अल्टरनेटर (ऑटोमोटिव)

अल्टरनेटर एक प्रकार का विद्युत जनरेटर है जिसका उपयोग आधुनिक ऑटोमोबाइल में ऑटोमोटिव बैटरी को चार्ज करने और विद्युत प्रणाली को चलाने के लिए किया जाता है जब इसका आंतरिक दहन इंजन चल रहा हो।

1960 के दशक तक, ऑटोमोबाइल्स ने कम्यूटेटर (बिजली) के साथ डीसी डाइनेमो जनरेटर का उपयोग किया। डायोड | सिलिकॉन-डायोड रेक्टीफायर व्यापक रूप से उपलब्ध और सस्ती होने के कारण, अल्टरनेटर ने धीरे-धीरे डायनेमो को बदल दिया। इस अवधि में कारों के लिए आवश्यक बिजली की बढ़ती शक्ति, बड़े हेडलैंप, इलेक्ट्रिक वाइपर, डिफॉगर और अन्य सहायक उपकरण से बढ़ते भार से इसे प्रोत्साहित किया गया था।

इतिहास
द्वितीय विश्व युद्ध के समय विशेषज्ञ वाहनों पर रेडियो उपकरण को बिजली देने के लिए आधुनिक प्रकार के वाहन अल्टरनेटर का उपयोग पहली बार सैन्य अनुप्रयोगों में किया गया था। युद्ध के बाद, उच्च बिजली की मांग वाले अन्य वाहन - जैसे एंबुलेंस और रेडियो टैक्सी - को भी वैकल्पिक अल्टरनेटर के साथ लगाया जा सकता है।

फोर्ड मोटर कंपनी और जनरल मोटर्स से कई साल पहले 1960 में प्लायमाउथ बहादुर पर क्रिसलर कॉर्पोरेशन द्वारा प्रोडक्शन कार पर अल्टरनेटर को पहली बार मानक उपकरण के रूप में प्रस्तुत किया गया था।

प्रारंभिक ऑटोमोबाइल्स में मैग्नेटोस
फोर्ड मॉडल टी जैसे कुछ प्रारंभिक ऑटोमोबाइल, अलग प्रकार की चार्जिंग प्रणाली का उपयोग करते थे: इंजन-चालित बिजली की शक्ति उत्पन्न करने का यंत्र जो कम-वोल्टेज अल्टरनेटिंग करंट उत्पन्न करता था जिसे ट्रेंबलर कॉइल्स को आपूर्ति की जाती थी, जो इग्निशन स्पार्क्स उत्पन्न करने के लिए आवश्यक उच्च वोल्टेज प्रदान करता था। (यह सच्चे इग्निशन मैग्नेटो से अलग था, जो सीधे उच्च वोल्टेज उत्पन्न करता है।) चूंकि इस तरह की मैग्नेटो प्रणाली केवल करंट उत्पन्न करने के लिए इंजन की गति पर निर्भर करती है, इसे मैन्युअल रूप से क्रैंक किए गए इंजन को प्रारंभ करते समय भी उपयोग किया जा सकता है, परंतु क्रैंक को तेजी से खींचा जाए।, जिससे अच्छी चिंगारी बनाने के लिए मैग्नेटो कॉइल के लिए पर्याप्त करंट उत्पन्न करे।

मॉडल टी ने अपने मैग्नेटो को इंजन फ्लाईव्हील में सम्मिलित किया। पहले मॉडल टी ने मैग्नेटो का उपयोग पूरी तरह से ट्रेंबलर कॉइल इग्निशन के लिए किया था। 1915 मॉडल वर्ष से शुरुआत करते हुए, फोर्ड ने इलेक्ट्रिक हेडलाइट्स को जोड़ा, जो मैग्नेटो द्वारा भी संचालित थी। मैग्नेटो परिपथ था, जिसमें बैटरी सम्मिलित नहीं थी। (इसके अतिरिक्त बैटरी का उपयोग करने के लिए इग्निशन कॉइल्स पर स्विच था, जो ठंड के मौसम में प्रारंभ होने पर सहायक हो सकता था, किन्तु फोर्ड ने न तो बैटरी प्रदान की और न ही 1919 में इलेक्ट्रिक स्टार्टर प्रस्तुत करने से पहले के उपयोग को प्रोत्साहित किया। मालिक बैटरी को स्वयं स्थापित करना होगा और इसे बाहरी रूप से चार्ज करना होगा।)

1919 मॉडल वर्ष की शुरुआत में, फोर्ड ने इलेक्ट्रिक स्टार्टर को सम्मिलित करने के लिए मॉडल टी को अपग्रेड किया, जो कुछ मॉडलों के लिए मानक और दूसरों के लिए वैकल्पिक था। इस स्टार्टर इंस्टालेशन में बैटरी भी सम्मिलित थी, जिसे पारंपरिक डायनेमो द्वारा चार्ज किया जाता था, और रोशनी अब बैटरी द्वारा संचालित होती थी। चूंकि, चक्का मैग्नेटो अभी भी इग्निशन को संचालित करता है, और चूंकि स्टार्टर के बिना मॉडल में बैटरी नहीं थी, वे मैग्नेटो-संचालित रोशनी का उपयोग करना जारी रखते थे।

डायनेमोज़ पर लाभ
डायरेक्ट-करंट जेनरेटर (डायनेमो) पर अल्टरनेटर के कई फायदे हैं। अल्टरनेटर हैं:
 * हल्का, सस्ता और अधिक कठोर
 * निष्क्रिय गति पर उपयोगी प्रभार प्रदान कर सकते हैं
 * स्लिप रिंग का उपयोग करें, कम्यूटेटर (इलेक्ट्रिक) (या पूरी तरह से ब्रश रहित डिज़ाइन) पर ब्रश (बिजली) का जीवन बहुत बढ़ा दिया गया है।
 * एक अल्टरनेटर में ब्रश केवल एकदिश धारा उत्तेजित करंट ले जाते हैं, जो डीसी जनरेटर के ब्रश द्वारा किए गए करंट का छोटा सा अंश होता है, जो जनरेटर के पूरे आउटपुट को ले जाता है

प्रत्यावर्ती धारा को दिष्ट धारा में बदलने के लिए रेक्टिफायर्स (डायोड ब्रिज या पॉलीफेज डायोड ब्रिज) के सेट की आवश्यकता होती है। लो तरंग (विद्युत) के साथ डायरेक्ट करंट प्रदान करने के लिए, पॉलीफ़ेज़ सिस्टम वाइंडिंग का उपयोग किया जाता है और रोटर के पोल-टुकड़ों को आकार (क्लॉ-पोल) दिया जाता है। ऑटोमोटिव अल्टरनेटर सामान्यतः बेल्ट (मैकेनिकल) होते हैं - जो क्रैंकशाफ्ट गति से 2-3 गुना अधिक होते हैं, गति जो जनरेटर में कम्यूटेटर को अलग करने का कारण बन सकती है। अल्टरनेटर विभिन्न आरपीएम (जो आवृत्ति बदलता है) पर चलता है क्योंकि यह इंजन द्वारा संचालित होता है। यह कोई समस्या नहीं है क्योंकि प्रत्यावर्ती धारा प्रत्यक्ष धारा का दिष्टकारी है।

जनरेटर के लिए अल्टरनेटर रेगुलेटर भी आसान होते हैं। जनरेटर नियामकों को कम गति पर बैटरी से आउटपुट कॉइल्स (आर्मेचर) को अलग करने के लिए कटआउट रिले की आवश्यकता होती है; अल्टरनेटर सही करनेवाला डायोड द्वारा अलगाव प्रदान किया जाता है। इसके अतिरिक्त, अधिकांश जनरेटर नियामकों में धारा सीमक सम्मिलित होता है; अल्टरनेटर स्वाभाविक रूप से धारा-सीमित हैं।

ऑपरेशन
पंजा पोल डिजाइन एसी तरंग का उत्पादन करता है जो साइन लहर की तुलना में अधिक कुशलता से सुधारा जाता है।

उनके नामों के अतिरिक्त, 'डीसी जनरेटर' (या 'डायनेमो') और 'अल्टरनेटर' दोनों ही प्रारंभ में प्रत्यावर्ती धारा उत्पन्न करते हैं। तथाकथित 'डीसी जनरेटर' में, यह एसी करंट रोटेटिंग आर्मेचर में उत्पन्न होता है, और फिर कम्यूटेटर और ब्रश द्वारा डीसी में परिवर्तित हो जाता है। अल्टरनेटर' में, स्थिर स्टेटर में एसी करंट उत्पन्न होता है, और फिर रेक्टिफायर (डायोड) द्वारा डीसी में परिवर्तित हो जाता है।

विशिष्ट यात्री वाहन और हल्के ट्रक अल्टरनेटर लुंडाहल या 'क्लॉ-पोल' फील्ड निर्माण का उपयोग करते हैं। यह सिंगल कॉइल वाइंडिंग से मल्टी-पोल फील्ड बनाने के लिए रोटर पर आकार के लोहे के कोर का उपयोग करता है। रोटर के ध्रुव दो हाथों की अंगुलियों को एक दूसरे से गुंथे हुए दिखाई देते हैं। इसके अंदर कुंडली को अक्षीय रूप से लगाया जाता है और स्लिप रिंग और कार्बन ब्रश द्वारा फील्ड करंट की आपूर्ति की जाती है। इन अल्टरनेटर में ड्राइव बेल्ट पुली से जुड़े बाहरी पंखे द्वारा उत्पादित अक्षीय एयरफ्लो द्वारा ठंडा किया गया उनका क्षेत्र और स्टेटर वाइंडिंग होता है।

आधुनिक वाहन अब कॉम्पैक्ट अल्टरनेटर लेआउट का उपयोग करते हैं। यह विद्युत और चुंबकीय रूप से समान है, किन्तु इसने एयर कूलिंग में सुधार किया है। बेहतर शीतलन एक छोटी मशीन से अधिक शक्ति की अनुमति देता है। आवरण में प्रत्येक सिरे पर विशिष्ट रेडियल वेंट स्लॉट होते हैं और अब पंखे को घेरते हैं। दो प्रशंसकों का उपयोग किया जाता है, प्रत्येक छोर पर एक, और वायु प्रवाह अर्ध-रेडियल होता है, अक्षीय रूप से प्रवेश करता है और रेडियल रूप से बाहर निकलता है। स्टेटर वाइंडिंग में अब सघन केंद्रीय बैंड होता है जहां लोहे की कोर और तांबे की वाइंडिंग को कसकर पैक किया जाता है, और अंत बैंड जहां बेहतर गर्मी हस्तांतरण के लिए वाइंडिंग अधिक उजागर होते हैं। रोटर से करीब कोर रिक्ति चुंबकीय दक्षता में सुधार करती है। छोटे, संलग्न पंखे विशेष रूप से उच्च मशीन गति पर कम शोर उत्पन्न करते हैं।

कारों में अल्टरनेटर को वाटर-कूल्ड भी किया जा सकता है।

बड़े वाहनों में बड़ी मशीनों के समान फील्ड कॉइल अल्टरनेटर हो सकते हैं।

3 फेज अल्टरनेटर की वाइंडिंग्स को डेल्टा या स्टार (वाईई) कनेक्शन व्यवस्था सेट-अप का उपयोग करके जोड़ा जा सकता है।

इस प्रकार के अल्टरनेटर के ब्रशलेस संस्करण बड़ी मशीनरी जैसे हाईवे ट्रक और अर्थमूविंग मशीनरी में भी आम हैं। केवल पहनने वाले पुर्जों के रूप में दो बड़े शाफ्ट बियरिंग्स के साथ, ये इंजन ओवरहाल अंतराल से भी अधिक लंबी और विश्वसनीय सेवा प्रदान कर सकते हैं।

फील्ड विनियमन
ऑटोमोटिव अल्टरनेटर को विद्युत् दाब नियामक की आवश्यकता होती है जो बैटरी टर्मिनलों पर स्थिर वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए छोटे क्षेत्र के करंट को संशोधित करके संचालित होता है। प्रारंभिक डिजाइन (सी.1960-1970 के दशक) में वाहन में कहीं और स्थापित असतत उपकरण का उपयोग किया गया था। इंटरमीडिएट डिज़ाइन (c.1970s–1990s) ने अल्टरनेटर हाउसिंग में वोल्टेज रेगुलेटर को सम्मिलित किया। आधुनिक डिजाइन वोल्टेज रेगुलेटर को पूरी तरह से खत्म कर देते हैं; वोल्टेज विनियमन अब इंजन नियंत्रण इकाई (ईसीयू) का कार्य है। अल्टरनेटर के आउटपुट करंट की तुलना में फील्ड करंट बहुत छोटा होता है; उदाहरण के लिए, 70 एम्पेयर अल्टरनेटर को केवल 2-3 ए फील्ड करंट की आवश्यकता हो सकती है। स्लिप रिंग द्वारा रोटर वाइंडिंग को फील्ड करंट की आपूर्ति की जाती है। कम करंट और अपेक्षाकृत चिकनी स्लिप रिंग डीसी जनरेटर द्वारा अपने कम्यूटेटर के साथ प्राप्त की गई तुलना में अधिक विश्वसनीयता और लंबे जीवन को सुनिश्चित करती है और इसके ब्रश के माध्यम से उच्च धारा प्रवाहित होती है।

इग्निशन स्विच और रेगुलेटर के माध्यम से फील्ड वाइंडिंग को बैटरी से बिजली की आपूर्ति की जाती है। समानांतर परिपथ चार्ज वार्निंग इंडिकेटर की आपूर्ति करता है और रेगुलेटर के माध्यम से अर्थ किया जाता है (यही कारण है कि जब इग्निशन चालू होता है किन्तु इंजन नहीं चल रहा होता है तो इंडिकेटर चालू होता है)। एक बार जब इंजन चल रहा होता है और अल्टरनेटर बिजली उत्पन्न कर रहा होता है, तो डायोड अल्टरनेटर के मुख्य आउटपुट से फील्ड करंट को फीड करता है, जो संकेत संकेतक के पार वोल्टेज को बराबर करता है जो बंद हो जाता है। फील्ड करंट की आपूर्ति करने वाले तार को अधिकांशतः एक्साइटर वायर कहा जाता है। इस व्यवस्था का दोष यह है कि यदि संकेत लैंप जल जाता है या एक्साइटर तार काट दिया जाता है, तो फील्ड वाइंडिंग में कोई करंट नहीं पहुंचता है और अल्टरनेटर बिजली उत्पन्न नहीं करेगा। कुछ संकेत संकेतक परिपथ दीपक के समानांतर प्रतिरोधक से लैस होते हैं जो संकेत दीपक के जलने पर उत्तेजना प्रवाह को प्रवाहित करने की अनुमति देता है। चालक को यह जांचना चाहिए कि इंजन बंद होने पर संकेत सूचक चालू है; अन्यथा, बेल्ट की विफलता का कोई संकेत नहीं हो सकता है जो शीतलन जल पंप को भी चला सकता है। जब इंजन निश्चित गति तक पहुँच जाता है तो कुछ अल्टरनेटर स्वयं उत्तेजित हो जाते हैं।

हाल के वर्षों में, अल्टरनेटर रेगुलेटर वाहन के कंप्यूटर सिस्टम से जुड़े होते हैं और इनटेक एयर टेम्परेचर सेंसर, बैटरी टेम्परेचर सेंसर और इंजन लोड से प्राप्त हवा के तापमान सहित विभिन्न कारकों का मूल्यांकन अल्टरनेटर द्वारा आपूर्ति किए गए वोल्टेज को समायोजित करने में किया जाता है।

आउटपुट करंट
न्यूनतम रोशनी वाले पुराने ऑटोमोबाइल में केवल 30 एम्पीयर का उत्पादन करने में सक्षम अल्टरनेटर हो सकता है। विशिष्ट यात्री कार और हल्के ट्रक अल्टरनेटर को लगभग 50–70 ए रेट किया जाता है, चूंकि उच्च रेटिंग अधिक आम होती जा रही है, विशेष रूप से ऑटोमोबाइल एयर कंडीशनिंग, बिजली पावर स्टीयरिंग और अन्य विद्युत प्रणालियों के साथ वाहन की विद्युत प्रणाली पर अधिक भार होने के कारण। बसों, भारी उपकरणों या आपातकालीन वाहनों में उपयोग किए जाने वाले बहुत बड़े अल्टरनेटर 300 A का उत्पादन कर सकते हैं। अर्ध-ट्रकों में सामान्यतः अल्टरनेटर होते हैं जो 140 A का उत्पादन करते हैं। बहुत बड़े अल्टरनेटर वाटर-कूल्ड या ऑयल-कूल्ड हो सकते हैं।

दक्षता
मोटर वाहन अल्टरनेटर की दक्षता प्रशंसक शीतलन हानि, असर हानि, लोहे की हानि, तांबे की हानि और डायोड पुलों में वोल्टेज ड्रॉप द्वारा सीमित है। दक्षता मुख्य रूप से पंखे के प्रतिरोध के कारण उच्च गति पर नाटकीय रूप से कम हो जाती है। मध्यम गति पर आज के अल्टरनेटर की दक्षता 70-80% है। यह बहुत छोटे उच्च-प्रदर्शन वाले स्थायी चुंबक अल्टरनेटर को बेहतर बनाता है, जैसे कि साइकिल प्रकाश व्यवस्था के लिए उपयोग किए जाने वाले, जो लगभग 60% दक्षता प्राप्त करते हैं। बड़ी स्थायी चुंबक इलेक्ट्रिक मशीनें (जो मोटर या अल्टरनेटर के रूप में काम कर सकती हैं) आज बहुत अधिक क्षमता प्राप्त कर सकती हैं। पेलेग्रिनो एट अल।, उदाहरण के लिए, विशेष रूप से महंगे डिज़ाइनों का प्रस्ताव न करें जो पर्याप्त क्षेत्र दिखाते हैं जिनमें दक्षता 96% से अधिक है। पावर स्टेशनों में उपयोग किए जाने वाले बड़े एसी जनरेटर सावधानीपूर्वक नियंत्रित गति से चलते हैं और आकार या वजन पर कोई बाधा नहीं होती है। उनके पास 98% जितनी उच्च दक्षता है।

हाइब्रिड वाहन
हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहन अलग अल्टरनेटर और स्टार्टर मोटर को एक या एक से अधिक संयुक्त मोटर/जनरेटर से बदल देते हैं जो आंतरिक दहन इंजन को चालू करते हैं, पहियों को कुछ या सभी यांत्रिक शक्ति प्रदान करते हैं, और बड़ी स्टोरेज बैटरी चार्ज करते हैं। जब अधिक मोटर/जनरेटर उपस्थित हों, जैसा कि टोयोटा प्रियस और अन्य में उपयोग की जाने वाली हाइब्रिड सिनर्जी ड्राइव में होता है, तो जनरेटर के रूप में काम कर सकता है और दूसरे को मोटर के रूप में फीड कर सकता है, जिससे इंजन की कुछ शक्ति के प्रवाह के लिए इलेक्ट्रोमेकैनिकल पथ प्रदान होता है। पहियों को। इन मोटर/जनरेटरों के ऊपर वर्णित ऑटोमोटिव अल्टरनेटर की तुलना में उनके नियंत्रण के लिए अधिक शक्तिशाली इलेक्ट्रॉनिक उपकारण है