1

ZESPÓŁ SZKÓŁ SAMOCHODOWYCH

im. in

ż

. Tadeusza Ta

ń

skiego

w Poznaniu

PRACOWNIA TECHNICZNA

Instrukcja do

ć

wiczenia nr ....

TEMAT: Badanie alternatora.

Zatwierdził:

..........................................

...................................................

data

piecz

ą

tka i podpis dyrektora

2

1. Cel

ć

wiczenia

Celem wykonywanego

ć

wiczenia jest sprawdzanie prawidłowo

ś

ci

działania alternatora metod

ą

bezdemonta

ż

ow

ą

(na poje

ź

dzie) oraz po jego

demonta

ż

u z pojazdu - na stole probierczym.

2. Wykaz pomocy:

badany pojazd (alternator),

miernik cyfrowy,

c

ę

gi indukcyjne do pomiaru nat

ęż

enia pr

ą

du,

stół probierczy EFAW 272A BOSCH

3. Schemat stanowiska pomiarowego.

Rys.1 Schemat ideowy poł

ą

cze

ń

alternatora na stanowisku badawczym (stole probierczym)

4. Wiadomo

ś

ci wprowadzaj

ą

ce

Zasada działania alternatora.

Pr

ą

d generowany jest w uzwojeniu, gdy uzwojenie to wiruje w polu magnetycznym.

Jest to pr

ą

d przemienny, a wi

ę

c jego kierunek jest okresowo zmienny. Aby go zamieni

ć

na

pr

ą

d stały, konieczne jest zastosowanie komutatora i szczotek. Tak wi

ę

c aby otrzyma

ć

pr

ą

d stały z ka

ż

dej cewki stojana, musiałby wewn

ą

trz uzwoje

ń

wirowa

ć

twornik wypo-

sa

ż

ony w komutator. W tym wypadku jednak konstrukcja twornika byłaby skomplikowana,

a sam twornik nie mógłby obraca

ć

si

ę

z wi

ę

kszymi pr

ę

dko

ś

ciami. Inn

ą

niedogodno

ś

ci

ą

takiego rozwi

ą

zania jest fakt,

ż

e pr

ą

d musiałby przechodzi

ć

przez komutator i szczotki. To

powodowałoby,

ż

e współpracuj

ą

ce ze sob

ą

elementy szybko by si

ę

zu

ż

ywały na skutek

iskrzenia.

Jednak

ż

e gdy pr

ą

d przemienny wytworzony w uzwojeniach prostowany jest dopiero na

ko

ń

cu procesu generacji, tu

ż

przed dostarczeniem do obwodu, a tak

ż

e gdy zamiast

wiruj

ą

cego twornika wiruje magne

ś

nica, wówczas sam proces generacji pr

ą

du nie ulega

zmianie. Wytwarza si

ę

w takich warunkach wi

ę

ksza ilo

ść

pr

ą

du, a to powoduje równie

ż

3

wydzielanie si

ę

wi

ę

kszej ilo

ś

ci ciepła w uzwojeniach. Z tego powodu wygodniejszym

rozwi

ą

zaniem jest umieszczenie uzwoje

ń

twornika na zewn

ą

trz wiruj

ą

cej magne

ś

nicy. Tak

wła

ś

nie skonstruowane s

ą

alternatory samochodowe - uzwojenie stojana jest twornikiem

(wygodniejsze chłodzenie), a uzwojenie wirnika spełnia rol

ę

magne

ś

nicy (wiruj

ą

ce pole

magnetyczne).

W instalacjach elektrycznych pojazdów stosowane jest zwykle napi

ę

cie 12V lub

24V (pojazdy ci

ęż

arowe) i alternator układu ładowania musi takie napi

ę

cie dostarczy

ć

.

Rys.2 Ogólna budowa alternatora.

Pr

ą

d generowany jest wówczas, gdy magnes wiruje wewn

ą

trz uzwoje

ń

, a wielko

ść

tego

pr

ą

du zale

ż

na jest od pr

ę

dko

ś

ci obrotowej magnesu. Tak wi

ę

c zgodnie z

zaobserwowanym zjawiskiem indukcji elektromagnetycznej - im szybciej przecinane s

ą

li-

nie sił pola, tym wi

ę

ksza sil

ą

elektromotoryczna generowana jest w uzwojeniach. Mo

ż

na

wi

ę

c stwierdzi

ć

,

ż

e napi

ę

cie zmienia si

ę

zgodnie ze zmiana pr

ę

dko

ś

ci obrotowej magnesu.

A zatem aby otrzyma

ć

stałe napi

ę

cie, magnes musiałby wirowa

ć

ze stał

ą

pr

ę

dko

ś

ci

ą

obrotowa. Jednak

ż

e silnik samochodu pracuje przy zmiennych pr

ę

dko

ś

ciach obrotowych,

zale

ż

nych od warunków jazdy, wi

ę

c pr

ę

dko

ść

obrotowa alternatora nie mo

ż

e by

ć

utrzymywana na stałym poziomie. Aby rozwi

ą

za

ć

opisany problem, w miejsce stałego

magnesu montuje si

ę

elektromagnes. Wówczas mo

ż

na otrzyma

ć

stałe napi

ę

cie.

Elektromagnes mo

ż

e zmienia

ć

wielko

ść

strumienia magnetycznego (ilo

ść

linii sił pola)

w zale

ż

no

ś

ci od pr

ę

dko

ś

ci alternatora.

Elektromagnes zawiera rdze

ń

(ze stali mi

ę

kkiej), wokół którego nawini

ę

te s

ą

cewki

uzwojenia. Gdy przez cewki przepływa pr

ą

d, rdze

ń

magnetyzuje si

ę

. Wielko

ść

wytworzonego w ten sposób pola magnetycznego zale

ż

na jest od wielko

ś

ci pr

ą

du

przepływaj

ą

cego przez cewki. Przy malej pr

ę

dko

ś

ci alternatora pr

ą

d przepływaj

ą

cy przez

uzwojenia rdzenia powinien by

ć

du

ż

y i odwrotnie, przy du

ż

ej pr

ę

dko

ś

ci nale

ż

y do uzwoje

ń

dostarczy

ć

małego pr

ą

du. Pr

ą

d przepływaj

ą

cy przez elektromagnes dostarczany jest

z akumulatora, a jego ilo

ść

regulowana jest przez regulator napi

ę

cia alternatora. Dzi

ę

ki

takiemu rozwi

ą

zaniu alternator mo

ż

e dostarczy

ć

stale napi

ę

cie niezale

ż

nie od pr

ę

dko

ś

ci

obrotowej silnika.

4

Prostowanie pr

ą

du.

Podzespoły elektryczne samochodu zasilane s

ą

pr

ą

dem stałym i taki pr

ą

d

wymagany jest równie

ż

do ładowania akumulatora. Alternator wytwarza pr

ą

d przemienny

trójfazowy, ale dopóki pr

ą

d o takiej charakterystyce nie zostanie wyprostowany, nie mo

ż

na

go u

ż

y

ć

w układzie ładowania.

Zamiana pr

ą

du przemiennego na pr

ą

d stały nazywana jest prostowaniem. Proces ten

mo

ż

na przeprowadzi

ć

kilkoma sposobami, a w układach samochodowych stosuje si

ę

do

tego celu proste, lecz skuteczne diody.

Przez diod

ę

pr

ą

d przepływa tylko w jednym kierunku. Na rys.3 pokazano układ

sze

ś

ciodiodowy, który zamienia pr

ą

d przemienny trójfazowy na pr

ą

d stały w systemie

pełnozakresowym. Jako

ż

e w alternatorze na stale wmontowane s

ą

diody, energia

odbierana jest pod postaci

ą

pr

ą

du stałego.

Rys.3 Sze

ś

ciodiodowy układ prostowniczy alternatora

Tak wi

ę

c mo

ż

emy zaobserwowa

ć

,

ż

e pr

ą

d generowany w ka

ż

dej z cewek uzwojenia na swej

drodze do układu diod ci

ą

gle zmienia kierunek, lecz pr

ą

d odbierany na wyj

ś

ciu z układu diod

posiada ju

ż

stal

ą

polaryzacj

ę

(kierunek przepływu). Wyj

ś

cie z układu diod tworzy fragment obwodu

pr

ą

du stałego.

Rys.4 Przebieg przemiennych napi

ęć

sinusoidalnych w uzwojeniach alternatora (bez

prostowania). Poszczególne fazy przesuni

ę

te s

ą

wzgl

ę

dem siebie o 120

0

i „wyprostowanego”

przebiegu napi

ę

cia w alternatorze.

5

Regulacja napi

ę

cia.

Napi

ę

cie generowanego w alternatorze pr

ą

du zmienia si

ę

w zale

ż

no

ś

ci od pr

ę

dko

ś

ci

obrotowej wirnika i nat

ęż

enia pr

ą

du wyj

ś

ciowego (czyli obci

ąż

enia). Poniewa

ż

pr

ę

dko

ść

obrotowa

silnika pojazdu ci

ą

gle si

ę

zmienia, alternator równie

ż

nie pracuje ze stal

ą

pr

ę

dko

ś

ci

ą

. Co wi

ę

cej,

obci

ąż

enie alternatora (lampy, wycieraczki, nagrzewnica, itp) równie

ż

jest zmienne, powoduj

ą

c

zmienne warunki ładowania akumulatora. Dlatego te

ż

, aby utrzyma

ć

stałe napi

ę

cie wyj

ś

ciowe

alternatora, stosuje si

ę

regulator napi

ę

cia. W układach samochodowych nazywany jest równie

ż

regulatorem alternatora. Współczesne alternatory wyposa

ż

one s

ą

w regulatory napi

ę

cia typu

półprzewodnikowego (IC), które wbudowane do wn

ę

trza alternatora i cz

ę

sto wyst

ę

puj

ą

w zespole

ze szczotkotrzymaczem (np. rozwi

ą

zanie stosowane przez BOSCH-a). Układ IC (obwód scalony)

jest zminiaturyzowanym układem elektronicznym zawieraj

ą

cym elementy półprzewodnikowe

(tranzystory, diody, rezystory, kondensatory) zamontowane na płytce drukowanej lub zatopione
w masie silikonowej.

Regulator tego typu charakteryzuje si

ę

:

o

dokładniejsz

ą

regulacj

ą

napi

ę

cia (przy krótkim czasie reakcji na zmian

ę

obci

ąż

enia czy te

ż

pr

ę

dko

ś

ci obrotowej alternatora),

o

du

żą

odporno

ś

ci

ą

na wstrz

ą

sy i niezawodno

ś

ci

ą

pracy,

o

małym wpływem temperatury na dokładno

ść

regulacji napi

ę

cia.

Jest jednak wra

ż

liwy na nadmierne temperatury i napi

ę

cia.

Regulator IC przytwierdzony jest do alternatora

ś

rubami, które nie tylko słu

żą

do jego

mocowania, ale równie

ż

stanowi

ą

poł

ą

czenia elektryczne pomi

ę

dzy alternatorem a zaciskami E,

P, F oraz B regulatora (wg rys.2a). Dlatego poluzowanie si

ę

ś

rub mo

ż

e spowodowa

ć

niewła

ś

ciwe

poł

ą

czenie elektryczne i przyczyni

ć

si

ę

do spadku napi

ę

cia ładowania.

a)

b)

Rys.4 Przykładowy wygl

ą

d zewn

ę

trzny regulatora napi

ę

cia „IC”: (a) typ „japo

ń

ski”, (b) typu BOSCH

(w zespole ze szczotkotrzymaczem).

Zadaniem regulatora jest zwi

ę

kszanie i zmniejszanie ilo

ś

ci pr

ą

du przepływaj

ą

cego przez obwód

wzbudzenia wirnika. W ten sposób regulowane jest napi

ę

cie wyj

ś

ciowe pr

ą

du wytworzonego

w stojanie.
Prawidłowa warto

ść

napi

ę

cia regulowanego wynosi najcz

ęś

ciej około 14 V - podczas

pomiaru wykonanego w warunkach ustalonej temperatury (silnik w pełni nagrzany), przy zadanym
obci

ąż

eniu kontrolnym i okre

ś

lonej pr

ę

dko

ś

ci obrotowej silnika. Szczegółowe dane dotycz

ą

ce

warunków przeprowadzenia pomiarów, znale

źć

mo

ż

na w danych diagnostycznych (np. AUTO

DATA, BOSCH ESI-tronic itp.).

6

OGÓLNA BUDOWA STOŁU PROBIERCZEGO BOSCH EFAW 275 A

Rys.5 Ogólna budowa stołu probierczego EFAW 275 A

A – konstrukcja no

ś

na stołu

B – amperomierz (zakres pomiarowy 0-10A)
C – uniwersalne strzemi

ę

monta

ż

owe

D – silnik nap

ę

dowy (repulsacyjny)

E – 8 sekcyjny iskiernik (do badania aparatów i cewek zapłonowych)
F – pokr

ę

tło regulacji pr

ę

dko

ś

ci obrotowej silnika nap

ę

dowego

G – pokrywa z łatwym dost

ę

pem do podzespołów elektrycznych stołu probierczego

H – pulpit stołu probierczego
I – obrotomierz (zakres pomiarowy 0-3000 obr/min lub 0-6000 obr/min)
J - obrotomierz (zakres pomiarowy 0-1200 obr/min) – do pomiaru pr

ę

dko

ś

ci obrotowej pr

ą

dnicy podczas

próby pracy silnikowej

K – gumowa powierzchnia na drobne prace monta

ż

owo-demonta

ż

owe

L – lampa jarzeniowa o

ś

wietlenia stanowiska

M – obrotomierz wraz z pr

ą

dniczk

ą

tachometryczn

ą

do badania pr

ę

dko

ś

ci obrotowej rozrusznika

pracuj

ą

cego na biegu jałowym

N – omomierz do sprawdzania np. diod prostowniczych, rezystancji uzwoje

ń

cewek itp.

O – wakuometr do badania np. charakterystyk regulatorów podci

ś

nieniowych aparatów zapłonowych

(sterowanie elektryczn

ą

pompk

ą

pró

ż

niow

ą

odbywa si

ę

z pulpitu)

P – zespół przył

ą

czy zasilaj

ą

cych do badania rozruszników

Q – zaciski woltomierza
R – pedał hydraulicznego hamulca blokady koła wie

ń

cowego (do badania rozruszników – próba pełnego

zahamowania)

S – uchylna pokrywa (wewn

ą

trz miejsce do przechowywania wyposa

ż

enia dodatkowego stołu)

T - zespół przył

ą

czy, lampek kontrolnych pulpitu badawczego

U - woltomierz (zakres pomiarowy 0-40 V, 0-20 V, 0-10 V – wybór zakresu pomiarowego z poziomu pulpitu)

7

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

11 12 13 14 15 16 17

Rys.6 Elementów pulpitu stołu probierczego (wskazano istotne do bada

ń

alternatorów):

1- główny wył

ą

cznik zasilania stołu, 2- wybór zakresu regulacji pr

ę

dko

ś

ci obrotowej silnika

nap

ę

dowego stołu, 3- zaciski napi

ę

ciowe akumulatora, 4-zespół lampek kontrolnych i przycisków

wyboru napi

ę

cia zasilaj

ą

cego (instalacje 6, 12, 24 V), 5-przył

ą

cze rezystorów obci

ąż

eniowych, 6-

zaciski woltomierza „U” – wg rys.5, 7-wybór zakresu pomiarowego obrotomierza „I”- wg rys.5, 8-
pokr

ę

tło zerowania omomierza „N” – wg rys.5, 9- zaciski omomierza „N” – wg rys.5, 10-lampka

kontrolna i wył

ą

cznik napi

ę

cia zasilania pr

ą

dem stałym stołu, 11 - pokr

ę

tło płynnej regulacji

obci

ąż

enia, 12 – zespół wł

ą

czników obci

ąż

enia kontrolnego (sporz

ą

dzanie charakterystyk

obci

ąż

eniowych pr

ą

dnic i alternatorów), 13- zacisk masy stołu, 14 – wybór pomiaru napi

ę

cia

wewn

ę

trznego stołu (woltomierzem wg poz. „H” rys.5), 15 – wybór pomiaru napi

ę

cia ze

ź

ródła

zewn

ę

trznego (woltomierzem wg poz. „H” rys.5), 16 – wybór zakresu pomiarowego omomierza (wg

poz. „N” rys.5), 17 – wł

ą

cznik o

ś

wietlenia stołu.

8

5. Przebieg

ć

wiczenia

5.1 Badania stanowiskowe (na stole probierczym)

W czasie bada

ń

stanowiskowych przeprowadza si

ę

:

-

sporz

ą

dzenie charakterystyki napi

ę

ciowej U=f(n), ze szczególnym uwzgl

ę

dnieniem

ustalenia pr

ę

dko

ś

ci obrotowej, przy której alternator uzyskuje napi

ę

cie

znamionowe 14 V,

-

sporz

ą

dzenie charakterystyki obci

ąż

eniowej alternatora w funkcji jego pr

ę

dko

ś

ci

obrotowej przy I=f(n), przy stałym napi

ę

ciu U=const=14 V

-

obserwacj

ę

przebiegów napi

ę

ciowych na oscyloskopie

5.1.1 Monta

ż

alternatora na stole probierczym

Alternator winien zosta

ć

zamontowany na stole probierczym poprzez uło

ż

enie go na

podstawce i umocowanie za pomoc

ą

strzemienia (rys.7) oraz poł

ą

czenie za pomoc

ą

sprz

ę

gła

gumowego z silnikiem stołu probierczego (rys.8).

Rys.7 Monta

ż

alternatora na stole probierczym

Rys.8 Przeniesienie nap

ę

du podczas bada

ń

9

5.1.2 Sporz

ą

dzanie charakterystyki napi

ę

ciowej alternatora U=f(n)

Rys.9 Schemat ideowy poł

ą

cze

ń

elektrycznych do sporz

ą

dzenia charakterystyki napi

ę

ciowej

alternatora.

W celu sporz

ą

dzenia charakterystyki napi

ę

ciowej alternatora, nale

ż

y wykona

ć

poł

ą

czenia

elektryczne wg rys 9 (badanie alternatora bez regulatora napi

ę

cia).

Podnosz

ą

c pr

ę

dko

ść

obrotow

ą

silnika nap

ę

dowego stołu (za pomoc

ą

pokr

ę

tła „F” wg

rysunku 5) odczytujemy pr

ę

dko

ść

obrotow

ą

alternatora z obrotomierza („I” wg rys.5)

i napi

ę

cie.

Odczytane wyniki pomiarów zapisujemy w tabeli, na podstawie której nale

ż

y sporz

ą

dzi

ć

charakterystyk

ę

napi

ę

ciow

ą

U=f(n)

Uwaga!
Podczas pomiarów nale

ż

y zwróci

ć

szczególn

ą

uwag

ę

na odczytanie pr

ę

dko

ś

ci obrotowej alternatora, przy

której uzyskuje on napi

ę

cie znamionowe 14 V (wg danych producenta alternator sam. Fiat 125 p, winien je

uzyska

ć

przy pr

ę

dko

ś

ci 1050 obr/min).

5.1.3 Sporz

ą

dzanie charakterystyki obci

ąż

eniowej napi

ę

ciowej alternatora I=f(n)

przy U=const=14 V

Rys.10 Schemat ideowy poł

ą

cze

ń

elektrycznych do sporz

ą

dzenia charakterystyki obci

ąż

eniowej

alternatora.

10

W celu sporz

ą

dzenia charakterystyki obci

ąż

eniowej alternatora, nale

ż

y wykona

ć

poł

ą

czenia elektryczne wg rys 10 (badanie alternatora bez regulatora napi

ę

cia).

Podnosimy pr

ę

dko

ść

obrotow

ą

silnika nap

ę

dowego stołu (za pomoc

ą

pokr

ę

tła „F”

wg rysunku 5) do uzyskania napi

ę

cia 14 [V]; odczytujemy pr

ę

dko

ść

obrotow

ą

alternatora

z obrotomierza („I” wg rys.5). Dla pierwszego punktu charakterystyki nie zadajemy
obci

ąż

enia kontrolnego. Alternator winien uzyska

ć

napi

ę

cie znamionowe zgodnie z

charakterystyk

ą

napi

ę

ciow

ą

.

W celu sporz

ą

dzenia dalszych punktów charakterystyki, zadajemy wł

ą

cznikami „12”

wg rys. 6 obci

ąż

enia kontrolne.

Zał

ą

czenie kolejnego obci

ąż

enia b

ę

dzie ka

ż

dorazowo powodowało spadek

napi

ę

cia i pr

ę

dko

ś

ci obrotowej alternatora – nale

ż

y wi

ę

c po wł

ą

czeniu danego obci

ąż

enia

podnie

ść

pr

ę

dko

ść

obrotow

ą

alternatora do odzyskania napi

ę

cia 14 V, nast

ę

pnie odczyta

ć

pr

ę

dko

ść

obrotow

ą

i pr

ą

d obci

ąż

enia z mierników; uzyskane wyniki zanotowa

ć

w tabeli.

Uwaga!

Zdejmowanie punktów charakterystyki winno by

ć

przeprowadzone mo

ż

liwie szybko – ze wzgl

ę

du na

silne nagrzewanie si

ę

alternatora i niebezpiecze

ń

stwo jego uszkodzenia.

5.1.4 Obserwacja oscyloskopowa alternatora.

Podł

ą

czona sonda oscyloskopu, pozwala podczas sporz

ą

dzania charakterystyk

alternatora obserwowa

ć

pulsacj

ę

napi

ę

cia. Nale

ż

y naszkicowa

ć

zaobserwowany przebieg

w sprawozdaniu a nast

ę

pnie porówna

ć

z przebiegami wzorcowymi w celu oceny pracy

alternatora.

11

Przykładowe przebiegi oscyloskopowe pracy alternatora.

12

5.2 Badanie alternatora w poje

ź

dzie

W opracowaniu …..

6. Wyniki pomiarów.

Tabela wyników do sporz

ą

dzania charakterystyki napi

ę

ciowej U=f(n).

n[obr/min]

……

……

……

……

……

……

…

?

…

……

U[V]

……

……

……

……

……

……

14

……

Tabela wyników do sporz

ą

dzania charakterystyki obci

ąż

eniowej I=f(n) U=const=14 V.

I[A]

0

……

……

……

……

……

……

……

n[obr/min]

……

……

……

……

……

……

……

……

7.

Opracowanie wyników i wnioski.

-

Na podstawie uzyskanych wyników nale

ż

y sporz

ą

dzi

ć

charakterystyki napi

ę

ciow

ą

i obci

ąż

eniow

ą

alternatora oraz porówna

ć

je z danymi producenta.

-

Zaobserwowany obraz oscyloskopowy pulsacji napi

ę

cia alternatora nale

ż

y

porówna

ć

z przebiegami wzorcowymi i dokona

ć

odpowiedniej oceny.

Wnioski ko

ń

cowe powinny zawiera

ć

uwagi dotycz

ą

ce badania o charakterze ogólnym oraz

informacje o stanie technicznym badanego alternatora.