamó szabályzójához legfeljebb 4 mm2-es vezeték megy, de általában megelégszenek a 2,5-össel, míg egy indítóhoz akár 25mm2-es kábelek is szükségesek lehetnek.
Az indítás soros gerjesztésű egyenáramú motorként működhet, így az indítás része egyszerű. A relé indító része (.Bal oldalon) a "30h" megy a starterhez a"B+30" az akkura, és ezt kapcsolja egy tekercs aminek az egyik vége testen a másik vége pedig az 50 es lábra megy. Kell lennie valami áthidalásnak, amit nem látunk, mert valahogyan a töltőáramnak a B+30 felé kell kúsznia, különben nem jut el az akkuig.
Előfordulhat, hogy a dinamó D+ tőcsavarja a dinamó házon elforog. Ilyenkor célszerű utánajárni a dinamó pontos típusának és keríteni egy elvi rajzot. Gazdaságilag is jobban megérheti egy működő használtat komplett relével megvenni, esetleg újat, még ha nem is olcsó, mint egy bizonytalan állapotú régihez 150€-ért egy relét.
A dinamó belső felépítése meglepő lehet. Például egy olyan dinamó, ami 4 szénkefe tartóval, 4 szénkefével és 3 db rugóval rendelkezik, meglepő lehet. Ilyenkor a régi mechanikus megoldás kiváltása egy új dinamóval lehet a legjobb megoldás.
