badanie alternatora z wibracyjnym regulatorem napięcia

Katedra Energoelektroniki i Maszyn Elektrycznych
Wydział Elektrotechniki i Automatyki PG
Maszyny i Urządzenia Elektryczne w
Samochodach
Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego
„BADANIE ALTERNATORA Z
WIBRACYJNYM REGULATOREM
NAPIĘCIA”
Opracował:
Dariusz Karkosiński
Gdańsk, 2001
1.Wiadomości wstępne
Podstawowym źródłem energii elektrycznej w pojeździe samochodowym jest
prądnica elektryczna. Jej zadanie to zasilanie wszystkich odbiorników energii elektrycznej
oraz doładowywanie akumulatora przy pracującym silniku spalinowym. Przykładowe
odbiorniki występujące we współczesnych samochodach osobowych to:
 moduł zaplonowy - 180 W
 układ wtryskowy - 60 W
 światła mijania - 150 W
 pogrzewane lusterka - 30 W
 swiatła przeciwmgielne - 100 W
 wycieraczki - 80 W
 dmuchawa - 80 W
 ogrzewanie tylnej szyby - 120 W,
 światła stopu - 40W
 pompa paliwa - 60 W
 pogrzewanie foteli - 180 W
 radioodtwarzacz ze wzmacniaczem 200 W.
Prądnica jest napędzana silnikiem spalinowym za pośrednictwem pasowej przekładni
mechanicznej (pasek klinowy). Napięcie na jej zaciskach zmienia się w zalezności od
prędkości kątowej. Aby utrzymać strałą wartość napięcia na zaciskach prądnicy przy
szerokim zakresie zmian prędkości katowej oraz przy zmiennych wartościach obciążenia i
warunakch otoczenia stosuje się regulator napięcia.
Przez wiele lat pojazdy samochodowe były wyposażane w prądnice prądu stałego.
Prądnice te nie mogły sprostać stałemu wzrostowi mocy zainstalowanych odbiorników
energii elektrycznej oraz zwiększaniu prędkości obrotowej silników spalinowych. Dlatego z
chwilą pojawienia się diod krzemowych, zaczęto wyposażać pojazdy samochodowe w
synchroniczne prądnice prądu przemiennego - alternatory. W zasadzie wszystkie
współczesne konstrukcje samochodów zawierają alternatory wyposażone w mostki
prostownicze. Do regulacji napięcia stosuje się bezstykowe regulatory półprzewodnikowe lub
elektromagnetyczne regulatory wibracyjne.
Najbradziej rozpowszechnioną odmianą konstrukcyjną samochodowych prądnic
prądu przemiennego są alternatory zestykowe kłowe. Nazwa tego alternatora wywodzi się z
ksztaltu magnesnicy umieszczonej na wirniku. Magneśnica składa się z dwóch tarcz z
biegunami w kształcie kłów (pazurów), miedzy którymi znajduje toroidalna cewka uzwojenia
wzbudzenia.
2.Przygotowanie stanowiska laboratoryjnego
Na stanowisku laboratoryjnym wyposażonym (rys.1) w obcowzbudny silnik prądu
stałego M, przekładnie pasową zainstalowano badany alternator G wraz z regulatorem A.
Dane znamionowe alternatora i regulatora przedstawiono w tablicy 1 i 2. Charakterystykę
prądowo-prędkościową alternatora okresloną przez producenta przedstawiono na rys. 2.
Do pomiaru prędkości kątowej alternatora zainstalowano czujnik indukcyjny S1
reagujący na zbliżenia łopatek przewietrznika (wentylatora) . Czujnik ten należy połączyć z
multimetrem cyfrowym, który wyświetla liczbę impulsów na sekundę. W związku z tym, aby
otrzymać wartość prędkości w obr/min, należy wskazania multimetru pomnożyć przez 60 i
podzielić przez liczbę łopatek - 13.
Uzwojenia silnika napędowego M należy podłączyć do zasilania zgodnie ze
schematem zamieszczonym na rys.1. Przy wykonywaniu połączeń alternatora G i
regulatora A zastosować lampkę kontrolną ładowania H1, łącznik S2 pełniący funkcję
wyłącznika zaplonu, akumulator G1 oraz regulowany opornik obciążenia R1 .
Tablica 1. Dane znamionowe badanego alternatora
Typ
Napięcie
Moc maksymalna
Prąd znamionowy
Prąd maksymalny
Początkowa prędkość obrotowa (przy której
osiąga napięcie 12V)
Prędkość obrotowa maksymalna trwała
Prędkość obrotowa maksymalna chwilowa
Rezystancja uzwojenia wzbudzenia mierzona
pomiędzy pierścieniami ślizgowymi
Rezystancja uzwojenia fazowego twornika
mierzona przy odłączonych diodach
Masa
Średnica zewnętrzna
Długość zewnętrzna
A 124N-14/44
14 V
770 W
46 A przy prędkości obrot. 5000 obr/min
53 A
1000 +/-50 obr/min przy 20o C
13000 obr/min
15000 obr/min przez 15 minut
o
4,3 +/- 0,2  w temp. 20 C
0,12 +/- 0,005  w temp. 20o C
4,2 kg
125,5 mm
158 mm
Charakterystyka alternatora wyznaczona przez producenta jest przedstawiona na rys. 2.
Tablica 1. Dane znamionowe badanego wibracyjnego regulatora napięcia
Typ
RC2/12D
Napięcie
14 V
Napięcie regulowane - II stopień
14,2 +/- 0,4 V w temp. 50o C
Napięcie regulowane - I stopień niższe od
0...0,7 V
napięcia regulowanego na II stopniu o
Rezystancja pomiędzy zaciskiem 15 a masą
27,7 +/- 2  w temp. 20o C
Rezystancja pomiędzy zaciskami 15-67 (styki
5,65 +/- 0,3  w temp. 20o C
rozwarte)
Długość szczeliny zwora - rdzeń
1,50 +/- 0,07 mm
Długość szczeliny styki II stopnia
0,45 +/- 0,1 mm
Prąd obciążenia podczas sprawdzania I stopnia 25...35 A
regulacji
Prąd obciążenia podczas sprawdzania II stopnia 10...14 A
regulacji
Masa
ok. 0,4 kg
3.Badania laboratoryjne
3.1 Wyznaczenie początkowej prędkości kątowej (początek ładowania)
Przy zatrzymanym alternatorze włączyć wyłącznik zapłonu i sprawdzić, czy lampka
kontrolna ładowania świeci. Następnie uruchomić silnik napędowy i zwiększąć prędkość
katową, aż do zgaśnięcia lamki kontrolnej ładowania. Odczytać prędkość alternatora
odpowiadającą temu momentowi.
Zgodnie z danymi zawartymi w tablicy 1., początkowa prędkość obrotowa, przy której
alternator osiąga napięcie 12V i rozpoczyna óddawanie energii powinna wynosić 950
obr/min ...1050 obr/min.
3.2 Pomiar napięcia regulowanego
Uruchomić silnik napędowy i doprowadzić alternator do prędkości 4000...5000
obr/min. Następnie doprowadzić do obciążenia alternatora prądem 10...14 A przez 10
minut. W tych warunkach napięcie jest utrzymywane przez drugi (II) stopień regulatora.
Napięcie to powinno, zgodnie z tablicą 2. wynosić, 13,8... 14,6 V.
W przypadku odstępstwa od żądanej wartości przeprowadzić regulację II stopnia
regulatora poprzez zmianę naciągu spręzyny. Zmianę naciągu sprężyny uzyskuje się przez
przyginanie jej dolnego zaczepu.
Następnie utrzymując stałą prędkość katową zwiększyć prąd obciążenia do wartości
25...35 A. W tych warunkach napięcie jest utrzymywane przez pierwszy (I) stopień
regulatora Napięcie powinno być mniejsze o maks. 0,7V od napięcia uzyskanego przy
obciążeniu 10...14 A.
Regulację I stopnia przeprowadza się przez zmianę szczeliny pomiędzy zworą a
rdzeniem przez przegięcie wspornika lub przesunięcie go po zluzowaniu nakrętki mocującej.
Po regulacji należy sprawdzić i wyregulować szczelinę pomiędzy górnym stykiem stałym i
stykiem ruchomym na 0,35...0.55 mm.
Uwaga. Pomiary napięcia powinny odbywać się przy nałożonej pokrywie regulatora.
3.3 Wyznaczenie charakterystyki prądowo-prędkościowej
Po pomyślnym zakończeniu prób wg. p.3.2 należy wyznaczyć charakterystykę
oddawanego prądu w zależności od prędkości katowej alternatora. W tym celu należy
uruchomić silnik napędowy i zwiększać prędkość alternatora w zakresie od 1000...7000
obr/min. Obciążając alternator akumulatorem i regulowanym opornikiem nalezy odczytywać
prąd obciążenia oraz napięcie.
Napięcie powinno zawierać się w granicach 13,0 ... 13,8 V.
Wykreślić charakterystykę pradowo-prędkościową i zaznaczyć na niej kontrolny
wydatek prądu przy 4250 obr/min.
4.Zadania (do wykonania w ramach sprawozdania)
1. Ocenić zgodność wyznaczonej wartości prędkości początku ładowania z danymi
producenta.
2. Ocenić zgodność uzyskanych wyników napięcia regulowanego dla I i II stopnia regulatora
z danymi producenta. Omowić przeprowadzone regulacje stopni regulatora.
3. Ocenić zgodność wyznaczonej charakterystyki prądowo-prędkościowej z określoną przez
producenta. Omówić przyczyny ewentualnych rozbieżności.
5.Pytania kontrolne
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Wymienić zalety alternatorów w porównaniu z prądnicami prądu stałego.
Omówić budowę alternatora zestykowego kłowego.
Naszkicować rozkład strumienia magnetycznego pomiędzy biegunami kłowymi wirnika.
Przedstawić schemat połączeń alternatora samowzbudnego.
Przedstawić schemat połączeń alternatora obcowzbudnego.
Narysować przykladową charakterystykę prądowo-prędkościową alternatora.
Omowić działanie I i II stopnia wibracyjnego regulatora napięcia.
6.Literatura
1. Maszyny elektryczne pojazdów samochodowych. E.Koziej, WNT Warszawa 1984
2. Zespoły elektryczne i elektroniczne w samochodach. J.Ocioszyński, WNT Warszawa
1999