Dynamo:

Op deze pagina worden de volgende onderdelen beschreven:
-Algemeen
-Werking
-Rotor
-Stator
-Voorbekrachtiging, Zelfbekrachtiging en Laadstroom
-Spanningsregelaar
-Dynamoaansluitingen
-Statorschakelingen
-Gelijkrichtdioden
-Rimpelspanning
-Vrijlooppoelie
-Ventilator
-Energie terugwinning

Algemeen:
Als de motor draait, zorgt de dynamo ervoor dat de accu geladen wordt, en de verbruikers worden voorzien van stroom (bijv. radio, verlichting etc.) De dynamo wordt door de multiriem aangedreven. De dynamopoelie draait daar door rond, en die bewegingsenergie wordt in de dynamo omgezet in elektrische energie.

Het toerental van de motor heeft invloed op de spanning van de dynamo. Hoe harder de motor draait, des te harder de poelie draait waardoor er meer stroom opgewekt kan worden. De spanning mag niet te hoog zijn, en wordt door de spanningsregelaar begrenst.
Later meer over de spanningsregelaar.

In de dynamo wordt wisselspanning opgewekt. In heel het elektronische circuit van de auto wordt gelijkspanning toegepast. Ook de accu kan alleen maar worden opgeladen met gelijkspanning. De wisselspanning wordt m.b.v. de dioden in de diodenbrug omgezet in gelijkspanning.

 

De grootte van de spanning die wordt opgewekt is afhankelijk van:

-De snelheid waarmee de geleider en het magnetisch veld van elkaar bewegen.

-De lengte van de wikkelingen

-De sterkte van het magnetisch veld.

 

 

Werking:

Bij autodynamo’s roteert het magnetisch veld (de rotor). Als de magneet draait, bewegen de noord- en zuidpool ten opzichte van de stator. In de stator wordt daardoor een wisselspanning opgewekt. 

Bij 1 omwenteling van de magneet heeft de spanning die in de geleider is opgewekt de vorm van een sinus.


 

Rotor:
De rotor is geen permanente magneet, maar een elektromagneet. Door spanning aan de elektromagneet te geven, wordt deze magnetisch. Door de rotorstroom te vergroten of te verkleinen opgewekte spanning geregeld worden. Dit is de taak van de spanningsregelaar.

De rotor heeft poolklauwen (pluspolen en minpolen). Achter de poolklauwen zitten velddioden.
Er moet eerst een stroom door de velddioden gestuurd worden, waardoor de rotor bekrachtigd kan worden. De veldstroom wordt via koolborstels en sleepringen aan de veldwikkeling toegevoerd.

Het ontstaan van de noord- en zuidpool is afhankelijk van de stroomrichting van de veldwikkeling. Als de stroomrichting door de rotor omdraait, verwisselen de noordpool en zuidpool van plaats. Doordat de poolklauw meerdere klauwen heeft, ontstaan er ook meerdere magneten. Een noordpool en een zuidpool samen vormen één poolpaar. Meestal heeft een rotor 6 poolparen.
 

 

 

 


 

Stator:
De dynamo die in vrijwel alle auto's worden toegepast is een drie-fasen wisselstroomdynamo. Dit houdt in dat de dynamo is opgebouwd uit 3 statorspoelen en een rotor. Elke statorspoel produceert zijn eigen opgewekte spanning. Omdat alle statorspoelen onder een hoek van 120 graden ten op zichte van elkaar zijn gemonteerd, zijn de opgewekte spanningen ook 120 graden in fase verschoven.
Deze spanningen worden door de 3 min- en 3 plusdiodes (dus totaal 6 diodes) bij elkaar opgeteld gelijkgericht.


 

Links staan een stator en een rotor los afgebeeld. In werkelijkheid draait de rotor rond in de stator, en raken ze elkaar nauwelijks.

 

Voorbekrachtiging, zelfbekrachtiging en laadstroom:
Voorbekrachtiging:
De motor staat uitgeschakeld, en het controlelampje brandt. De voorbekrachtigingsstroom gaat via de accu, contactslot, rotor, regelaar naar de massa. Dit is mogelijk, omdat de in de spanningsregelaar de zenerdiode spert, en de basisstroom T1 in geleiding brengt.

Zelfbekrachtiging:
Wanneer de motor is gestart, is de rotor voldoende magnetisch gemaakt om over te gaan op zelfbekrachtiging. De zelfbekrachtigingsstroom gaat dan via de gelijkrichtdioden (minzijde) naar de statorspoel, vervolgens via de velddioden, naar de rotor en regelaar naar massa.

Laadstroom:
In de statorspoel wordt een wisselspanning opgewekt doordat de rotor er door heen draait.
De groene lijn markeert de weg die de stroom loopt vanaf statorspoel V. De stroom wordt door een gelijkrichtdiode gelijkgericht (van wisselspanning naar gelijkspanning) en gaat via de aansluiting B+ naar de accu en verbruikers.



 

De laadstroom die via de dynamoaansluiting B+ naar de accu en verbruikers gaat, zorgt voor de hele stroomvoorziening van de auto.
Als de motor uitgeschakeld staat, levert de dynamo geen stroom. Alle verbruikers zullen dus stroom van de accu gebruiken.
Wanneer de motor draait, moet de dynamo genoeg stroom kunnen leveren om alle verbruikers daar van te voorzien. Bij draaiende motor is het dus nooit de bedoeling dat er stroom uit de accu gebruikt wordt.
De laadstroom van een dynamo is afhankelijk van het aantal verbruikers en de laadtoestand van de auto. De maximale laadstroom staat op de dynamo vermeld (meestal tussen de 60 en de 90A).

De laadspanning van de dynamo kan makkelijk gecontroleerd worden, als er twijfel ontstaat of dat de dynamo wel of niet goed bijlaad.
Door met draaiende motor met een spanningsmeter (multimeter) de pluspool en de minpool van de accu te meten (de spanning vanaf de dynamo staat hier direct op), kan gecontroleerd worden of de dynamo goed bijlaadt:
- Is de spanning bij draaiende motor rond de 14,2 volt, dan werkt de dynamo zoals het hoort
- Is de spanning dan 13,8 volt, dan is de accu bijna vol, en staan de verbruikers uit. De dynamo hoeft niet veel spanning te leveren en doet dat dan ook niet. De laadspanning is gewoon goed
- Is de spanning 12,4 volt of lager, dan weet je dat de dynamo niet goed bijlaad. Dit is namelijk de spanning die een volle accu ook heeft. Er is dus een probleem met de dynamo.
De spanning kan ook lager zijn dan 12,4 volt. Als de dynamo niet meer bijlaad, zal de accu gewoon steeds verder leeg lopen totdat de spanning 8 volt bedraagd. Dan zal de motor afslaan, en zal er niets meer werken.

In dat laatste geval, als de dynamo niet meer bijlaad, kan er voor gekozen worden de dynamo te vervangen. Vaak is dat erg prijzig, en is het voordeliger om een gereviseerde dynamo op te zoeken.
Er zijn veel revisiebedrijven die de dynamo helemaal uit elkaar halen, en weer als nieuw maken. Dit kan (meer) dan de helft van de nieuwprijs schelen.

Zorg er altijd voor, dat wanneer je de dynamo gaat vervangen, je de minpool van de accu los maakt! Doe je dat niet, en de B+ aansluiting (die je van de dynamo af haalt) raakt de carrosserie of het metalen motorblok aan, krijg je vonken door kortsluiting. Er kunnen dan elektronische regeleenheden defect raken.



Spanningsregelaar:
 

Wanneer de spanning boven de afgeregelde spanning komt, gaat de zenerdiode (in bovenstaande schema) in geleiding waardoor de basis van T1 door T2 aan massa wordt gelegd. T1 spert, het magnetisch veld valt weg, waardoor de dynamospanning daalt.

De rotorstroom valt hierdoor weg, waardoor de dynamo korte tijd niet bij laad.
Door het continu in- en uitschakelen van T1 ontstaat een afregeling van de spanning.
Links zie je een losse rotor, met een losse spanningsregelaar die er tegen aan wordt gehouden.

De spanningsregelaar zit gemonteerd tussen D+ en DF aansluitingen van de dynamo, en sleept met zijn koolborstels over de rotor heen.

Wanneer er een verbruiker ingeschakeld wordt (bijv. verlichting) dan zal de laadstroom even zakken van 14,4 naar 13 volt. De spanningsregelaar vangt dit op, en zal snel de spanning weer hoger afregelen naar 14,4 volt.
Hier onder zijn 2 scoopbeelden te zien die op de DF-aansluiting van de dynamo gemeten zijn. Deze signalen worden doorgegeven naar het motorregelapparaat. Voor de duidelijkheid, de rotor is magnetisch aan de onderzijde van beide beelden.

Het signaal rechts is gemeten terwijl er weinig tot geen verbruikers aan stonden.
De rotor is dus minimaal magnetisch.
De duty-cycle bedraagd hier ongeveer 10%.
Het signaal rechts is gemeten terwijl er veel verbruikers aan stonden.
De wordt hier veel meer bekrachtigd om de 14,4 volt laadstroom te kunnen behalen.
De duty-cycle bedraagd hier ongeveer 50%.




Dynamoaansluitingen:
B+  gaat naar de accu
D+  komt van de velddioden en gaat naar de controlelamp
W  is een aansluiting die vroeger voor toerentellers van oude dieselmotoren werd gebruikt. Tegenwoordig bestaat die niet meer.
DF  gaat naar het motormanagementsysteem. Op deze aansluiting staat het PWM signaal van de regelaar. De afbeeldingen hier boven zijn daar een voorbeeld van.



Statorschakelingen:
Statorspoelen kunnen op verschillende manieren geschakeld worden, namelijk:
-Eénfase schakeling
-Sterschakeling
-Driehoekschakeling


 

Gelijkrichtdioden:

De dynamo levert wisselspanning, maar omdat in de auto alleen maar gelijkspanning gebruikt word, moet de wisselspanning omgezet worden in gelijkspanning. Dat gebeurt door de gelijkrichtdioden.
 

Links is een gedemonteerde diodenbrug te zien. De rode meetpen wijs 1 van de 3 mindioden aan.
Aan de andere kant van de diodenbrug zitten de plusdioden. Het tapeind is de B+ aansluiting, waar de dikke kabel op gemonteerd zit die naar de accu toe gaat.
Werking:
Dioden laten de stroom maar in 1 richting door. Het positieve deel van de wisselstroom wordt gebruikt, het negatieve deel gaat verloren.

Dit is het principe van een éénfase dynamo. Je ziet in de afbeelding hierboven aan de rechter kant dat de fase steeds onderbroken wordt, er even geen spanning is, en er daarna weer opnieuw een fase is. In het stuk tussen de fasen word dus geen spanning opgewekt. Om dit te voorkomen, worden er bij driefasen-dynamo's sterschakelingen en driehoekschakelingen toegepast. Daarmee wordt dit resultaat verkregen:

Hier zijn 3 verschillende kleuren te zien; zwart, rood en blauw. Dit zijn allemaal afzonderlijke fasen. In de afbeelding hier boven en hier naast zie je dat er tussen bijv. de zwarte fasen veel ruimte zit. Door de andere fasen daar bij te verbinden, wordt deze ruimte overbrugt. Er ontstaat hierdoor een geleidelijke stroomtoevoer.

De ster- en driehoekschakelingen zorgen voor dit resultaat.


Rimpelspanning:

Na het gelijkrichten van de spanning door de gelijkrichtdioden blijft er altijd nog een kleine rimpel over. Het signaal is nooit mooi vlak.
De rimpelspanning mag nooit de 500mV overschrijden, omdat het dan storingen of defecten aan de auto elektronica kan veroorzaken.

Hier naast is een scoopbeeld te zien die gemeten is op de accu.

Bij het veranderen van het motortoerental, of bij het inschakelen van verbruikers zal dit beeld veranderen.


Vrijlooppoelie:
Tegenwoordig zitten er op dynamo's steeds vaker vrijlooppoelies. Deze poelies kunnen 1 kant op draaien.
Wanneer de multiriem van de poelie afgehaald is, en je draait eraan, zul je merken dat de dynamo inwendig maar bij 1 richting mee draait, en bij de andere richting inwendig stil blijft staan.

Dit systeem is ter beveiliging van de multiriem. Wanneer de motor een hoog toerental draait, en het gas word in één keer los gelaten, zal het motortoerental dalen.
Een zwaar uitgevoerde dynamo kan wat minder snel afremmen. Dit toerental zakt langzamer dan het motortoerental.
Het gevolg hier van is, dat de multiriem door midden gesneden wordt, want de multiriem moet dan de dynamo afremmen.

Met een vrijlooppoelie zal de dynamo wel mee bewegen bij het accelereren, maar wel met zijn eigen toerental uitdraaien bij het decelereren.



 

Ventilator:

De dynamo wordt warm als hij energie moet leveren. Om te voorkomen dat hij te warm wordt, moet hij gekoeld worden. De ventilator die inwendig in de dynamo zit, zorgt voor de koeling.
Tegenwoordig zijn er ook dynamo's die aangesloten zitten op het koelsysteem van de motor. De koelvloeistof zorgt hierbij voor de koeling.



Energie terugwinning:
Als de dynamo hard aan het laden is (omdat de accuspanning is gedaald) zal er extra brandstofverbruik optreden. Dat komt dat de dynamo zwaarder zal gaan draaien, doordat het magnetisch veld in de stator dan groter zal zijn. Het magnetisch veld zal zorgen dat de rotor zwaarder draait, en de krukas harder aan de multiriem moet trekken om deze rond te krijgen.

Tegenwoordig hebben autofabrikanten daar een handige oplossing voor gevonden.
De dynamo laad altijd bij, maar zal tijdens het rijden niet zomaar zijn maximale capaciteit bijladen (tenzij de accu écht leeg is).
Het maximaal bijladen gebeurd wanneer de auto op de motor afremt. Dus, wanneer de bestuurder zijn voet van het gaspedaal haalt, en de auto laat uitrollen (bijv. voor het stoplicht).
De auto verbruikt op dit moment sowieso geen brandstof, en de kinetische energie (bewegingsenergie) van het voertuig zorgt toch wel dat het blijft rollen. De accu wordt nu maximaal bijgeladen, totdat er weer gas gegeven wordt. Op dat moment zorgt de dynamo dat de spanningsvoorziening stabiel blijft.