Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej

WBMiI / MiBM / SiS

Semestr VI / Studia dzienne

LABORATORIUM ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI SAMOCHODOWEJ

Temat 1: Badanie alternatora (diod prostowniczych) za pomocą multimetru.

Temat 2: Diagnostyka alternatora współpracującego za pomocą oscyloskopu.

Kleszcz Bartłomiej

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z budową i zasadą działania alternatora oraz zapoznanie się z metodami diagnostyki alternatora

1. Wstęp

Samochodowa prądnica prądu przemiennego (alternator) jest trójfazową prądnicą synchroniczną, w której wirnik jest magneśnicą, a stojan twornikiem.

W alternatorach stosuje się wzbudzenie elektromagnetyczne, przy czym uzwojenie magnesujące jest nawinięte na wirniku. Wirnik ma od kilku do kilkunastu biegunów, wykonanych w układzie pazurowym.  Pazury na obwodzie wirnika mają biegunowość przemienną. Uzwojenie wzbudzenia jest pojedynczą cewką o kształcie cylindrycznym, zajmującą położenie koncentryczne względem wału i umieszczoną pomiędzy systemami biegunowymi. Uzwojenie wirnika jest zasilane prądem stałym poprzez dwa pierścienie, po których ślizgają się szczotki. Strumień magnetyczny wytworzony przez cewkę, dzieli się na strumienie rozproszenia. Bieguny pazurowe zmieniają kierunek głównego strumienia magnetycznego na osiowy, to jest wzdłuż osi wirnika, dlatego maszyny synchroniczne o tych biegunach są nazywane osiowymi w odróżnieniu od maszyn promieniowych, w których strumień nie ma składowych skierowanych wzdłuż osi wirnika.

1-diody ujemne, 2-diody dodatnie, 3-wirnik pazurowy, 4-stojan (twornik),
 5-mocowanie koła pasowego

Twornik alternatora w odróżnieniu od twornika prądnicy prądu stałego nie wiruje lecz jest częścią korpusu maszyny. Składa się on z pakietu blach prądnicowych wzajemnie izolowanych, osadzonych w aluminiowym korpusie, do którego są przymocowane obie tarcze łożyskowe. Prąd stojana prostowany jest przez diody krzemowe, umieszczone w tarczy łożyskowej prądnicy. Wirnik ma ponadto łopatki spełniające rolę wentylatora, który jest niezbędny do chłodzenia alternatora oraz prostowników krzemowych, w których wydziela się również znaczna ilość ciepła. Trójfazowe uzwojenie stojana jest zazwyczaj połączone w gwiazdę.

1-koło pasowe, 2, 3-tuleje dystansowe, 4-wirnik, 5-łożysko, 6-stojan, 7-szczotka 8-płytka, 9-obudiwa tylna, 10-szczotkotrzymacz, 11-łożysko, 12-obudowa przednia, 13-wentylator

Wprowadzenie prądnic prądu przemiennego do pojazdów samochodowych nie zmieniło podstawowych funkcji urządzenia tj. dostarczenia prądu stałego oraz napięcia. Zasada działania i konstrukcja alternatorów eliminują konieczność stosowania układu komutator-szczotki (czyli prostownika mechanicznego), zastępując go elementem elektrycznym  - półprzewodnikową diodą prostowniczą. Stosowane w alternatorach diody półprzewodnikowe są wyłącznie elementami krzemowymi. 

Zespół półprzewodnikowych diod prostowniczych w postaci trójfazowego mostka prostowniczego, prostuje trójfazowy prąd przemienny wytwarzany w uzwojeniu stojana. Diodowy układ mostkowy najczęściej jest wbudowany do wnętrza alternatora.

Schemat obcowzbudnego alternatora wraz z układem prostowniczym

Do każdej fazy uzwojenia stojana są przyłączone w kierunkach przeciwnych dwa elementy prostownicze. Sześć elementów prostowniczych, stanowiących trójfazowy układ mostkowy, jest podzielony na dwie grupy. Zgodnie z rysunkiem diody są połączone z biegunem dodatnim, a trzy z biegunem ujemnym, stąd nazwa: diody dodatnie i ujemne. Diody dodatnie i ujemne są umieszczone w takich samych obudowach, różnią się natomiast kierunkiem przewodzenia prądu.

Schemat samowzbudnego alternatora samochodowego

D1-diody ujemne, D2-diody dodatnie, D3-diody wzbudzenia

1. Przebieg ćwiczenia

Na początku omówione zostały najczęstsze przyczyny awarii alternatorów, są to:

- zużyte szczotki

- zużyte łożyska

- uszkodzony regulator napięcia

- niesprawny mostek diodowy

- zwarcie uzwojenia wirnika lub stojana

Podczas zajęć badaliśmy alternator samochodu Fiat Cinquecento M.Marelli AA125R-14V-45A.

Poniżej zostały przedstawione kolejne czynności wykonywane podczas kontroli sprawności alternatora samochodowego według instrukcji obsługi. I tak kolejno dokonywana była:

• Kontrola ciągłości 3 uzwojeń stojana

Połączyć końcówki omomierza z końcówkami faz stojana (a-b-c) na trzy możliwe sposoby. Przy każdym pomiarze należy odczytać na przyrządzie wartość rezystancji, która musi być równa dla wszystkich trzech pomiarów.

• Kontrola diod

Odłączyć złącze konektorowe (1) przewodu końcowego diod wzbudzenia od końcówki połączonej ze szczotką dodatnią. Rozlutować końce (2) uzwojeń stojana od mostka prostowniczego.

• Kontrola diod wzbudzenia:

Wprowadzić końcówkę omometru do złącza konektorowego (1). Druga końcówka przyrządu musi być połączona kolejno z każdą z trzech końcówek (a-b-c). Powtórzyć trzy pomiary, po odwróceniu połączenia końcówek na przyrządzie.

• Kontrola dodatnich diod mocy:

Połączyć końcówkę omomierza z dodatnim zaciskiem alternatora (x), a drugą końcówkę połączyć kolejno z każdą z trzech końcówek (a-b-c). Powtórzyć trzy pomiary po odwróceniu połączeń końcówek na przyrządzie.

• Kontrola ujemnych diod mocy:

Połączyć końcówkę omomierza z płytką ujemnych diod (y), a drugą końcówkę połączyć kolejno z każdą z trzech końcówek (a-b-c). Powtórzyć trzy pomiary po odwróceniu połączeń końcówek na przyrządzie.

Odwracając połączenia dwóch końcówek na przyrządzie, jego wskazówka nie może się poruszać. W przypadku, gdy wskazówka porusza się dla obydwu połączeń (diody zwarte) albo nie wychylając się nigdy (dioda przerwana) należy wymienić kompletny mostek prostowniczy.

• Wirnik – kontrola rezystancji uzwojenia wirnika, mierzonego między płytkami obsady szczotek:

Rozłączyć złącze konektorowe (1) przewodu końcowego diod wzbudzenia od końcówki płytkowej podłączonej do dodatniej szczotki. Połączyć dwie końcówki omomierza z dwiema płytkami wspornika szczotkowego, do którego są przylutowane przewody szczotkowe.

Gdyby wartość rezystancji odczytana na przyrządzie była różna od wartości nakazanej lub nieskończonej (obwód przerwany), należy sprawdzić i ewentualnie wymienić wirnik.

• Demontaż wirnika:

Wprowadzić do sześciokątnego otworu, wyciętego na wałku alternatora, odpowiedni klucz do śrub gniazdowych z łbem sześciokątnym w celu utrzymania zatrzymanego wałka alternatora i przy pomocy innego klucza odkręcić nakrętkę, która mocuje wirnik i koło pasowe do wirnika. Zdjąć te detale, podkładkę i tulejkę dystansową z wałka alternatora.

Rozłączyć złącze konektorowe (2) końcowego przewodu diod wzbudzenia z końcówki płytkowej połączonej z dodatnią szczotką. Odkręcić śruby (3), które mocują elektroniczny regulator napięcia (4) wyposażony w szczotki do wspornika tylnego alternatora. Odkręcić nakrętki (5) i wyciągnąć śruby łączące główne zewnętrzne części alternatora. Rozłączyć części składowe (wg zdjęcia), biorąc pod uwagę, że aby zdjąć ze wspornika przedniego (6) wirnik (7) należy zadziałać pewnym naciskiem na wałek wirnika.

Odkręcić śruby (9), które mocują mostek prostowniczy (10) do wspornika tylnego (8).

Odsunąć mostek prostowniczy (10) od wspornika tylnego i odlutować końce (11) uzwojeń stojana.

Odłączyć stojan (12) z odlutowanymi końcami uzwojeń od tarczy tylnej (8).

• Kontrola izolacji uzwojenia wirnika:

Połączyć dwie końcówki omomierza odpowiednio z pierścieniem kolektora i korpusem wirnika.

Na przyrządzie powinna pokazać się wartość nieskończonej rezystancji (jeśli nie, wirnik nie nadaje się do dalszej eksploatacji i należy go wymienić).

• Kontrola oporu uzwojenia (wirnika) na pierścieniach kolektora:

Połączyć dwie końcówki omomierza z pierścieniami kolektora wirnika.

Na przyrządzie powinna pokazać się wartość rezystancji (gdyby ta wartość była różna od nakazanej lub nieskończonej – obwód przerwany, należy wymienić wirnik).

• Sprawdzić czy łożysko obraca się swobodnie bez hałasu.

• Sprawdzić czy pierścienie nie mają wyżłobień wykonanych przez szczotki, jeśli tak, wymienić kompletny wirnik.

Ponownego złożenia dokonano w kolejności odwrotnej do wyżej opisanego rozkładania.

1. Wyniki pomiarów:

Sprawdzany element	Stan
Diody wzbudzenia	Sprawne
Diody dodatnie	Sprawne
Diody ujemne	Sprawne
Opór na stojanie	0,3 Ω - Prawidłowy
Pomiar uzwojenia wzbudzającego	3,2 Ω - Prawidłowy
Sprawdzanie przebicia	Brak przebicia
Szczotki	Uszkodzone

Podczas drugiego ćwiczenia przeprowadziliśmy diagnostykę alternatora który współpracował z silnikiem Fiata o pojemności 900 cm³ za pomocą oscyloskopu.

Przebieg fali wskazuje, że badany alternator jest sprawny

1. Wnioski

Awaria alternatora może powodować uszkodzenie akumulatora a także niewłaściwą pracę silnika dlatego ważne jest aby jak najszybciej rozpoznać jego awarię. Element który potrafi stworzyć wiele problemów to regulator napięcia który raz daje zbyt duże napięcia a raz zbyt małe, lecz można łatwo dokonać weryfikacji sprawności regulatora przez pomiar napięcia w instalacji np.: na akumulatorze. Aby dokonać właściwej diagnozy jaki element alternatora uległ uszkodzeniu, należy go wyjąć z pojazdu i dokładnie sprawdzić po kolei jego elementy. Uszkodzony element należy wymienić lub naprawić co pozwoli w znacznym stopniu ograniczyć koszty naprawy samochodu.