diagnostyka_alternatora_oscyloskop
DESCRIPTION
wiedzaTRANSCRIPT
Politechnika WarszawskaZakład Konstrukcji Urządzeń Elektrycznych
_______________________________________________________
Instrukcja ćwiczenia laboratoryjnego
Temat:Diagnostyka alternatora metodą oscyloskopową
Laboratorium Maszyn Elektrycznych Pojazdów Samochodowych_________________________________________________________________
Warszawa 2003 r.
1
Spis treści:
1. Wiadomości ogólne
1.1 Budowa alternatora zestykowego kłowego z diodami wzbudzenia.
1.2 Układ zasilania pojazdu w energię elektryczną z alternatorem 9- cio diodowym.
1.3 Przyczyny uszkodzeń prądnicy prądu przemiennego.
1.4 Klasyfikacja uszkodzeń alternatorów.
1.5 Metody diagnostyki samochodowej prądnicy synchronicznej.
1.5.1 Metody diagnostyki – bez wyjmowania prądnicy z pojazdu.
1.5.2 Metody diagnostyki – po wyjęciu alternatora z pojazdu.
2. Program badań.
3. Budowa stanowiska laboratoryjnego.
4. Katalog przebiegów wzorcowych.
5. Literatura
2
1. Wiadomości ogólne
1.1 Budowa alternatora zestykowego kłowego wyposażonego w diody wzbudzenia.
Nazwa tego alternatora wywodzi się z kształtu magneśnicy, umieszczonej na wirniku.
Magneśnica składa się z dwóch tarcz z biegunami w kształcie kłów między którymi znajduje się
cylindryczna cewka uzwojenia wzbudzającego – rys 1.
Rys.1 Wirnik alternatora zestykowego kłowego
Strumień magnetyczny wytwarzany przez uzwojenie wzbudzające ma w jarzmie wirnika
kierunek równoległy do osi wału. Biegunowość kłów obu tarcz jest wzajemnie przeciwna.
Istnieje wiele odmian konstrukcyjnych alternatorów tego typu. Posiadają one różne parametry
elektryczne, mechaniczne, różnią się sposobem mocowania, budową mostków prostowniczych,
systemem chłodzenia itp.
Dokładniejszy opis budowy alternatora zestykowego kłowego przedstawiony zostanie na
przykładzie alternatora typu A 124N produkcji Zakładów Elektrotechniki Motoryzacyjnej ELMOT w
Świdnicy W/w maszyna składa się z następujących części głównych : stojana (twornika), wirnika,
tarczy łożyskowej od strony napędu, tarczy łożyskowej tylnej z diodami ujemnymi, mostka
prostowniczego, koła pasowego, wentylatora, zespołu szczotek (rys.3). Układ prostowniczy zawiera 9
diod z czego 3 diody mniejszej mocy stanowią zespół zasilania uzwojenia wzbudzenia w wirniku.
3
Stojan składa się z pakietu izolowanych, nakrzemowanych jednostronnie blach magnetycznych o
grubości 0,5-1,0 mm. W 36-ciu żłobkach pakietu umieszczone jest trójfazowe uzwojenie twornika,
którego poszczególne fazy połączone są w gwiazdę. Początki uzwojeń fazowych umieszczone są na
styku diod dodatnich, ujemnych oraz diod wzbudzenia poszczególnych ramionach mostka
prostowniczego.
Rys. 3 Szczegółowy wykaz części alternatora A 124N. 1- tarcza tylna, 2-tarcza tylna z
diodami, 3-dioda ujemna, 4-szczotkotrzymacz ze szczotkami, 5-wkręt, 6-złącze konektorowe
izolowane, 7-pierścień gumowy, 8-radiator z diodami dodatnimi, 9-mostek z diodami wzbudzenia, 13-
podkładka, 14-nakrętka, 15-śruba zacisku „30”, 16-podkładka izolacyjna radiatora, 17-podkładka, 18-
tuleja izolacyjna, 19-płytka pod śrubę M4, 20-śruba M4, 21-izolacja zewnętrzna zacisku „30”, 23-26-
podkładki, nakrętki, 27-stojan kompletny, 28-wirnik kompletny, 29- wpust czółenkowy, 30-tarcza
przednia z łożyskiem, 31-nakrętka teflonowa, 32-śruba ściągająca, 33-tuleja dystansowa, 34-
wentylator, 35-koło pasowe, 37-podkładka, 38-nakrętka M12
Wirnik składa się z dwóch tarcz zakończonych zagiętymi kłami. Każda tarcza posiada 6 kłów a
więc liczba p par biegunów wynosi 6. Kły poszczególnych tarcz zachodzą na siebie, tworząc bieguny
magneśnicy. Uzwojenie wzbudzające stanowi cylindryczna cewka umieszczona wewnątrz tarcz.
Zasilana jest poprzez dwa pierścienie ślizgowe i ślizgające się po nich szczotki. Szczotki wysuwają się
pod wpływem działania sprężyn dociskowych ze szczotkotrzymacza przykręconego do korpusu
maszyny. Jedna szczotka (jeden biegun uzwojenia wzbudzenia ) połączony jest z masą alternatora,
4
szczotka druga – z zaciskiem 67 lokalizowanym naszczotkotrzymaczu. Zacisk 67 łączony jest z
odpowiednim wyjściem regulatora.
Tarcze łożyskowe wykonane ze stopu niemagnetycznego oraz jarzmo stojana łączy się ze sobą
za pomocą czterech śrub ściągających. W tarczach łożyskowych znajdują się otwory, które stanowią
wlot i wylot powietrza chłodzącego wnętrze alternatora.
W tarczę łożyskową tylną wprasowane są trzy diody ujemne układu prostowniczego. Trzy diody
dodatnie umieszczone są wewnątrz tarczy na izolowanej płytce radiacyjnej skąd wyprowadzono główne
wyjście prądowe – zacisk B+. Nad płytką radiacyjną w specjalnej rynience izolacyjnej znajduje się
zespół trzech diod wzbudzenia których anody mają początek w poszczególnych ramionach mostka z
diodami mocy a katody są zwarte i wyprowadzone do D+.
Na końcu wału, przed tarczą łożyskową od strony napędu, osadzono wytłoczone z blachy koło pasowe i
wentylator.
Podstawowe parametry techniczne alternatora A 124N:
• napięcie znamionowe 12V
• prędkość znamionowa przy której alternator
uzyskuje napięcie znamionowe 1000 ± 50 obr/min
• maksymalne natężenie prądu przy 6000 obr/min 44A
• maksymalne natężenie prądu przy 13000 obr/min 53A
• maksymalna prędkość obrotowa – ciągła 13000 obr/min
• maksymalna prędkość obrotowa – chwilowa 15000 obr/min
• rezystancja uzwojenia wzbudzenia 4,3 ± 2,2 Ω
• masa alternatora 4,2 kg
• współpraca z regulatorem napięcia typ RC2/12D – wibracyjny
lub RN2 – elektronicz.
5
Rys.4 Schemat elektryczny alternatora A 124N: 1- alternator, 2-kontrolka ,
3-regulator napięcia, 4-wyłącznik, 5-akumulator, 6- do odbiorników
Rys.5 Charakterystyka I = f (n) alternatora A 124N
1.2 Układ zasilania pojazdu w energię elektryczną z alternatorem 9 – cio diodowym
Typowy układ zasilania w energię elektryczną z wykorzystaniem alternatora z diodami
wzbudzenia przedstawiony został na rys.6.
6
Rys. 6. Schemat układu zasilania alternatora z diodami wzbudzenia
W układzie tym, lampka kontrolna włączona jest między wspólny biegun diod wzbudzenia D+ i
poprzez stacyjkę – wspólny biegun diod dodatnich B+. Po włączeniu stacyjki, gdy silnik jeszcze nie
pracuje, przez lampkę kontrolną przepływa prąd w następującym obwodzie: dodatni biegun
akumulatora, stacyjka, lampka kontrolna, uzwojenie wzbudzenia, człon wykonawczy regulatora
napięcia, masa, biegun ujemny akumulatora. Świecenie lampki kontrolnej świadczy o tym że prądnica
w danej chwili nie pracuje. Po uruchomieniu silnika gdy prędkość obrotowa prądnicy przekroczy
wartość 2000 obr/min, prądnica wzbudza się, napięcie między punktami B+ i D+ maleje do zera –
lampka kontrolna gaśnie. Gdy alternator pracuje już jako maszyna samowzbudna, prąd do uzwojenia
wirnika dopływa przez diody wzbudzenia, a niewielki spadek napięcia występujący na nich umożliwia
samowzbudną prace prądnicy nawet w przypadku, gdy jej prędkość obrotowa zmaleje do 1000 obr/min.
Lampka kontrolna pozostaje zatem wygaszona również w przypadku pracy silnika na biegu jałowym.
1.3 Przyczyny uszkodzeń samochodowej prądnicy synchronicznej
Najwrażliwszym elementem prądnicy prądu przemiennego, narażonym na uszkodzenia jest jej
układ prostowniczy. Złącze p-n diody ulega zniszczeniu w przypadku, gdy zostaje przekroczony jej
prąd znamionowy, płynący w kierunku przewodzenia lub gdy napięcie w kierunku zaporowym,
przewyższy wartość napięcia granicznego. Najczęściej dioda zaczyna wówczas przewodzić prąd w obu
7
kierunkach, czyli dioda zostaje zwarta. Zdarza się też że dioda w ogóle przestaje przewodzić i stanowi
wówczas przerwę w układzie mostka prostowniczego. Uszkodzenie jednej diody w układzie
prostowniczym w niewielkim stopniu wpływa na natężenie prądu oddawanego przez prądnicę i nie
zawsze jest sygnalizowane przez lampkę kontrolną ładowania akumulatora. Znacznie pogarsza jednak
ono warunki pracy pozostałych diod układu prostowniczego i przyczynia się do ich szybszego zużycia.
Najczęstszymi przyczynami doprowadzającymi do szybszego zużycia poszczególnych
elementów układu prostowniczego lub wręcz natychmiastowego uszkodzenia alternatora są:
• zmiana biegunowości alternatora – pełne napięcie akumulatora przyłożone jest wówczas do diod w
kierunku przewodzenia a prąd płynący przez nie jest kilkakrotnie większy od ich prądu
znamionowego. Uszkodzenie diod następuje w ciągu 1-2 sekund.
• Odłączenie akumulatora od instalacji elektrycznej pojazdu podczas pracy prądnicy – akumulator
tłumi przepięcia wytwarzane przez układ zapłonowy i regulator napięcia. Jego odłączenie może
spowodować uszkodzenie diod prostownika.
• Badanie rezystancji izolacji uzwojeń prądnicy lub innych elementów wyposażenia elektrycznego
pojazdu samochodowego, za pomocą induktora lub innego przyrządu pomiarowego,
wytwarzającego napięcie powyżej 40V. Może to doprowadzić do przebicia diod w układzie
prostowniczym.
• Odłączenie dodatniego zacisku alternatora od sieci elektrycznej pojazdu w czasie pracy prądnicy –
regulator napięcia przestaje regulować napięcie wytwarzane przez prądnicę a w związku z tym siła
elektromotoryczna indukowana w jej uzwojeniach może osiągnąć wartość niszczącą diody.
• Zbyt wysoka temperatura otoczenia przy jednoczesnym dużym obciążeniu prądnicy, może
spowodować przegrzanie diod i uzwojeń, co może być przyczyną obniżenia ich trwałości.
• Uszkodzenie mechaniczne diody podczas jej wprasowywania w płytkę radiacyjną.
• Duża rezystancja przejścia między obudową diody a radiatorem, wywołany warstwą tlenku między
tymi elementami lub za małą siłą docisku – występuje wówczas utrudnione odprowadzanie ciepła z
diody oraz wydzielanie się na rezystancji przejścia dodatkowej ilości ciepła co może spowodować
przegrzanie diody i w konsekwencji szybsze jej zużycie.
• Włączenie podczas naprawy prądnicy diody o nieprawidłowej biegunowości – rezultatem czego jest
przeciążenie i szybsze zużycie pozostałych diod.
8
1.4 Klasyfikacja uszkodzeń alternatorów
Klasyfikację uszkodzeń występujących w samochodowych prądnicach prądu przemiennego można
przeprowadzić wg następującego podziału:
1. Uszkodzenia typu elektrycznego
• zmniejszenie rezystancji izolacji – zwarcia zwojowe, zwarcia z masą,
• nadpalenie końcówek przewodów uzwojeń poszczególnych faz,
• przerwy i zwarcia w diodach mocy w mostku prostowniczym,
• przerwy i zwarcia w diodach wzbudzenia.
2. Uszkodzenia typu mechanicznego
• uszkodzenie łożysk,
• uszkodzenie szczotkotrzymacza i zawieszenie się szczotek,
• pęknięcia przedniej i tylnej tarczy łożyskowej.
3. Uszkodzenia podzespołów elektronicznych regulatorów napięcia.
1.5 Metody diagnostyki samochodowej prądnicy synchronicznej.
Diagnostykę alternatora można przeprowadzać zarówno bezpośrednio na pojeździe – podczas
pracy silnika, jak i po uprzednim odłączeniu go od instalacji elektrycznej i wyjęciu z pojazdu. Metoda
pierwsza jest mniej pracochłonna ze względu na eliminację czynności związanych z wyjęciem prądnicy
z samochodu a następnie jej demontażem i badaniem poszczególnych elementów składowych.
Bezpośrednio na pojeździe diagnozować można zdecydowaną większość uszkodzeń typu elektrycznego
– w zależności od zastosowanej metody, oraz niektóre uszkodzenia typu mechanicznego (np.
uszkodzenie szczotkotrzymacza, zawieszenie szczotek, „wybicie” łożysk). Po wyjęciu maszyny z
pojazdu lokalizować można wszystkie uszkodzenia elektryczne oraz mechaniczne
1.5.1 Metody diagnostyczne – bez wyjmowania prądnicy z pojazdu
Podstawowym elementem spełniającym ograniczone funkcje diagnostyczne, dostępnym dla
użytkownika pojazdu, jest tzw. kontrolka obwodu ładowania akumulatora. W rozdziale 1.2. opisano
9
także jej funkcje pozadiagnostyczne. Generalnie zapalenie się lampki kontrolnej podczas pracy silnika
świadczy o wystąpieniu w obwodzie zasilania elektrycznego uszkodzenia, powodującego obniżenie
napięcia wytwarzanego przez prądnicę poniżej napięcia akumulatora. Poniżej przedstawiono
uszkodzenia obwodu zasilania sygnalizowane przez lampkę kontrolną:
Tabela nr 3.
Lampka kontrolna nie zapala się powłączeniu wyłącznika zapłonu
• Przepalona żarówka• Wyładowany akumulator• Brak połączenia wyłącznika zapłonu z
akumulatorem• Brak połączenia lampki kontrolnej z
wyłącznikiem zapłonu lub zaciskiem D+ prądnicy• Brak połączenia prądnicy z regulatorem napięcia • Zwarcie jednej lub kilku diod dodatnich
Lampka kontrolna słabo się świeci powłączeniu wyłącznika zapłonu
• Przerwa w uzwojeniu wirnika• Zużyte lub zawieszone szczotki prądnicy
• Uszkodzony regulator napięcia prądnicy
Lampka kontrolna świeci jasno podczaspracy silnika
• Zwarcie przewodu D+ lub DF z masą• Uszkodzony regulator napięcia• Przerwa lub zwarcie z masą uzwojenia wirnika • Przerwa lub zwarcie diody wzbudzenia • Zwarcie jednej lub kilku diod ujemnych
• Zbyt luźny naciąg paska klinowego
Lampka kontrolna żarzy się podczaspracy silnika
• Duża rezystancja przejścia w obwodzie ładowaniaakumulatora
• Uszkodzony regulator napięcia • Zwarcie uzwojenia stojana z masą
• Przerwa w diodzie dodatniej lub ujemnejLampka kontrolna świeci się przywyłączonym wyłączniku zapłonu
• Zwarcie jednej lub kilku diod dodatnich
Może wystąpić jednak taki przypadek podczas pracy silnika kiedy akumulator będzie się
wyładowywał, a mimo to lampka kontrolna nie zaświeci się. Jeżeli prąd obciążenia wzrośnie tak
bardzo, że alternator przy danej prędkości obrotowej nie będzie mógł go dostarczyć, wówczas część
prądu obciążenia przyjmie akumulator i napięcie w punkcie B+ obniży się znacznie. Taki sam spadek
napięcia wystąpi na zacisku D+. Akumulator będzie się wyładowywał lecz lampka kontrolna
pozostanie wygaszona.
10
Dokładniejszą metodą diagnozowania uszkodzeń samochodowej prądnicy synchronicznej bez
wyjmowania jej z pojazdu jest metoda pomiaru napięć na odpowiednich zaciskach wyjściowych
alternatora umieszczonych na tylnej tarczy łożyskowej [ ] . Metoda ta przeznaczona jest dla maszyn z
wyprowadzonym, dostępnym punktem zerowym uzwojenia stojana oraz wyprowadzonymi na tarczę
tylna, izolowanymi punktami do pomiaru napięć fazowych i przewodowych (np.: alternator typu A 12).
Może być przeprowadzana tylko przez kwalifikowaną obsługę techniczna. Polega na pomiarze
woltomierzem następujących napięć:
- napięcia na zacisku B+
- napięcia na zacisku Uo w punkcie zerowym uzwojenia stojana
- napięć fazowych Ua, Ub, Uc na izolowanych punktach napięć fazowych w tarczy tylnej
- napięć międzyfazowych Uab, Ubc, Uca między wyżej wymienionymi punktami
Napięcia na zacisku B+ i Uo mierzy się woltomierzem prądu stałego względem masy prądnicy.
Pomiary napięć fazowych i międzyfazowych - woltomierzem prądu zmiennego. Napięcia fazowe
mierzy się w stosunku do masy pojazdu, jeżeli Uo < 7,7 V lub w stosunku do zacisku B+ prądnicy
jeżeli Uo > 7,7 V. Pomiary przeprowadza się przy prędkości obrotowej prądnicy n = 5000 obr/min.
przy obciążeniu jej akumulatorem oraz obwodem zapłonowym. Dla prądnicy pracującej bez uszkodzeń
zmierzone wartości napięć powinny wynosić odpowiednio:
• Ub+ = 13,2 ÷ 14,5 V,
• Uo = 0,5 Ub+ ± 0,3 V,
• Ua = Ub = Uc = 8,4 ÷ 10,0 V, - Uf
• Uab = Ubc = Uca = 11,6 ÷ 13.2 V - Up
Jeżeli zmierzone napięcia Uo, Uf, i Up mają inne wartości to rodzaj i miejsce uszkodzenia
prądnicy można określić na podstawie tabeli nr 4.
11
Tabela nr 4.
Uo Uf UpV V V Rodzaj uszkodzenia
-4,0 ÷ 1,5
≈ 0‹ 1,0
5,0 ÷ 8,5› 12,0
• zwarcie dwóch diod ujemnych• przerwa w obwodzie wzbudzenia• zwarcie punktu „0” z masą• przerwy w dwóch diodach ujemnych
1,5 ÷ 3,4≈ 0
< 5,5• zwarcie diody ujemnej• zwarcie uzwojenia stojana z masą
3,4 ÷ 6,0 ≈ 0> 12
• zwarcie dwóch diod : ujemnej i dodatniej• przerwa w diodzie ujemnej
6,0 ÷ 7,7
≈ 08,4 ÷ 10,0
> 10, 0
> 18
11,6 ÷ 13,2< 11,6
• przerwa w uzwojeniu stojana• brak uszkodzenia• zwarcie międzyfazowe• przerwy w dwóch diodach zasilanych z różnych
faz • przerwy w dwóch diodach zasilanych z tej
samej fazy
7,7 ÷ 18,0≈ 0
2,0 ÷ 8,0> 12,0
• zwarcie jednej lub dwóch diod dodatnich• błędnie włączona dioda dodatnia• przerwa w jednej lub dwóch diodach dodatnich
Jeżeli wartości napięć Uo, Uf, i Up mieszczą się w granicach podanych wcześniej dla prądnicy
pracującej prawidłowo a napięcie Ub+ wykracza poza te granice, koniecznością staje się zmiana
nastaw regulatora napięcia (w przypadku regulatora elektromechanicznego) lub jego wymiany
(regulator elektroniczny).
Odmienną metodą wykrywania uszkodzeń samochodowych prądnic synchronicznych w grupie
metod bez wyjmowania maszyn z pojazdu, przeznaczoną do szybkiego skontrolowania stanu prądnicy
jest metoda z żarówkami i diodami. W metodzie tej znalazł zastosowanie tzw. indykatorowy przyrząd
diagnostyczny – IPD czyli zestaw lampek kontrolnych składający się z dwóch lub czterech żarówek i
diod. Zestawy wykrywają tylko najczęściej spotykane uszkodzenia alternatorów i podobnie jak w
metodzie poprzedniej mogą być stosowane w maszynach z wyprowadzonym, punktem zerowym
uzwojenia stojana oraz wyprowadzonymi na tarczę tylna, izolowanymi punktami końcówek
poszczególnych faz twornika.
12
L+
L-
Z+
Z-
C+
C-
0 D1
D2
Z1 Z 230
Akumulator
Rys.7 Schemat połączeń zestawów kontrolnych Z1 i Z2 przyrządu IPD do prowadzenia badań
diagnostycznych alternatora.
Pierwszy zestaw kontrolny Z1 składa się z dwóch połączonych szeregowo żarówek L+ i L-
(rys.7) zasilanych z zacisków akumulatora. Przewód wspólny dla obu żarówek łączy się z zaciskiem
środka gwiazdy uzwojenia stojana. Podczas badania prądnica napędzana jest z prędkością ok. 5000
obr/min. Jeżeli prądnica jest nieuszkodzona natężenie światła jest jednakowe dla obu żarówek. Jeżeli
jedna z żarówek świeci jaśniej niż druga lub natężenie światła obu źródeł jest nienaturalnie zwiększone
mamy do czynienia z uszkodzeniem prądnicy. Generalnie stwierdzić można, że jeżeli słabiej świeci
żarówka L+, to uszkodzenie występuje wśród diod dodatnich, Jeżeli słabiej świeci żarówka L- to
uszkodzenia należy szukać w diodach ujemnych. Za pomocą zestawu Z1 nie można wykryć np.: zwarć
międzyfazowych uzwojenia stojana, jednocześnie występujących zwarć diody dodatniej i diody
ujemnej.
W zestawie kontrolnym Z2 (rys.7) dwie żarówki zielone Z+ i Z- służą do wykrywania zwartych
diod, a dwie żarówki czerwone C+ i C- sygnalizują przerwy w diodach. Żarówki oznaczone znakiem
„+” wskazują uszkodzenia diod dodatnich, a żarówki oznaczone znakiem „ – ” uszkodzenia diod
ujemnych. Zestaw zasilamy z zacisków akumulatora oraz z poszczególnych końcówek uzwojeń stojana
na tarczy tylnej alternatora. Podobnie jak dla zestawu Z1, prądnica w trakcie pomiaru napędzana z
prędkością 5000 obr/min. Jeżeli po dołączaniu kolejno zestawu kontrolnego do wszystkich końców
uzwojeń fazowych stojana, żarówki zielone za każdym razem zapalają się jaśniej, a żarówki czerwone
nie zapalają się nigdy, to alternator jest sprawny. Wyjątek stanowi międzyfazowe zwarcie uzwojeń
stojana, którego nie można wykryć za pomocą opisywanego zestawu. Jeżeli żarówki zestawu Z213
zapalają się lub gasną w inny sposób, to na podstawie tabeli 5. można określić rodzaj uszkodzenia
prądnicy, przy czym uszkodzenie to występuje w aktualnie badanej fazie [2 ].
Tabela nr 5.
Natężenie światłażarówek
Z+ Z- C+ C-Rodzaj uszkodzenia
↑ ↑
- -
0 ↑
↑ 0
↑ ↑
↑ ↑
<
>
>
0 0
0 0
0 0
0 0
1 0
0 1
1 0
0 1
0 0
• Brak uszkodzenia lub międzyfazowe zwarcie uzwojeń stojana
• Przerwa w uzwojeniu stojana
• Zwarcie diody dodatniej
• Zwarcie diody ujemnej lub przerwa w obwodzie wzbudzenia
• Przerwa w diodzie dodatniej
• Przerwa w diodzie ujemnej
• Błędnie włączona dioda dodatnia
• Błędnie włączona dioda ujemna
• W trzech fazach- zwarcie punktu „0” z masą, w jednej fazie, gdy
nie ma uszkodzeń w innych fazach – zwarcie uzwojenia stojana z
masą.
Oznaczenia: ↑ - natężenie światła wzrasta po dołączeniu lampki kontrolnej do prądnicy, -
-natężenie światła nie wzrasta po dołączeniu lampki kontrolnej do prądnicy, 0 - żarówka nie świeci się,
1 - żarówka świeci się, > - jedna z żarówek świeci się jaśniej niż druga.
Jednoznaczną diagnozę stanu technicznego prądnicy bez wyjmowania jej z pojazdu, dla
znakomitej większości rodzajów uszkodzeń wg. [3] można postawić stosując tzw. metodę
oscyloskopową. Metoda ta polega na obserwacji i rejestracji przebiegów składowych zmiennych
sygnałów elektrycznych napięć w punktach B+ i D+ (rys.3) – w przypadku alternatora wyposażonego w
diody wzbudzenia oraz B+ i sygnału napięciowego w punkcie zerowym gwiazdy uzwojenia stojana –
dla alternatora 6–cio diodowego. Sygnałem diagnostycznym w tej metodzie może być również
składowa zmienna prądu wyjściowego prądnicy. Zarejestrowane sygnały porównuje się z przebiegami
wzorcowymi charakterystycznymi dla każdego rodzaju uszkodzeń. Praca prądnicy bez uszkodzeń daje
również, ściśle określone, charakterystyczne przebiegi. W wyniku porównania zarejestrowanych
sygnałów z przebiegami wzorcowymi można określić stan techniczny alternatora. Metoda ta wymusza
14
zastosowanie zaawansowanego technicznie sprzętu: oscyloskopu z pamięcią, diagnoskopu z funkcją
rejestracji przebiegów ew. odpowiednio oprogramowanego komputera z drukarką.
1.5.2 Metody diagnostyczne – po wyjęciu alternatora z pojazdu
Wyjęcie alternatora z pojazdu (po uprzednim odłączeniu go od instalacji elektrycznej) i
rozebranie na części daje możliwość przeprowadzenia gruntownych badań stanu technicznego maszyny
pozwalających na wykrycie wszystkich jej uszkodzeń mechanicznych i elektrycznych. Już samym
badaniem wzrokowym ocenić można stan tarcz łożyskowych (eliminacja ich ewentualnych pęknięć),
mocowanie wentylatora, koła pasowego, stan pierścieni ślizgowych – nadmierne wyżłobienia
kwalifikują je do przetoczenia. Uważne oględziny pozwalają na sprawdzenie szczotek węglowych, ich
zdolności do swobodnego poruszania się w szczotkotrzymaczu, sprawdzenie luzu łożyskowego,
uzwojenia wirnika i twornika pod kątem oddziaływania na nie wysokiej temperatury, stanu dokręcenia
nakrętek i wkrętów.
W celu przebadania diod nie trzeba wyjmować ich z prądnicy, wystarczy odłączyć je od
uzwojenia stojana oraz przerwać połączenia między diodami dodatnimi a ujemnymi. Badane są
zarówno w kierunku przewodzenia jak i zaporowym. Dokładnemu pomiarowi podlegają - maksymalne
napięcie przewodzenia przy obciążeniu prądem znamionowym oraz maksymalny prąd wsteczny.
Ponieważ wpływ temperatury na natężenie prądu wstecznego jest znacznie silniejszy niż na napięcie
przewodzenia , najpierw badamy diodę w kierunku zaporowym a następnie przewodzenia. Dzięki temu
nagrzanie się diody wskutek przepływu prądu przewodzenia nie zniekształca wyniku pomiaru prądu
wstecznego. W ten sposób badane są wszystkie diody (także wzbudzenia) prądnicy. Jeżeli choć jeden z
parametrów podanych wyżej, dla danej diody przekracza wartości dopuszczalne względem danych
katalogowych diodę tę uważa się za uszkodzoną. Uproszczonymi metodami badania diod są popularne
sprawdzenia za pomocą woltomierza lub lampki kontrolnej połączonych szeregowo z akumulatorem
oraz za pomocą omomierza. Metody te należy jednak stosować tylko w przypadku kiedy wykonanie
dokładnych badań nie jest możliwe.
Zwarcia i przerwy w uzwojeniu stojana wykrywane są podczas precyzyjnego pomiaru niewielkich
rezystancji poszczególnych faz. Najdokładniejszy pomiar wykonać można mostkiem Thomsona
którego maksymalny zakres pomiarowy sięga kilku Ω. Jednoznaczną diagnozę co do rodzaju i miejsca
uszkodzenia – dotyczy to w szczególności zwarć w fazach i zwarć międzyfazowych, wydać można po
porównaniu otrzymanych wyników z danymi katalogowymi podawanymi przez producenta prądnicy.
15
Rys.8 Badanie uzwojenia stojana za pomocą lampki kontrolnej i akumulatora: a)
wykrywanie przerw. b) wykrywanie zwarć z masą, c) wykrywanie zwarć międzyzwojowych
Rysunek 8 przedstawia metodę kontroli stanu uzwojeń za pomocą lampki kontrolnej i
akumulatora . Wykrywanie zwarć międzyfazowych tą metodą jest możliwe tylko w przypadku istnienia
możliwości rozłączenia wspólnego punktu uzwojeń (środka gwiazdy). W przypadku braku uszkodzeń
lampka kontrolna świeci się podczas wykrywania przerw w uzwojeniach, natomiast pozostaje
wygaszona przy wykrywaniu zwarć uzwojeń z masą i zwarć międzyfazowych. Rezystancję uzwojenia
wirnika w celu wykrycia ewentualnych zwarć zwojowych najdokładniej zmierzyć można mostkiem
Wheatstone`a i podobnie jak w przypadku uzwojenia twornika porównuje się jej wartość z danymi
producenta. Zwarcia do masy uzwojenia stojana wykrywa się np: multimetrem z sygnalizacją ciągłości
obwodu łącząc sondy miernika do jednej z faz (ew. środka gwiazdy) i masy, a w przypadku badania
wirnika – jednego z pierścieni i również masy.
Badanie stanu izolacji uzwojeń dokonuje się induktorem o napięciu 500V pamiętając przy tym
aby w czasie pomiaru stanu izolacji twornika diody prostownicze odłączone były od końcówek
poszczególnych faz. Minimalne dopuszczalne wartości rezystancji izolacji dla obwodów niskiego
napięcia w pojazdach samochodowych wynoszą [2 ] :
• W stanie nienagrzanym, niezawigoconym 5 MΩ
• W stanie nienagrzanym, zawilgoconym 0,5 MΩ
• W stanie nagrzanym 80°C 0,5 MΩ
Wskazania induktora porównujemy z powyższymi wartościami określając tym samym stan izolacji
uzwojeń.
2 Program badań
16
Program badań obejmuje pomiar i rejestrację składowej zmiennej sygnału napięcia wyjściowego na
zaciskach B+ i D+ dla podanych niżej uszkodzeń prądnicy realizowanych fizycznie w kolejności
przypadkowej przez prowadzącego ćwiczenie.
Zadaniem ćwiczących jest porównanie otrzymanych wyników z przebiegami
katalogowymi przedstawionymi w dalszej części niniejszej instrukcji oraz wydanie jednoznacznego
orzeczenia o stanie technicznym badanej maszyny.
Rodzaje uszkodzeń:
1. przerwa w diodzie dodatniej,
2. przerwa w dwóch diodach dodatnich,
3. przerwa w diodzie ujemnej,
4. przerwa w dwóch diodach ujemnych,
5. zwarcie w diodzie dodatniej,
6. zwarcie w dwóch diodach dodatnich,
7. zwarcie w diodzie ujemnej,
8. zwarcie w dwóch diodach ujemnych,
9. przerwa w diodzie dodatniej i ujemnej w jednej fazie,
10. zwarcie w diodzie dodatniej i ujemnej w jednej fazie,
11. przerwa w diodzie dodatniej i ujemnej w różnych fazach,
12. zwarcie w diodzie dodatniej i ujemnej w różnych fazach,
13. przerwa w diodzie dodatniej i zwarcie w diodzie ujemnej w jednej fazie,
14. przerwa w diodzie dodatniej i zwarcie w diodzie ujemnej w różnych fazach,
15. zwarcie międzyfazowe uzwojeń stojana,
16. zwarcie uzwojenia stojana z masą,
17. przerwa w uzwojeniu wzbudzenia,
17
18. przerwa w jednej diodzie wzbudzenia,
19. przerwa w dwóch diodach wzbudzenia,
20. zwarcie w jednej diodzie wzbudzenia,
21. zwarcie w dwóch diodach wzbudzenia.
3 Budowa stanowiska laboratoryjnego
Stanowisko pomiarowe składa się z następujących bloków funkcjonalnych:
1. Zespół napędowy w skład którego wchodzą:
• Tyrystorowy zespół napędowy typu DSM – 0027/HJ/306 prod. APATOR- Bydgoszcz
• Silnik napędowy prądu stałego, obcowzbudny, 4,6 kW, o zakresie regulacji prędkości obrotowej 30
– 3000 obr/min, z prądnicą tachometryczną na wale, oraz obcym chłodzeniem prod. KOMEL-
Katowice Silnik zabudowany jest w dolnej części stołu probierczego. W części górnej tego stołu
umocowany jest badany alternator. Moment obrotowy silnika napędowego przekazywany jest na
wirnik prądnicy za pośrednictwem przekładni pasowej.
• Pulpit sterowniczy z układem sterowania tyrystorowym zespołem napędowym, sekwencją
przycisków automatycznego wyboru rodzaju obciążenia alternatora i układem zdalnej regulacji
prędkości obrotowej.
2. Alternator A124 N lub A115 – 34 z wyprowadzonymi odczepami – przygotowany do badań
(rozdział 7.2).
3. Panel pomiarowy z gniazdami do realizacji uszkodzeń przewidzianych w programie badań.
4. Zespół pomiarów i rejestracji w skład którego wchodzą:
• Samochodowy analizator diagnostyczny ESCORT 328 – umożliwia rejestrację sygnałów
elektrycznych z panelu pomiarowego a następnie za pomocą programu Auto Viewer przesłanie ich
do komputera za pośrednictwem interfejsu szeregowego RS 232 C.
• Drukarka EPSON LQ 100
• Miliwoltomierz magnetoelektryczny LM3 z bocznikiem 60mV, 75A do pomiaru prądu obciążenia
alternatora (ładowania akumulatora) .
• Woltomierz magnetoelektryczny LM3 do pomiaru napięcia wyjściowego prądnicy
• Akumulator kwasowy BOSCH 12V, 35Ah, 175A.
18
Rysunek 9 przedstawia schemat blokowy stanowiska laboratoryjnego, rysunek 10 – jego widok. Na
rysunku11 uwidoczniona została płyta przednia panelu pomiarowego.
Tyrystorowy zespół
napędowy
L1 L 2 L 3
Układsterowania
Silnik Alternator
Regulatornapięcia Akumulator
Pomiarprądu
i napięcia
Panel pomiarowykodowanieuszkodzeń
RejestratorsygnałówESCORT
Drukarka
Rys 9 .Schemat blokowy stanowiska pomiarowego.
Rys.10 Widok stanowiska pomiarowego
19
Rys.11 Widok płyty czołowej panelu pomiarowego
20
4. Katalog przebiegów wzorcowych
Przebieg 1 – prądnica bez uszkodzeń
sygnał z zacisku B+ sygnał z zacisku D+
UB+ = 14,6 V Iobc = 3,o A n = 3000 obr/min
Przebieg 2 – przerwa w diodzie dodatniej
sygnał z zacisku B+ sygnał z zacisku D+
UB+ = 14,2 V Iobc = 0,5 A n = 3000 obr/min
21
Przebieg 3 – przerwa w dwóch diodach dodatnich
sygnał z zacisku B+ sygnał z zacisku D+
UB+ = 14,2 V Iobc = 0,5 A n = 3000 obr/min
Przebieg 4 – przerwa w diodzie ujemnej
sygnał z zacisku B+ sygnał z zacisku D+
UB+ = 14,4 V Iobc = 0,9 A n = 3000 obr/min
22
Przebieg 5 – przerwa w dwóch diodach ujemnych
sygnał z zacisku B+ sygnał z zacisku D+
UB+ =14,4 V Iobc = 0,8 A n = 3000 obr/min
Przebieg 6 – zwarcie w diodzie dodatniej
sygnał z zacisku B+ sygnał z zacisku D+
UB+ = 14,5 V Iobc = 1,1 A n = 3000 obr/min
23
Przebieg 7 – zwarcie w dwóch diodach dodatnich
sygnał z zacisku B+ sygnał z zacisku D+
UB+ = 13,4 Iobc = 0 A n = 1500 obr/nim
Przebieg 8 – zwarcie w diodzie ujemnej
sygnał z zacisku B+ sygnał z zacisku D+
UB+ = 14,2 V Iobc = 1,1 A n = 3000 obr/min
24
Przebieg 9 – zwarcie w dwóch diodach ujemnych
sygnał z zacisku B+ sygnał z zacisku D+
UB+ = 13,6 V Iobc = 0 A n = 3000 obr/min
Przebieg 10 – przerwa w diodzie dodatniej i ujemnej w jednej fazie
sygnał z zacisku B+ sygnał z zacisku D+
UB+ = 14,0 V Iobc = 1,2 A n = 3000 obr/min
25
Przebieg 11 – zwarcie w diodzie dodatniej i ujemnej w jednej fazie
sygnał z zacisku B+ sygnał z zacisku D+
Brak możliwości realizacji uszkodzenia
UB+ = 0 V Iobc = 0 A n = 0 obr/min
Przebieg 12 – przerwa w diodzie dodatniej i ujemnej w różnych fazach
sygnał z zacisku B+ sygnał z zacisku D+
UB+ = 14,5 V Iobc = 2,5 A n = 3000obr/min
26
Przebieg 13 – zawarcie w diodzie dodatniej i ujemnej w różnych fazach
sygnał z zacisku B+ sygnał z zacisku D+
UB+ = 14,5 V Iobc = 3,1 A n = 3000obr/min
Przebieg 14 – Przerwa w diodzie dodatniej i zwarcie w diodzie ujemnej wjednej fazie
sygnał z zacisku B+ sygnał z zacisku D+
UB+ = 14,4 V Iobc = 3,1 A n = 3000obr/min
27
Przebieg 15 – Przerwa w diodzie dodatniej i zwarcie w diodzie ujemnej wróżnych fazach
sygnał z zacisku B+ sygnał z zacisku D+
UB+ = 13,6 V Iobc = 0 A n = 3000obr/min
Przebieg 16 – zwarcie międzyfazowe uzwojeń stojana
sygnał z zacisku B+ sygnał z zacisku D+
UB+ = 14,6 V Iobc = 2 A n = 3000obr/min
28
Przebieg 17 – zwarcie uzwojenia stojana zmasą
sygnał z zacisku B+ sygnał z zacisku D+
UB+ = 14,6 V Iobc = ! A n = 3000obr/min
Przebieg 18 – przerwa w uzwojeniu wzbudzenia
sygnał z zacisku B+ sygnał z zacisku D+
UB+ = 13,6 V Iobc = 0 A n = 3000obr/min
29
Przebieg 19 – przerwa w jednej diodzie wzbudzenia
sygnał z zacisku B+ sygnał z zacisku D+
UB+ = 14,6 V Iobc = 1 A n = 3000obr/min
Przebieg 20 – przerwa w dwóch diodach wzbudzenia
sygnał z zacisku B+ sygnał z zacisku D+
UB+ = 14,5 V Iobc = 2.3 A n = 3000obr/min
30
Przebieg 21 – zwarcie w jednej diodzie wzbudzenia
sygnał z zacisku B+ sygnał z zacisku D+
UB+ = 14,3 V Iobc = 2,1A n = 3000obr/min
31
5. Literatura
1. J. Ocioszyński – „Zespoły elektryczne i elektroniczne w samochodach” – WNT 1999
2. Z. Pomykalski – „Laboratorium Elektrotechniki Samochodowej” – WNT 1977 r.
3. M. Dziubiński – „Diagnostyka funkcjonalna samochodowej prądnicy synchronicznej” –
rozprawa doktorska. Politechnika Poznańska 1990 r.
4. M. Konopiński – „Elektronika w technice motoryzacyjnej” WKŁ 1987 r.
5. „Badania symulacyjne w technice samochodowej” Politechnika Lubelska. Katedra
Pojazdów Samochodowych. Materiały na konferencję – Kazimierz Dolny 1995 r.
6. M. Dziubiński, J. Ocioszyński – „Elektrotechnika i elektronika samochodowa”
Politechnika Lubelska 1999 r.
7. E. Koziej „Maszyny elektryczne pojazdów samochodowych” WNT 1992 r.
8. „Konstrukcja, badania, eksploatacja, technologia pojazdów samochodowych i silników
spalinowych” Komisja Naukowo Problemowa Motoryzacji PAN oddział w Krakowie -
materiały na konferencję maj 12001 r.
9. Katalog wyrobów Zakładów Elektrotechniki Motoryzacyjnej ELMOT – Świdnica
10. B. Żółtowski, H. Tylicki „Osprzęt elektryczny pojazdów mechanicznych” Akademia
Techniczno – rolnicza Bydgoszcz 1999 r.
11. J. Ocioszyński „Elektrotechnika i elektronika pojazdów samochodowych” Wyd. Szkolne
i Pedagogiczne 1996.r
Źródła internetowe :
1. www.elmot.com.pl
2. http://app3.internetwork-bosch.com
32