سیستم شارژ خودرو چگونه کار می کند؟

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، درباره سیستم شارژ خودرو بحث خواهیم کرد. سیستم شارژ خودرو‌های معمولی از ۴۰ سال گذشته تاکنون تغییرات زیادی نکرده است. یک سیستم شارژ در خودرو از آلترناتور (Alternator) یا دینام (Dynamo)، رگولاتور (Regulator) (که معمولاً درون آلترناتور قرار دارد)، باتری و سیم‌های اتصال تشکیل شده است. هدف سیستم شارژ در یک خودرو، نگه داشتن شارژ باتری در یک سطح قابل قبول است. وقتی موتور ماشین روشن باشد، این سیستم تأمین‌کننده اصلی برق است.

اگر سیستم شارژ به خوبی کار نکند یا از کار باز ایستد، باتری تخلیه شده و اصطلاحاً می‌میرد. وقتی باتری ضعیف شود و سیستم شارژ کار نکند، جریان الکتریکی لازم برای سیستم جرقه‌زنی وجود نخواهد داشت و در نتیجه موتور روشن نخواهد شد.

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

یک رگولاتور، ولتاژی شارژی را که آلترناتور تولید کرده، بین ۱۳.۵تا ۱۴.۵ولت 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 کمپرسور 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 الکترومغناطیس 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 آهن‌ربای 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 ۱۴.۵ولت 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.

رگولاتور ولتاژ

رگولاتور ولتاژ ممکن است داخل یا خارج از آلترناتور نصب شود. اگر رگولاتور خارج از آلترناتور نصب شود، یک مهار برای اتصال آن به آلترناتور وجود دارد.

رگولاتور ولتاژ، جریان میدان اعمالی به روتور در حال چرخش داخل آلترناتور را کنترل می‌کند. وقتی جریان اعمالی به میدان وجود نداشته باشد، آلترناتور نیز ولتاژی تولید نخواهد کرد. هنگامی که ولتاژ به پایین‌تر از ۱۳.۵ولت برسد، رگولاتور به میدان جریان اعمال می‌کند و آلترناتور شروع به شارژ کردن می‌کند. وقتی ولتاژ از ۱۴.۵ولت بگذرد، رگولاتور تأمین ولتاژ میدان را متوقف می‌کند و آلترناتور از شارژ کردن باز می‌ایستد. به این صورت است که ولتاژ خروجی آلترناتور تنظیم می‌شود.

آمپراژ یا همان مقدار جریان با وضعیت شارژ باتری تنظیم می‌شود. وقتی باتری ضعیف باشد، نیروی محرکه الکتریکی یا ولتاژ به اندازه‌ای نیست که جریان آلترناتور را برای شارژ دوباره باتری نگه دارد. وقتی باتری به حالت شارژ کامل می‌رسد، نیروی محرکه الکتریکی به اندازه‌ای خواهد شد که با عبور جریان از آلترناتور مخالفت می‌کند و آمپراژ خروجی آلترناتور افت کرده و به نزدیکی صفر خواهد رسید، در حالی که ولتاژ بین ۱۳.۵تا ۱۴.۵ولت باقی می‌ماند. اگر توان الکتریکی بیشتری مصرف شود، نیروی محرکه الکتریکی کاهش می‌یابد و آمپراژ آلترناتور زیاد می‌شود.

هنگام بررسی بازده آلترناتور، بررسی ولتاژ و آمپراژ خروجی امر بسیار مهمی است. بسته به الزامات الکتریکی خودرو، هر آلترناتوری آمپراژ خروجی خاص خود را دارد.

گیج سیستم شارژ یا چراغ هشدار

گیج سیستم شارژ و لامپ هشدار، صحت سیستم شارژ را نشان می‌دهند و موجب می‌شوند قبل از ایجاد یک مشکل بزرگ راننده متوجه آن شود.

وقتی مشکلی در سیستم شارژ به وجود بیاید، هنوز می‌توان مسافت کوتاهی را برای پیدا کردن کمک رانندگی کرد، در صورتی که اگر هشداری در رابطه با فشار روغن یا دمای خنک‌کننده وجود داشته باشد، در صورت ادامه رانندگی به موتور آسیب جدی وارد می‌شود. بدترین چیزی که می‌تواند اتفاق بیفتد این است که در جای بدی مشکلی برای سیستم شارژ خودرو رخ دهد.

چراغ هشدار سیستم شارژ، یک شاخص است که عیوب آن را نشان می‌دهد. اگر این چراغ در حین رانندگی روشن شود، به این معنی است که سیستم شارژ مشکل دارد. معمولاً، در این موارد، رایج‌ترین مسئله پاره شدن تسمه آلترناتور یا همان تسمه دینام است.

از دو نوع گیج برای نمایش سیستم شارژ برخی خودرو‌ها استفاده می‌شود. ولت‌متر، ولتاژ سیستم و آمپرمتر، آمپراژ آن را مشخص می‌کند. البته، اغلب خودرو‌های مدرن یک ولت‌متر دارند، زیرا صحت سیستم شارژ را بهتر نشان می‌دهد. ولت‌متر اولین وسیله‌ای است که یک تکنسین برای بررسی سیستم شارژ از آن استفاده می‌کند.



ولتاژ سیستم الکتریکی خودرو‌های امروزی ۱۲ولت است. وقتی موتور خاموش باشد، ولتاژ یک باتریِ کاملاً شارژ شده حدوداً ۱۲.۵ ولت است. اگر موتور روشن باشد، ولت‌متر ۱۴ تا ۱۴.۵ولت را نشان می‌دهد که باید روی آن مقدار بماند؛ مگر آنکه یک بار سنگین مانند برف پاک کن‌ها، چراغ‌ها، بخاری و… همزمان با هم کار کنند.

اگر ولتاژ به پایین‌تر از ۱۲.۵ولت کاهش یابد، باتری به سیستم جریان می‌دهد. در این حالت نور چراغ‌ها کم می‌شود. اگر این حالت مدت زیادی طول بکشد، باتری خالی می‌شود و ممکن است شارژ کافی برای استارت زدن خودرو بعد از خاموش شدن وجود نداشته باشد. این اتفاق (کم بودن مداوم ولتاژ) در یک سیستم شارژ سالم نباید رخ دهد، زیرا به محض اینکه پدال گاز فشار داده شود، سیستم دوباره باتری را شارژ خواهد کرد. اگر ولتاژ به صورت مداوم کمتر از ۱۴ولت باشد، باید سیستم مورد بررسی قرار گیرد.

اگر ولتاژ بیشتر از ۱۵ولت باشد نیز احتمالاً رگولاتور مشکل دارد. در این صورت نیز باید سیستم بررسی شود تا از اضافه شارژ آسیب نبیند. اگر باتری کاملاً شار شده و مصرف انرژی حداقل باشد، عددی که آمپرمتر نشان می‌دهد، باید نزدیک صفر و البته بزرگتر از آن (مثبت) باشد. دیدن یک عدد بزرگ روی آمپرمتر بعد از استارت امری طبیعی است که بعد از چند دقیقه رفع می‌شود. اگر آمپرمتر به صورت مداوم ۱۰ یا ۲۰آمپر را حتی با وجود آنکه چراغ‌ها، شیشه پاک کن و… خاموش باشند نشان دهد، باید سیستم مورد بررسی قرار گیرد.

عیوب سیستم شارژ خودرو

در این بخش، چند مورد را بیان می‌کنیم که می‌توانند از نشانه‌های عیب در سیستم شارژ باشند.

توان خروجی کم

اگر یکی از سه سیم‌پیچی استاتور دچار مشکل شود، دینام همچنان شارژ می‌کند، اما مقدار شارژ آن، دو سوم خروجی نرمال است. از آن‌جایی که یک آلترناتور یا دینام برای پاسخ‌گویی همه توان مورد نیاز و در شرایط استفاده از همه بار‌های سنگین طراحی شده است، ممکن است هیچ‌گاه به وجود مشکل احتمالی آن پی نبریم. اگر چنین مشکلی (قطع یکی از سیم‌پیچ‌ها) وجود داشته باشد، فقط در یک شب تاریک و سرد بارانی خود را نشان خواهد داد. زیرا در این شرایط، چراغ‌ها، بخاری و شیشه پاک کن‌ها باید همزمان کار کنند. در این صورت، با کم کردن سرعت، نور چراغ‌ها کاهش می‌یابد. اگر دو سیم‌پیچ از سه سیم‌پیچ مشکل داشته باشند، احتمالاً وجود مشکل زودتر عیان خواهد شد.

اگر یکی از شش دیود بسوزد، مدار متناظر با آن باز شده و مشابه مشکل سیم‌پیچ‌ها، خروجی کم می‌شود. البته اگر یکی از دیود‌ها اتصال کوتاه شود، جریان را از هر دو جهت از خود عبور می‌دهد و مشکلات دیگری را در پی خواهد داشت. در این حالت، دیودِ اتصال کوتاه شده اجازه عبور جریان AC در سیستم الکتریکی خودرو را می‌دهد و ممکن است به سنسور‌ها و پردازنده‌ها آسیب وارد شود و مشکلات پیش‌بینی نشده‌ای رخ دهد.

ولتاژ بالا

همان‌طور که گفتیم، رگولاتورِ ولتاژ برای محدود کردن ولتاژ خروجی آلترناتور به ۱۴.۵ولت یا کمتر از آن طراحی شده است تا از سیستم الکتریکی خودرو محافظت کند. اگر رگولاتور خراب شود و ولتاژ کنترل نشده در سیستم وجود داشته باشد، چراغ‌ها و سایر قطعات برقی می‌سوزند یا آسیب جدی می‌بینند. افزایش ولتاژ مسئله بسیار خطرناکی است. خوشبختانه این مشکل به ندرت در خودرو رخ می‌دهد و اغلب خطا‌های سیستم منجر به کاهش ولتاژ یا جریان می‌شوند.

نویز

از آن‌جایی که در هنگام روشن بودن موتور، روتور همیشه می‌چرخد، لازم است یاتاقان‌ها به گونه‌ای باشند که شفت آزادانه بچرخد. اگر برای یکی از یاتاقان‌ها مشکلی پیش بیاید، صدای نویز از آلترناتور شنیده خواهد شود. در این صورت، با استفاده از گوشی عیب‌یابی می‌توان قطعه چرخانی را که با تسمه مارپیچی می‌چرخد و نویز تولید می‌کند پیدا کرد.

تعمیر سیستم شارژ خودرو

رایج‌ترین کاری که معمولاً برای تعمیر سیستم شارژ انجام می‌شود، تعویض دینام با یک دینام نو یا تعمیر آن است. تعمیر دینام موجود می‌تواند هزینه‌ها را نسبت به تهیه یک دینام جدید کاهش دهد. تعویض دینام معمولاً کمتر از یک ساعت طول می‌کشد، مگر آنکه محل آن دسترسی مناسبی نداشته باشد. اغلب دینام‌ها به سادگی قابل دسترس هستند و روی موتور تعبیه شده‌اند. تعویض دینام اغلب کار ساده‌ای است و در صورت داشتن امکانات لازم می‌توان آن را به آسانی انجام داد. البته همیشه باید دقت کرد که قبل از هر کاری اتصالات باتری جدا شوند. در برخی موارد دیگر که مشکل مربوط به رگولاتور ولتاژ است، می‌توان آن را تعویض کرد. البته برای این کار باید هزینه بیشتری برای باز کردن دینام پرداخت.

 

منبع: فرادرس