Λύσεις — Ενότητα 2.4: Εφαρμογές γεννητριών Σ.Ρ. στα οχήματα (σελ. 112) – ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Ενότητα 2.4: Εφαρμογές γεννητριών Σ.Ρ. στα οχήματα (σελ. 112)

Λύσεις των 8 ερωτήσεων της ενότητας 2.4: 6 ανοιχτές και 2 πολλαπλής επιλογής.

Ερώτηση 1 — Τύπος γεννήτριας αυτοκινήτου και βασικό γνώρισμα

Ερώτηση: Ποιος τύπος γεννήτριας χρησιμοποιείται στα αυτοκίνητα και ποιο είναι το βασικό γνώρισμά τους;

Απάντηση:

• Ο τύπος που χρησιμοποιείται από πολλά χρόνια είναι η γεννήτρια Σ.Ρ. παράλληλης διέγερσης — το γνωστό δυναμό (σελ. 108): παίρνει μηχανικό έργο από την κινητήρια μηχανή και το μετατρέπει σε ηλεκτρική ενέργεια για τους καταναλωτές και τη φόρτιση του συσσωρευτή (τομή γεννήτριας Bosch, σχ. 2.18, με τα γνωστά μέρη: ζύγωμα, πυρήνες πόλων με τύλιγμα διέγερσης, δρομέας, συλλέκτης, ψήκτρες, ψηκτροφορέας, ρουλεμάν).
• Βασικό γνώρισμα: το μακρόστενο σχήμα τους, που οφείλεται κυρίως στο περιορισμένο πλάτος του χώρου που υπάρχει στην περιοχή του κινητήρα του αυτοκινήτου (σελ. 109).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Γεννήτρια Σ.Ρ. παράλληλης διέγερσης (δυναμό)· βασικό γνώρισμα το μακρόστενο σχήμα λόγω του στενού χώρου στην περιοχή του κινητήρα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Τύπος + γνώρισμα με αιτία.

Ερώτηση 2 — Ονομαστική και μέγιστη ισχύς γεννήτριας αυτοκινήτου

Ερώτηση: Τι ονομάζεται ονομαστική και τι μέγιστη ισχύς της γεννήτριας του αυτοκινήτου;

Απάντηση:

• Οι καταναλωτές του αυτοκινήτου διακρίνονται, ανάλογα με τον χρόνο που χρειάζονται την ισχύ, σε καταναλωτές διαρκείας (τη θέλουν συνεχώς — π.χ. ανάφλεξη, φώτα) και στιγμιαίους (μόνο στιγμιαία — π.χ. κόρνα, φλας, μίζα) (σελ. 109). Ονομαστική ισχύς της γεννήτριας ονομάζεται η ισχύς που χρειάζονται οι καταναλωτές διαρκείας — αυτή καθορίζει το μέγεθος της γεννήτριας· σε επιβατικό μεσαίου μεγέθους είναι π.χ. 140 W. Μέγιστη ισχύς είναι η ισχύς που μπορεί να δώσει η ίδια γεννήτρια με υπερφόρτιση, χωρίς κίνδυνο καταστροφής — π.χ. έως 200 W (καλύπτει και τους στιγμιαίους καταναλωτές).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ονομαστική = η ισχύς των καταναλωτών διαρκείας (π.χ. 140 W)· μέγιστη = η ισχύς με υπερφόρτιση χωρίς κίνδυνο καταστροφής (π.χ. 200 W).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Δύο ορισμοί + παράδειγμα.

Ερώτηση 3 — Σχέση μετάδοσης της κίνησης και συνηθισμένες τιμές

Ερώτηση: Τι ονομάζεται σχέση μετάδοσης της κίνησης της γεννήτριας του αυτοκινήτου και ποιες είναι οι συνηθισμένες τιμές της;

Απάντηση:

• Ανεξάρτητα από τον τρόπο μετάδοσης της κίνησης από τον κινητήρα στη γεννήτρια (ιμάντας κ.λπ.), σχέση μετάδοσης της κίνησης ονομάζεται το πηλίκο των στροφών της γεννήτριας διά των στροφών του κινητήρα (σελ. 109): i = n(γεννήτριας)/n(κινητήρα). Οι συνηθισμένες τιμές της είναι 1,2 έως 2,5 — η γεννήτρια στρέφεται 1,2-2,5 φορές γρηγορότερα από τον κινητήρα, ώστε να φτάνει τις ονομαστικές στροφές της (και να φορτίζει) ήδη σε χαμηλές στροφές του κινητήρα, χωρίς όμως να ξεπερνά τις μέγιστες στροφές της στο ρελαντί-φουλ του κινητήρα.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το πηλίκο στροφές γεννήτριας / στροφές κινητήρα· συνήθεις τιμές 1,2-2,5.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ορισμός + εύρος τιμών.

Ερώτηση 4 — Απαιτήσεις από τη γεννήτρια του αυτοκινήτου

Ερώτηση: Ποιες απαιτήσεις έχουμε από τη γεννήτρια του αυτοκινήτου;

Απάντηση:

• Γενικές απαιτήσεις, όπως από κάθε γεννήτρια (σελ. 109): να λειτουργεί χωρίς συχνές βλάβες, να έχει μεγάλη διάρκεια ζωής, εύκολη συντήρηση, καλό βαθμό απόδοσης κ.λπ. Δύο ειδικές απαιτήσεις για τη γεννήτρια του αυτοκινήτου: α) να φτάνει τις ονομαστικές της στροφές — ώστε να παρέχει την ονομαστική της ισχύ και να φορτίζεται η εγκατάσταση (συσσωρευτής) — με τις λιγότερες δυνατές στροφές του κινητήρα (δηλαδή να φορτίζει ακόμη και στο ρελαντί)· β) να μην ξεπερνά τις μέγιστες στροφές της όταν ο κινητήρας φτάνει τις μέγιστες στροφές του (μηχανική αντοχή, φυγόκεντρος στο τύλιγμα, συλλέκτης). Τις δύο απαιτήσεις τις συμβιβάζει η κατάλληλη σχέση μετάδοσης (1,2-2,5).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Γενικές: αξιοπιστία, μεγάλη διάρκεια ζωής, εύκολη συντήρηση, καλός βαθμός απόδοσης· ειδικές: ονομαστικές στροφές/ισχύς και φόρτιση με τις λιγότερες στροφές του κινητήρα, και να μην ξεπερνά τις μέγιστες στροφές της με τις μέγιστες του κινητήρα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Γενικές + οι δύο ειδικές.

Ερώτηση 5 — Αρχή λειτουργίας γεννήτριας παλμών τύπου Hall

Ερώτηση: Ποια είναι η αρχή λειτουργίας της γεννήτριας παλμών τύπου ΗαΙΙ (Χολ);

Απάντηση:

• Στηρίζεται στο φαινόμενο Hall (σελ. 110): όταν ένας ημιαγωγός που διαρρέεται από ρεύμα τοποθετηθεί σε μαγνητικό πεδίο κάθετο προς τη φορά του ρεύματος, δημιουργείται στα άκρα του μια διαφορά δυναμικού (τάση Hall) σε κατεύθυνση κάθετη και στη ροή του ρεύματος και στο μαγνητικό πεδίο (σχ. 2.19). Για σταθερό ρεύμα I η τάση είναι ευθέως ανάλογη της πυκνότητας της μαγνητικής ροής που διαπερνά το πλακίδιο.
• Ως γεννήτρια παλμών: ένας μαγνητικός πυρήνας σχήματος C με μικρό διάκενο φέρει στο διάκενο το πλακίδιο ημιαγωγού· το πεδίο δίνει ένας μικρός μαγνήτης συνδεδεμένος με το κινούμενο αντικείμενο (σχ. 2.20). Όταν ο μαγνήτης είναι στο κέντρο, η ροή μοιράζεται συμμετρικά στα δύο μισά του πυρήνα, το πεδίο στο διάκενο είναι μηδέν και η τάση μηδέν· μια μικρή μετακίνηση διαφοροποιεί την κατανομή (περισσότερη ροή στη μια πλευρά) και εμφανίζεται τάση γραμμικά ανάλογη προς τη μετακίνηση, με πολικότητα ανάλογη της κατεύθυνσης. Στην ανάφλεξη, ένας περιστρεφόμενος σκανδαλιστής-διανομέας με προεξοχές (σχ. 2.21) διακόπτει/επιτρέπει τη ροή στο διάκενο, οπότε η διάταξη παράγει παλμούς τάσης σε κάθε πέρασμα — σήμα θέσης/ταχύτητας για το σύστημα ανάφλεξης.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Φαινόμενο Hall: ρεύμα σε ημιαγωγό + κάθετο μαγνητικό πεδίο → τάση κάθετη σε ρεύμα και πεδίο, ανάλογη της ροής· πυρήνας C με διάκενο και πλακίδιο, μαγνήτης στο κινούμενο σώμα — στο κέντρο τάση 0, με μετακίνηση τάση ανάλογη/με πολικότητα· προεξοχές σκανδαλιστή → παλμοί.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Φαινόμενο + διάταξη + παλμοί.

Ερώτηση 6 — Ο διακόπτης τύπου Hall και πού χρησιμοποιείται

Ερώτηση: Τι είναι ο διακόπτης τύπου ΗαΙΙ και που χρησιμοποιείται;

Απάντηση:

• Ο διακόπτης φαινομένου Hall είναι διάταξη που στηρίζεται στην ίδια αρχή με τη γεννήτρια παλμών Hall (σελ. 111): ένα πλακίδιο ημιαγωγού σε μαγνητικό διάκενο, που όταν το πεδίο περνά ένα κατώφλι «ανοίγει/κλείνει» — δίνει σήμα εξόδου ψηφιακού τύπου (δύο καταστάσεις), με πολύ μικρούς χρόνους ανόδου και καθόδου. Επειδή έχει ακρίβεια στην ανίχνευση της θέσης και ψηφιακή έξοδο, αποτελεί πολύ γνωστό είδος συσκευής σκανδαλισμού — οι έξοδοί του χρησιμοποιούνται εύκολα ως παλμοί σκανδαλισμού σε συστήματα που ελέγχονται από υπολογιστή.
• Χρήση στο αυτοκίνητο: στο σύστημα ανάφλεξης — ένας διπλός διακόπτης Hall δίνει στον υπολογιστή (εγκέφαλο) την πληροφορία της ταχύτητας περιστροφής του στροφαλοφόρου άξονα και της θέσης του άνω νεκρού σημείου, σε σύστημα ανάφλεξης χωρίς διανομέα (ηλεκτρονική ανάφλεξη)· γενικότερα, ως αισθητήρας θέσης/στροφών (σκανδαλιστής-διανομέας με προεξοχές, σχ. 2.21) και για τη μέτρηση μικρών μετακινήσεων.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Διάταξη Hall με ψηφιακή έξοδο (γρήγοροι χρόνοι ανόδου/καθόδου) και ακριβή ανίχνευση θέσης = συσκευή σκανδαλισμού για συστήματα με υπολογιστή· στο αυτοκίνητο ο διπλός διακόπτης Hall δίνει στροφές στροφαλοφόρου και θέση ΑΝΣ στην ανάφλεξη χωρίς διανομέα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Ορισμός (ψηφιακό σήμα, σκανδαλισμός) + χρήση στην ανάφλεξη.

Ερώτηση 7 (πολλαπλής επιλογής) — Ονομαστική ισχύς γεννήτριας επιβατικού

Ερώτηση: Η ονομαστική ισχύς της γεννήτριας σε επιβατικά αυτοκίνητα είναι: α. 100W. β. 300W. γ. 200W.

Απάντηση:

• Το βιβλίο (σελ. 109) δίνει για επιβατικό μεσαίου μεγέθους ονομαστική ισχύ 140 W και μέγιστη 200 W (με υπερφόρτιση) — καμία από τις τρεις επιλογές δεν ταυτίζεται με την τυπωμένη ονομαστική τιμή. Από τις προσφερόμενες: το 300 W αποκλείεται (ξεπερνά και τη μέγιστη)· το 200 W είναι η μέγιστη ισχύς της ίδιας γεννήτριας, όχι η ονομαστική· η επιλογή που βρίσκεται εντός της τάξης μεγέθους της ονομαστικής (140 W) και κάτω από τη μέγιστη είναι το α. 100 W.
• Σωστή απάντηση: α. 100 W — η πλησιέστερη επιλογή στην ονομαστική ισχύ 140 W που αναφέρει το βιβλίο (το 200 W είναι η μέγιστη). Σημειώνεται ότι η ερώτηση δεν έχει επιλογή που να συμφωνεί ακριβώς με το κείμενο — αν ο διδάσκων θεωρήσει «ονομαστική» τη μέγιστη ισχύ της γεννήτριας, η απάντηση θα ήταν γ (200 W)· σε γραπτή απάντηση αναφέρουμε ρητά τα 140 W.

Σύνοψη: Το βιβλίο λέει 140 W (μέγιστη 200 W)· από τις επιλογές, α (100 W) ως πλησιέστερη στην ονομαστική — το 200 W είναι η μέγιστη· επισημαίνεται η ασυμφωνία.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Αναφορά της τιμής 140 W + αιτιολογημένη επιλογή.

Ερώτηση 8 (πολλαπλής επιλογής) — Τάση λειτουργίας γεννήτριας αυτοκινήτου

Ερώτηση: Η τάση λειτουργίας της γεννήτριας στα αυτοκίνητα μπορεί να είναι: α. 60V. β. 24V. γ. 4V. δ. 30V.

Απάντηση:

• Σωστή απάντηση: β. 24 V — η τυποποιημένη κλίμακα τάσεων για όλα τα αυτοκίνητα είναι 6 V, 12 V και 24 V (24 V στα μεγάλα πετρελαιοκίνητα) (σελ. 109)· 4, 30 και 60 V δεν είναι τυποποιημένες τάσεις οχημάτων.

Σύνοψη: β — 24 V (κλίμακα 6/12/24 V).

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Σωστό γράμμα + η κλίμακα.