Badanie alternatora

1. Cel

wiczenia

Celem wykonywanego

wiczenia jest sprawdzanie prawidłowo

działania alternatora metod

bezdemonta

(na poje

dzie) oraz po jego

demonta

u z pojazdu - na stole probierczym.

2. Wykaz pomocy:

badany pojazd (alternator),

miernik cyfrowy,

gi indukcyjne do pomiaru nat

ęŜ

enia pr

du,

stół probierczy EFAW 272A BOSCH

3. Schemat stanowiska pomiarowego.

Rys.1 Schemat ideowy poł

cze

alternatora na stanowisku badawczym (stole probierczym)

4. Wiadomo

ci wprowadzaj

Zasada działania alternatora.

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

Jest to pr

d przemienny, a wi

c jego kierunek jest okresowo zmienny. Aby go zamieni

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

c aby otrzyma

d stały z ka

dej cewki stojana, musiałby wewn

trz uzwoje

wirowa

twornik wypo-

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

a sam twornik nie mógłby obraca

z wi

kszymi pr

dko

ciami. Inn

niedogodno

takiego rozwi

zania jest fakt,

e pr

d musiałby przechodzi

przez komutator i szczotki. To

powodowałoby,

e współpracuj

ce ze sob

elementy szybko by si

ywały na skutek

iskrzenia.

Jednak

e gdy pr

d przemienny wytworzony w uzwojeniach prostowany jest dopiero na

cu procesu generacji, tu

przed dostarczeniem do obwodu, a tak

e gdy zamiast

wiruj

cego twornika wiruje magne

nica, wówczas sam proces generacji pr

du nie ulega

zmianie. Wytwarza si

w takich warunkach wi

ksza ilo

ść

du, a to powoduje równie

wydzielanie si

kszej ilo

ci ciepła w uzwojeniach. Z tego powodu wygodniejszym

rozwi

zaniem jest umieszczenie uzwoje

twornika na zewn

trz wiruj

cej magne

nicy. Tak

wła

nie skonstruowane s

alternatory samochodowe - uzwojenie stojana jest twornikiem

(wygodniejsze chłodzenie), a uzwojenie wirnika spełnia rol

magne

nicy (wiruj

ce pole

magnetyczne).

W instalacjach elektrycznych pojazdów stosowane jest zwykle napi

cie 12V lub

24V (pojazdy ci

ęŜ

arowe) i alternator układu ładowania musi takie napi

cie dostarczy

Rys.2 Ogólna budowa alternatora.

d generowany jest wówczas, gdy magnes wiruje wewn

trz uzwoje

, a wielko

ść

tego

du zale

na jest od pr

dko

ci obrotowej magnesu. Tak wi

c zgodnie z

zaobserwowanym zjawiskiem indukcji elektromagnetycznej - im szybciej przecinane s

li-

nie sił pola, tym wi

ksza sil

elektromotoryczna generowana jest w uzwojeniach. Mo

c stwierdzi

e napi

cie zmienia si

zgodnie ze zmiana pr

dko

ci obrotowej magnesu.

A zatem aby otrzyma

stałe napi

cie, magnes musiałby wirowa

ze stał

dko

obrotowa. Jednak

e silnik samochodu pracuje przy zmiennych pr

dko

ciach obrotowych,

zale

nych od warunków jazdy, wi

c pr

dko

ść

obrotowa alternatora nie mo

e by

utrzymywana na stałym poziomie. Aby rozwi

opisany problem, w miejsce stałego

magnesu montuje si

elektromagnes. Wówczas mo

na otrzyma

stałe napi

cie.

Elektromagnes mo

e zmienia

wielko

ść

strumienia magnetycznego (ilo

ść

linii sił pola)

w zale

ci od pr

dko

ci alternatora.

Elektromagnes zawiera rdze

(ze stali mi

kkiej), wokół którego nawini

te s

cewki

uzwojenia. Gdy przez cewki przepływa pr

d, rdze

magnetyzuje si

. Wielko

ść

wytworzonego w ten sposób pola magnetycznego zale

na jest od wielko

ci pr

przepływaj

cego przez cewki. Przy malej pr

dko

ci alternatora pr

d przepływaj

cy przez

uzwojenia rdzenia powinien by

y i odwrotnie, przy du

ej pr

dko

ci nale

y do uzwoje

dostarczy

małego pr

du. Pr

d przepływaj

cy przez elektromagnes dostarczany jest

z akumulatora, a jego ilo

ść

regulowana jest przez regulator napi

cia alternatora. Dzi

takiemu rozwi

zaniu alternator mo

e dostarczy

stale napi

cie niezale

nie od pr

dko

obrotowej silnika.

Prostowanie pr

du.

Podzespoły elektryczne samochodu zasilane s

dem stałym i taki pr

wymagany jest równie

do ładowania akumulatora. Alternator wytwarza pr

d przemienny

trójfazowy, ale dopóki pr

d o takiej charakterystyce nie zostanie wyprostowany, nie mo

go u

w układzie ładowania.

Zamiana pr

du przemiennego na pr

d stały nazywana jest prostowaniem. Proces ten

na przeprowadzi

kilkoma sposobami, a w układach samochodowych stosuje si

tego celu proste, lecz skuteczne diody.

Przez diod

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

sze

ciodiodowy, który zamienia pr

d przemienny trójfazowy na pr

d stały w systemie

pełnozakresowym. Jako

e w alternatorze na stale wmontowane s

diody, energia

odbierana jest pod postaci

du stałego.

Rys.3 Sze

ciodiodowy układ prostowniczy alternatora

Tak wi

c mo

emy zaobserwowa

e pr

d generowany w ka

dej z cewek uzwojenia na swej

drodze do układu diod ci

gle zmienia kierunek, lecz pr

d odbierany na wyj

ciu z układu diod

posiada ju

stal

polaryzacj

(kierunek przepływu). Wyj

cie z układu diod tworzy fragment obwodu

du stałego.

Rys.4 Przebieg przemiennych napi

ęć

sinusoidalnych w uzwojeniach alternatora (bez

prostowania). Poszczególne fazy przesuni

te s

wzgl

dem siebie o 120

i „wyprostowanego”

przebiegu napi

cia w alternatorze.

Regulacja napi

cia.

Napi

cie generowanego w alternatorze pr

du zmienia si

w zale

ci od pr

dko

obrotowej wirnika i nat

ęŜ

enia pr

du wyj

ciowego (czyli obci

ąŜ

enia). Poniewa

dko

ść

obrotowa

silnika pojazdu ci

gle si

zmienia, alternator równie

nie pracuje ze stal

dko

. Co wi

cej,

obci

ąŜ

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

jest zmienne, powoduj

zmienne warunki ładowania akumulatora. Dlatego te

, aby utrzyma

stałe napi

cie wyj

ciowe

alternatora, stosuje si

regulator napi

cia. W układach samochodowych nazywany jest równie

regulatorem alternatora. Współczesne alternatory wyposa

one s

w regulatory napi

cia typu

półprzewodnikowego (IC), które wbudowane do wn

trza alternatora i cz

sto wyst

puj

w zespole

ze szczotkotrzymaczem (np. rozwi

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

jest zminiaturyzowanym układem elektronicznym zawieraj

cym elementy półprzewodnikowe

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

Regulator tego typu charakteryzuje si

dokładniejsz

regulacj

napi

cia (przy krótkim czasie reakcji na zmian

obci

ąŜ

enia czy te

dko

ci obrotowej alternatora),

Ŝą

odporno

na wstrz

sy i niezawodno

pracy,

małym wpływem temperatury na dokładno

ść

regulacji napi

cia.

Jest jednak wra

liwy na nadmierne temperatury i napi

cia.

Regulator IC przytwierdzony jest do alternatora

rubami, które nie tylko słu

Ŝą

do jego

mocowania, ale równie

stanowi

poł

czenia elektryczne pomi

dzy alternatorem a zaciskami E,

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

rub mo

e spowodowa

niewła

ciwe

poł

czenie elektryczne i przyczyni

do spadku napi

cia ładowania.

Rys.4 Przykładowy wygl

d zewn

trzny regulatora napi

cia „IC”: (a) typ „japo

ski”, (b) typu BOSCH

(w zespole ze szczotkotrzymaczem).

Zadaniem regulatora jest zwi

kszanie i zmniejszanie ilo

ci pr

du przepływaj

cego przez obwód

wzbudzenia wirnika. W ten sposób regulowane jest napi

cie wyj

ciowe pr

du wytworzonego

w stojanie.
Prawidłowa warto

ść

napi

cia regulowanego wynosi najcz

ęś

ciej około 14 V - podczas

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

ąŜ

eniu kontrolnym i okre

lonej pr

dko

ci obrotowej silnika. Szczegółowe dane dotycz

warunków przeprowadzenia pomiarów, znale

źć

na w danych diagnostycznych (np. AUTO

DATA, BOSCH ESI-tronic itp.).

OGÓLNA BUDOWA STOŁU PROBIERCZEGO BOSCH EFAW 275 A

Rys.5 Ogólna budowa stołu probierczego EFAW 275 A

A – konstrukcja no

na stołu

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

monta

owe

D – silnik nap

dowy (repulsacyjny)

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

tło regulacji pr

dko

ci obrotowej silnika nap

dowego

G – pokrywa z łatwym dost

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

dko

ci obrotowej pr

dnicy podczas

próby pracy silnikowej

K – gumowa powierzchnia na drobne prace monta

owo-demonta

owe

L – lampa jarzeniowa o

wietlenia stanowiska

M – obrotomierz wraz z pr

dniczk

tachometryczn

do badania pr

dko

ci obrotowej rozrusznika

pracuj

cego na biegu jałowym

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

cewek itp.

O – wakuometr do badania np. charakterystyk regulatorów podci

nieniowych aparatów zapłonowych

(sterowanie elektryczn

pompk

pró

niow

odbywa si

z pulpitu)

P – zespół przył

czy zasilaj

cych do badania rozruszników

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

cowego (do badania rozruszników – próba pełnego

zahamowania)

S – uchylna pokrywa (wewn

trz miejsce do przechowywania wyposa

enia dodatkowego stołu)

T - zespół przył

czy, lampek kontrolnych pulpitu badawczego

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

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

alternatorów):

1- główny wył

cznik zasilania stołu, 2- wybór zakresu regulacji pr

dko

ci obrotowej silnika

nap

dowego stołu, 3- zaciski napi

ciowe akumulatora, 4-zespół lampek kontrolnych i przycisków

wyboru napi

cia zasilaj

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

cze rezystorów obci

ąŜ

eniowych, 6-

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

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

kontrolna i wył

cznik napi

cia zasilania pr

dem stałym stołu, 11 - pokr

tło płynnej regulacji

obci

ąŜ

enia, 12 – zespół wł

czników obci

ąŜ

enia kontrolnego (sporz

dzanie charakterystyk

obci

ąŜ

eniowych pr

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

cia

wewn

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

cia ze

ródła

zewn

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

poz. „N” rys.5), 17 – wł

cznik o

wietlenia stołu.

5. Przebieg

wiczenia

5.1 Badania stanowiskowe (na stole probierczym)

W czasie bada

stanowiskowych przeprowadza si

sporz

dzenie charakterystyki napi

ciowej U=f(n), ze szczególnym uwzgl

dnieniem

ustalenia pr

dko

ci obrotowej, przy której alternator uzyskuje napi

cie

znamionowe 14 V,

sporz

dzenie charakterystyki obci

ąŜ

eniowej alternatora w funkcji jego pr

dko

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

ciu U=const=14 V

obserwacj

przebiegów napi

ciowych na oscyloskopie

5.1.1 Monta

alternatora na stole probierczym

Alternator winien zosta

zamontowany na stole probierczym poprzez uło

enie go na

podstawce i umocowanie za pomoc

strzemienia (rys.7) oraz poł

czenie za pomoc

sprz

gła

gumowego z silnikiem stołu probierczego (rys.8).

Rys.7 Monta

alternatora na stole probierczym

Rys.8 Przeniesienie nap

du podczas bada

5.1.2 Sporz

dzanie charakterystyki napi

ciowej alternatora U=f(n)

Rys.9 Schemat ideowy poł

cze

elektrycznych do sporz

dzenia charakterystyki napi

ciowej

alternatora.

W celu sporz

dzenia charakterystyki napi

ciowej alternatora, nale

y wykona

poł

czenia

elektryczne wg rys 9 (badanie alternatora bez regulatora napi

cia).

Podnosz

c pr

dko

ść

obrotow

silnika nap

dowego stołu (za pomoc

pokr

tła „F” wg

rysunku 5) odczytujemy pr

dko

ść

obrotow

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

i napi

cie.

Odczytane wyniki pomiarów zapisujemy w tabeli, na podstawie której nale

y sporz

dzi

charakterystyk

napi

ciow

U=f(n)

Uwaga!
Podczas pomiarów nale

y zwróci

szczególn

uwag

na odczytanie pr

dko

ci obrotowej alternatora, przy

której uzyskuje on napi

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

uzyska

przy pr

dko

ci 1050 obr/min).

5.1.3 Sporz

dzanie charakterystyki obci

ąŜ

eniowej napi

ciowej alternatora I=f(n)

przy U=const=14 V

Rys.10 Schemat ideowy poł

cze

elektrycznych do sporz

dzenia charakterystyki obci

ąŜ

eniowej

alternatora.

W celu sporz

dzenia charakterystyki obci

ąŜ

eniowej alternatora, nale

y wykona

poł

czenia elektryczne wg rys 10 (badanie alternatora bez regulatora napi

cia).

Podnosimy pr

dko

ść

obrotow

silnika nap

dowego stołu (za pomoc

pokr

tła „F”

wg rysunku 5) do uzyskania napi

cia 14 [V]; odczytujemy pr

dko

ść

obrotow

alternatora

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

ąŜ

enia kontrolnego. Alternator winien uzyska

napi

cie znamionowe zgodnie z

charakterystyk

napi

ciow

W celu sporz

dzenia dalszych punktów charakterystyki, zadajemy wł

cznikami „12”

wg rys. 6 obci

ąŜ

enia kontrolne.

Zał

czenie kolejnego obci

ąŜ

enia b

dzie ka

dorazowo powodowało spadek

napi

cia i pr

dko

ci obrotowej alternatora – nale

y wi

c po wł

czeniu danego obci

ąŜ

enia

podnie

ść

dko

ść

obrotow

alternatora do odzyskania napi

cia 14 V, nast

pnie odczyta

dko

ść

obrotow

i pr

d obci

ąŜ

enia z mierników; uzyskane wyniki zanotowa

w tabeli.

Uwaga!

Zdejmowanie punktów charakterystyki winno by

przeprowadzone mo

liwie szybko – ze wzgl

du na

silne nagrzewanie si

alternatora i niebezpiecze

stwo jego uszkodzenia.

5.1.4 Obserwacja oscyloskopowa alternatora.

Podł

czona sonda oscyloskopu, pozwala podczas sporz

dzania charakterystyk

alternatora obserwowa

pulsacj

napi

cia. Nale

y naszkicowa

zaobserwowany przebieg

w sprawozdaniu a nast

pnie porówna

z przebiegami wzorcowymi w celu oceny pracy

alternatora.

5.2 Badanie alternatora w poje

dzie

W opracowaniu …..

6. Wyniki pomiarów.

Tabela wyników do sporz

dzania charakterystyki napi

ciowej U=f(n).

n[obr/min]

……

…

……

U[V]

……

Tabela wyników do sporz

dzania charakterystyki obci

ąŜ

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

I[A]

……

n[obr/min]

……

Opracowanie wyników i wnioski.

Na podstawie uzyskanych wyników nale

y sporz

dzi

charakterystyki napi

ciow

i obci

ąŜ

eniow

alternatora oraz porówna

je z danymi producenta.

Zaobserwowany obraz oscyloskopowy pulsacji napi

cia alternatora nale

porówna

z przebiegami wzorcowymi i dokona

odpowiedniej oceny.

Wnioski ko

cowe powinny zawiera

uwagi dotycz

ce badania o charakterze ogólnym oraz

informacje o stanie technicznym badanego alternatora.