Badanie alternatora A120.doc

Badanie alternatora A120

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyk prądnicy synchronicznej małej mocy (alternatora).

Wstęp.

Alternator jest prądnicą synchroniczną małej mocy. Znalazł on zastosowanie, jako urządzenie wytwarzające energię elektryczną w pojazdach samochodowych, zastępując w ten sposób prądnice obcowzbudne prądu stałego. Podstawową różnicą alternatora od prądnicy jest to, że prądnica wytwarza prąd stały, a alternator zmienny. Alternatory są stosowane głównie w pojazdach samochodowych jako źródła energii elektrycznej, o mocach od 300 W do 6 kW. W porównaniu z prądnicami bocznikowymi prądu stałego charakteryzują się: lepszym (prawie dwukrotnie) wykorzystaniem materiałów konstrukcyjnych; znacznie większą trwałością (nie mają komutatora, a tylko pierścienie ślizgowe);

samoregulacją dopuszczalnego prądu obciążenia (nie wymagają regulatora prądu, a tylko regulatora napięcia); mniejszym poziomem zakłóceń radiowych;Alternatory są budowane na ogół jako maszyny trójfazowe. Żywotność ich przekracza 10000 godzin pracy, co odpowiada ok. 500000 km przebiegu pojazdu. Obecnie prawie całkowicie wyparły prądnice bocznikowe z pojazdów mechanicznych. Przy pracy silnika w stanie jałowym alternator może zasilać odbiorniki elektryczne, natomiast w przypadku zainstalowania prądnicy prądu stałego odbiorniki są zasilane z akumulatora.

Moc na jednostkę masy, otrzymana z prądnicy prądu stałego, jest niewielka i wynosi od 40 do 70 W/kg. W przypadku stosowania alternatorów przy takiej samej objętości i masie otrzymuje się maszynę o 2 do 3 razy większej mocy. Moc na jednostkę masy uzyskana z alternatora o klasycznej budowie wynosi 100 do 200 W/kg. 250obr/s (15 000 obr/min), a nawet 333 obr/s (20 000 obr/min). Umożliwia to, przy założeniu odpowiedniego przełożenia prędkości obrotowej między silnikiem a alternatorem, uzyskanie około 50% mocy znamionowej przy znamionowej pracy silnika w stanie jałowym.

Budowa i zasada dzia               Brak komutatora i zjawiska komutacji pozwala powiększyć maksymalną prędkość obrotową do łania W budowie alternatorów istnieje wiele kryteriów kwalifikacyjnych, jak::ze względu na wykonanie magneśnicy:—    z cewką z prądem wzbudzenia,—    z magnesami trwałymi;ze względu na wykonanie wirnika:—    z wirnikiem z iegunami wydatnymi,—    z wirnikiem z biegunami kłowymi;ze względu na istnienie zestyku pierścienie-szczotki:—    zestykowe,

—    bezzestykowe.

Rys. 1. Budowa alternatorów : a) zestykowego z biegunami wydatnymi; b) zestykowego z biegunami kłowymi

1 — rdzeń stojana, 2 — uzwojenie stojana, 3 — wirnik, 4 — uzwojenie wzbudzające, 5 — wał, 6— pierścienie ślizgowe

Samochodowa prądnica elektryczna 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 (wzbudzenia) jest nawinięte na wirniku o biegunach pazurowych. Wirnik ma od kilku do kilkunastu biegunow magnetycznych, wykonanych w układzie pazurowym (rys. 2.). Zachodzące na siebie pazury (bieguny kołowe) mają biegunowość przemienną. Uzwojenie wzbudzenia jest pojedynczą cewką o kształcie cylindrycznym (rys. 2a-2), zajmującą położenie koncentryczne względem walu (3) i umieszczoną pomiędzy systemami biegunowymi. Uzwojenie wirnika jest zasilane prądem stalym przez dwa pierścienie, po których ślizgają się szczotki. Twornik alternatora w odrożnieniu od twornika prądnicy prądu stalego nie wiruje, lecz jest częścią korpusu maszyny. Składa się on z pakietu blach prądnicowych wzajemnie izolowanych, osadzonych w aluminiowym korpusie, do którego przymocowane są obie tarcze łożyskowe. Prąd fazowy stojana jest prostowany przez diody krzemowe, umieszczone w tarczy łożyskowej prądnicy. Wirnik ma ponadto łopatki spełniające rolę wentylatora, który jest niezbędny do chłodzenia alternatora oraz diod krzemowych, w których wydziela się znaczna ilość ciepła. Obwód twornika jest zawsze umieszczony na stojanie; ma uzwojenie trójfazowe połączone w gwiazdę (w polskich konstrukcjach liczba par biegunów p = 3). Wprowadzenie prądnicy prądu przemiennego do pojazdów samochodowych nie zmieniło jej podstawowej funkcji, tj. dostarczania prądu oraz napięcia stałego. Zasada działania ikonstrukcja alternatorów eliminują konieczność stosowania układu komutator-szczotki (czyli prostownika mechanicznego), zastępując go elementem elektronicznym-półprzewodnikową diodą prostownikową. Stosowane w alternatorach samochodowych diody półprzewodnikowe są elementami krzemowymi.

              Zespół półprzewodnikowych diod prostownikowych w postaci układu trójfazowego mostkowego prostuje trójfazowy prąd przemienny wytwarzany w uzwojeniu stojana. Diodowy układ mostkowy najczęściej wbudowany jest do wnętrza alternatora. Schemat połączeń alternatora wraz z układem prostownikowym przedstawiony jest na rysunku poniżej.

              W alternatorach produkowanych w Polsce stosuje się diody prostownikowe ładowania na trzy różne wartości prądów znamionowych: 25 A, 20 A i 15 A. Natomiast diody wzbudzenia mają jedną wartość prądu znamionowego równą 1 A lub 5 A.

              Między połączone anody jednej grupy (diody ujemne) i połączone katody drugiej grupy (diody dodatnie) włączone jest obciążenie. Diody stosowane w alternatorach charakteryzują się niewielkim spadkiem napięcia w kierunku przewodzenia (0.5-1.2 V).

Rys.2. Magneśnice alternatorów : a) zestykowego o biegunach kłowych; b) bezzestykowego o magnesach trwałych

1— bieguny kłowe, 2— uzwojenie wzbudzające, 3 — wał, 4 — rozkład strumienia, 5 — magnes trwały, 6 — stop aluminiowy

Na rysunkach 1 i 2 przedstawiono rozwiązania konstrukcyjne alternatorów i ich magneśnic. Najczęściej jednak są budowane alternatory zestykowi z magneśnicą o biegunach kłowych.

Układy wzbudzenia

Praca alternatora jest podobna do pracy prądnicy synchronicznej na sieć własną. Ma on narzucony dość ostry reżim pracy: generowanie energii elektrycznej w bardzo szerokim zakresie prędkości obrotowej

od 800 -1000 obr/min do 15000 -16000 obr/min; utrzymywanie napięcia na stałym poziomie.

Utrzymywanie na zaciskach alternatora napięcia fazowego na stałym poziomie uzyskuje się przez zmianę prądu wzbudzenia; stosowana jest tu regulacja dwustanowa (rys. 3.)

Rys. 3. Regulacja prądu wzbudzenia alternatora: a) schemat ideowy; b) charakterystyka

W zależności od sposobu zasilania uzwojenia wzbudzającego, rozróżnia się alternatory obcowzbudne i samowzbudne. W pierwszych — prąd wzbudzenia jest z akumulatora, a w drugich — z obwodu twornika.

Instalacje samochodowe wymagają źródła napięcia stałego, stąd też alternatory są wyposażone w układy prostownikowe sześciopulsowe, w których jest przetwarzane napięcie trójfazowe o częstotliwości od ok. 100 Hz do ok. 1500 Hz. Uzyskuje się napięcie stałe prawie bez tętnień.

Budowa alternatora .

              1 - koło pasowe z nakrętką,

2 - żeliwna obudowa przednia z osłoną łożyska napędowego,

3 - twornik z dwoma łożyskami i wentylatorami,

4 - stojan z uzwojeniem

5 - obudowa tylna z gniazdem łożyska tylnego,

6 - zminiaturyzowana elektronika alternatora, obejmująca diody i regulator napięcia, 7 - zakryte plastikowym deklem z przyłączami kabli.

 Schemat układu połączeń

  Dane znamionowe:

Un = 30 V

Imax = 40 A

n = 2600 obr/min

1.     Wyznaczenie charakterystyki magnesowania (biegu jałowego)

 Bieg jałowy maszyny synchronicznej jest to taki stan, w którym uzwojenie stojana jest rozwarte (alternator jest nie obciążony), a uzwojenie wirnika jest zasilane prądem wzbudzenia Iw. Jedynym prądem płynącym w maszynie jest prąd wzbudzenia dający przepływ Θw, a pole magnetyczne jest wytworzone wyłącznie przez ten prąd. Napięcie na zaciskach prądnicy jest równe napięciu indukowanemu w uzwojeniu twornika (stojana), i przy stałej prędkości obrotowej zależy od prądu wzbudzenia, ponieważ strumień zależy także od tego prądu. Ze względu na proporcjonalność napięcia do strumienia głównego charakterystyka biegu jałowego U0 = f(Iw) ma taki sam przebieg, jak charakterystyka magnesowania maszyny Φw = f(Iw). Próbę biegu jałowego wykonuje się przy stałej prędkości obrotowej. W celu wyznaczenia charakterystyki magnesowania maszyny synchronicznej należy przy pomocy silnika napędowego doprowadzić maszynę do znamionowej prędkości obrotowej i odczytać napięcie na zaciskach nieobciążonego twornika przy w = const i prądzie wzbudzenia nastawianym w zakresie If = 0 do takiej wartości, przy której Uo=1,3Un .

Charakterystyka ustalonego zwarcia tj. zależność prądu twornika It od prądu wzbudzenia If,.

 2.     Wyznaczenie charakterystyki ustalonego zwarcia symetrycznego

 Stan zwarcia występuje wtedy, gdy zaciski maszyny są zwarte (obciążenie = 0) a obwód wzbudzenia jest zasilany. Wartość napięcia podczas zwarcia przy prądzie znamionowym (Iz = In) wynosi od 10 do 15% napięcia znamionowego. Przy prądach zwarciowych nie przekraczających znacznie prądu znamionowego, stan nasycenia obwodu magnetycznego nie wykracza poza prostoliniową część charakterystyki magnesowania, przez co maszynę możemy traktować jako nienasyconą. Zależność prądu twornika od prądu wzbudzenia przy zwartych zaciskach twornika i przy prędkości kątowej zbliżonej do znamionowej nazywamy charakterystyką zwarcia symetrycznego. Dodatkowo wyznaczyć zależności prądu zwarcia od prędkości obrotowej dla wybranej wartości prądu wzbudzenia.

 3.     Wyznaczenie charakterystyki regulacyjnej.

 Charakterystyka regulacyjna jest to zależność prądu wzbudzenia od prądu obciążenia przy stałej prędkości obrotowej i cosφ oraz napięciu. Zależność ta pokazuje nam w jaki sposób możemy regulować prąd wzbudzenia, aby przy stałej prędkości utrzymać stałe napięcie na zaciskach maszyny. W zakresie regulacji bardzo dużą rolę odgrywa charakter obciążenia i tak np. dla obciążenia o charakterze indukcyjnym należy zwiększać prąd wzbudzenia, a przy malejącej wartości cosφ pojemnościowego prąd wzbudzenia należy zmniejszać.

 4.     Wyznaczenie charakterystyki zewnętrznej.

 Charakterystyka zewnętrzna maszyny tj. zależność napięcia na zaciskach twornika od prądu odciążenia przy znamionowym prądzie wzbudzenia, znamionowej prędkości kątowej.

Dodatkowo wyznaczenie wartości napięcia i prądu obciążenia przy stałej wartości prądu wzbudzenia i rezystancji obciążenia i zmiennej prędkości obrotowej.

 Lepszy jest alternator 9-diodowy,
układ z rys.b ostatni raz szedł seryjnie we wczesnych PF125p i ttraktować go należy jako zabytek. Musisz dokupić przewód akumulatorowy go teraz na masę pójdzie minus. Rozrusznik będzie się kręcił w dobrą stronę.

Dlaczego na rysunku b) zastosowany jest przekaznik do kontrolki ladowania, nie da sie jej zrobic podobnie jak na rys. a) bez przekaznika?



 

Schemat to schemat, nie czyta się go na kilka sposobów tylko musi być narysowany w sposób jednoznaczny. Może i w moim rozumowaniu jest błąd bo nie jestem specjalista, ale jakbyś mógł to mi go wskaż i powiedz jak ten schemat zinterpretować.
Na skrzyżowaniu dwóch linii, jeśli jest kropka to oznacza ze te 2 linie się łącza, to pamiętam jeszcze z fizyki i wg tego interpretuje, wiec albo schemat jest źle narysowany, albo ja gdzie popełniam błąd w interpretacji, tylko gdzie :?: :?:

5.2 Alternator i układ ładowania

Rys. 5.3 Alternator
1 - wirnik    2 - krzywka    3 - stojan    4 - śruba M6 x 70,5 mocująca wirnik    5 - podkładka    6 - śruba M6 x 20 mocująca stojan
Charakterystyka alternatora    Tablica 5-1

Wyposażenie alternatora przedstawiono na rysunku 5.4. Na stojanie są zamontowane szczotkotrzymacz 7, podstawa przerywaczy zapłonu 1, kondensatory 11, listwa zaciskowa 5 z oznaczeniami zacisków (patrz rys. 5.5):
- x, y, z, - do których są przyłączone końce uzwo­jeń poszczególnych faz stojana;
- 86 - do którego jest dołączony biegun ?O" stojana.
Na szczotko trzymaczu 7, przykręconym dwiema śrubami 6 do stojana, są oznaczenia zacisków l i DF, do których jest przyłączone uzwojenie wirnika. Szczotki są zamocowane w szczotko trzymaczu 7 bez możliwości ich demontażu. W razie zużycia lub ukruszenia szczotek należy wymienić cały szczotko trzymacz gdyż producent nie dostarcza szczotek jako części zamiennych. Minimalna wysokość szczotki wystającej ze szczotko trzymacza wynosi 2 mm. Pod wpływem ciepła powstającego w czasie eksploatacji motocykla może się zdarzyć, że szczotki przestaną się poruszać w prowadnicach. Nastąpi tzw. zawieszenie obu szczotek lub jednej z nich. Dlatego też podczas przeglądu alternatora należy zawsze skontrolować, czy szczotki poruszają się luźno w prowadnicach. Jeżeli tak nie jest, przemywa się je w benzynie i czyści sprężonym powietrzem. W tym celu trzeba wymontować szczotko trzymacz.
Uwaga! W żadnym wypadku nie wolno piłować kontaktowej powierzchni szczotek, a podczas ich zakładania należy zwrócić uwagę, aby zostały osadzone dokładnie w pierwotnym miejscu (tzn. aby szczotki stykały się z pierścieniami ślizgowymi wirnika w tym samym miejscu co przed demontażem).
Montowanie stojana (np. po jego wymianie lub zdemontowaniu) musi być wykonane po uprzednim zdemontowaniu szczotko trzymacza. Dopiero po zamocowaniu stojana można zamontować szczotko trzymacz wraz ze szczotkami. W przeciwnym wypadku podczas montowania stojana z zamontowanym na nim szczotko trzymaczem wysunięte szczotki uderzą o pierścienie ślizgowe wirnika. Może wówczas nastąpić ułamanie szczotek.
Szczotko trzymacz jako część zamienna jest dostarczany przez producenta z wsuniętymi w prowadnice szczotkami. Są one zabezpieczone przed wysunięciem drucianą zawleczką. Dzięki temu nie następuje ułamanie szczotek podczas transportu.
Rys. 5.4 Wyposażenie alternatora
1 - podstawa przerywacza    2 - młoteczek    3 - kowadełko    4 - wkręt regulacyjny M4 x 5    5 - listwa zaciskowa    6 - śruba M4 x 10    7 - szczotko trzymacz ze szczotkami    8 - obejma kondensatorów    9 - śruba M4 x 8    10 - podkładka    11 - kondensator    12 - płytka przerywacza lewego cylindra

 

Pierścienie ślizgowe wirnika należy czyścić szmatką zmoczoną w benzynie.

Styki przerywaczy zapłonu są zamocowane na podstawie 1; przerywacz cylindra prawego jest zamocowany bezpośrednio do tej podstawy, a przerywacz cylindra lewego - do płytki 12. Jest ona przykręcona do podstawy 1 dwiema śrubami M4. Płytkę 12 można obracać względem podstawy 1 w celu ustawienia wyprzedzenia zapłonu lewego cylindra. Wyprzedzenie zapłonu prawego cylindra ustawia się poprzez obracanie podstawy 7 względem korpusu stojana. Jako pierwszą należy zawsze wykonywać regulację zapłonu prawego cylindra. Styki przerywaczy muszą być utrzymywane w czystości. Nierówności powstałe na powierzchni styków wyrównuje się pilniczkiem igiełkowym lub paskiem papieru ściernego.
Podczas eksploatacji motocykla należy kontrolować dokładność połączenia kondensatorów z masą. Uszkodzenie kondensatora objawia się silnym iskrzeniem między stykami przerywacza, z jednocześnie słabą iskrą lub całkowitym jej zanikiem na świecy.

Rys. 5.5 Połączenie układu ładowania
 

Rys. 5.6 Kontrola uzwojeń stojana alternatora

Kontrola układu ładowania (rys. 5.5):
- zmierzyć napięcie na zacisku +B przy włączonym zapłonie: powinno ono wynosić 12 V;
- ustawić kluczyk w stacyjce w położeniu ?jazda w dzień": zaświeci się wówczas czerwona kontrolka ładowania: napięcie powinno mieć wartość 12 V przy pomiarze między zaciskami +B prostownika a +D regulatora, oraz między zaciskami 30/51 a 87a przekaźnika kontrolki ładowania;
- podczas pracy silnika z prędkością obrotowa większa niż 1000 obr/min można zaobserwować:
- kontrolka nie świeci się.
- napięcie mierzone między zaciskami x - y, y - z, x - z alternatora lub prostownika powinno wynosić od 10,8 do 12,2 V, w zależności od prędkości obrotowej silnika,
- napięcie mierzone między zaciskami x - 86, y- 86 alternatora powinno wynosić 6 - 7,2 V.

Kontrolka uzwojenia stojana, tak zwane zwarcie do masy (rys. 5.6);
- odłączyć końcówki przewodów z zacisków x, y, z, i 86 alternatora;
- zmontować układ kontrolny poprzez szeregowe połączenie źródła zasilania (np. akumulatora) z żarówką kontrolną;
- jeden koniec obwodu połączyć z masą alternatora, a drugi koniec kolejno z zaciskami x, y, z, i 86;
- zaświecenie się kontrolki podczas pomiaru świadczy o zwarciu do masy badanego uzwojenia.

Rys. 5.7 Kontrola uzwojeń wirnika alternatora
Kontrola uzwojeń wirnika alternatora (rys. 5.7V.
- odłączyć końcówki przewodów od zacisków l i DF szczotko trzymacza;
- dołączyć układ kontrolny kolejno do zacisków l i DF oraz masy wirnika;
- zaświecenie kontrolki świadczy o zwarciu uzwojenia wirnika.
Czynności kontrolne można przeprowadzić również po wymontowaniu szczotko trzymacza. Układ kontrolny dołącza się wówczas do masy wirnika i poszczególnych pierścieni ślizgowych wirnika.

Diody. Za pomocą układu kontrolnego (żarówka i źródło prądu) można również sprawdzić poszczególne diody układu prostowniczego. Wcześniej jednak należy odłączyć przewody z zacisków prostownika. Pomiar wykonuje się włączając szeregowo diodę w obwód kontrolny raz w kierunku przewodzenia, a drugi raz w kierunku zaporowym. Przy pomiarze w kierunku przewodzenia żarówka powinna świecić, przy pomiarze w kierunku zaporowym nie. Pomiar ten ma charakter wyłącznie orientacyjny, gdyż nie występują w nim konkretne wartości prądu ani napięcia. Dokładne pomiary można wykonać za pomocą amperomierza i woltomierza. Producent określa maksymalny spadek napięcia 1,2 V w kierunku przewodzenia dla prądu 15 A oraz maksymalne natężenie prądu 50 A w kierunku zaporowym dla napięcia 100 V.

Regulator napięci...