diagnostyka_alternatora_oscyloskop

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


UB+ = 14,2 V Iobc = 0,5 A n = 3000 obr/min

21

Przebieg 3 – przerwa w dwóch diodach dodatnich



Przebieg 4 – przerwa w diodzie ujemnej



22

Przebieg 5 – przerwa w dwóch diodach ujemnych


UB+ =14,4 V Iobc = 0,8 A n = 3000 obr/min

Przebieg 6 – zwarcie w diodzie dodatniej



23

Przebieg 7 – zwarcie w dwóch diodach dodatnich


UB+ = 13,4 Iobc = 0 A n = 1500 obr/nim

Przebieg 8 – zwarcie w diodzie ujemnej



24

Przebieg 9 – zwarcie w dwóch diodach ujemnych


UB+ = 13,6 V Iobc = 0 A n = 3000 obr/min

Przebieg 10 – przerwa w diodzie dodatniej i ujemnej w jednej fazie



25

Przebieg 11 – zwarcie w diodzie dodatniej i ujemnej w jednej fazie


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


UB+ = 14,5 V Iobc = 2,5 A n = 3000obr/min

26

Przebieg 13 – zawarcie w diodzie dodatniej i ujemnej w różnych fazach



Przebieg 14 – Przerwa w diodzie dodatniej i zwarcie w diodzie ujemnej wjednej fazie



27

Przebieg 15 – Przerwa w diodzie dodatniej i zwarcie w diodzie ujemnej wróżnych fazach


UB+ = 13,6 V Iobc = 0 A n = 3000obr/min

Przebieg 16 – zwarcie międzyfazowe uzwojeń stojana



28

Przebieg 17 – zwarcie uzwojenia stojana zmasą


UB+ = 14,6 V Iobc = ! A n = 3000obr/min

Przebieg 18 – przerwa w uzwojeniu wzbudzenia



29

Przebieg 19 – przerwa w jednej diodzie wzbudzenia



Przebieg 20 – przerwa w dwóch diodach wzbudzenia


UB+ = 14,5 V Iobc = 2.3 A n = 3000obr/min

30

Przebieg 21 – zwarcie w jednej diodzie wzbudzenia


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

diagnostyka_alternatora_oscyloskop

Documents

Transcript of diagnostyka_alternatora_oscyloskop