Diagnostika technického stavu alternátoru analýzou jeho zatěžovací charakteristiky

Diagnostics of technical condition of alternators by analysis its loading characteristics

Pošta, J. - Pavlíček, R.

Technický stav dobíjecí soustavy vozidla je z největší části charakterizován technickým stavem alternátoru. Zatěžovací charakteristika alternátoru poskytuje přesný obraz technického stavu alternátoru. Analýzou charakteristiky lze zjistit či prokázat změnu technického stavu alternátoru. Návrh a ověření metody zjištění skutečných zatěžovacích charakteristik a zejména způsob jejich vyhodnocení je obsahem tohoto příspěvku.

alternátor; zatěžovací charakteristika; osciloskopická karta; výstupní napětí

Úvod

Aternátor je nejrozšířenější točivý zdroj energie vozidel a mobilních strojů. Na jeho technickém stavu výrazně závisí pohotovost stroje. Poruchy alternátoru mají mechanický nebo elektrický charakter. Pro zjištění a identifikaci mechanických poruch obvykle stačí sledovat chování alternátoru při práci. Elektrické poruchy je nejvýhodněšjší zjišťovat diagnosticky, podle vnějších projevů. Při spolupráci alternátoru s akumulátorem bývají mírné odchylky výstupních parametrů zastřeny a nelze je spolehlivě identifikovat ani běžnými měřicími přístroji.

Pracovním předpokladem bylo, že i mírné odchylky je možno spolehlivě identifikovat sejmutím okamžitých průběhů vhodných charakteristik a jejich porovnáním s etalonovými charakteristikami.

Použitá metoda

Uvedené požadavky může nejlépe splnit osciloskopický nebo oscilografický způsob měření. Praktickou nevýhodou je vysoká cena přístrojů, částečnou metodickou nevýhodou je obtížnější analýza a archivace dat. Proto byla zvolena osciloskopická karta, dodatečně instalovaná do osobního počítače a doplněná vhodným softwerem. Toto řešení umožňuje komfortní analýzu dat standardními programy (EXCEL), jejich snadnou archivaci s možností neomezeného pozdějšího využití.

Byla použita osciloskopická karta PCX 1230 firmy TEDIA, s ovládacím softwarem ScopeWin. Karta umožnuje rychlá měření s vysokými požadavky na frekvenci vzorkování. S uspokojivými výsledky byla pro uvedenou aplikaci karta použita v počítači PC 386 SX, 25 MHz, 8 MB RAM, tato konfigurace se však jeví jako minimálně nutná, není-li požadováno získání výsledků v režimu ON-LINE.

Bylo měřeno výstupní napětí v závislosti na zatěžovacím proudu, při konstantních otáčkách. Měření bylo prováděno na bezvadných alternátorech a na stejných alternátorech s uměle vytvořenou poruchou, při různých (konstantních) otáčkách alternátoru, s regulátorem a bez regulátoru, s dodávkou proudu do čistě ohmické zátěže.

Pro snímání výstupního napětí na svorce B byl použit odporový dělič, který snižoval napětí do rozsahu – 1 V až + 1 V.

Digitalizace vstupního signálu byla prováděna vzorkovací frekvencí 2441 Hz, celková doba záznamu byla nastavena na 0,4096 s. Tyto parametry byly vybrány zkusmo z možností použité osciloskopické karty. Získané výsledky ukázaly, že takto nastavené hodnoty jsou vhodné pro daný účel.

Zatěžovací charakteristiky získané měřením na bezvadných alternátorech byly považovány za etalonové, charakteristiky získané z výsledků měření alternátorů se simulovanými poruchami byly s nimi porovnávány.

Objekt zkoumání

Jako objekt zkoumání pro ověření uvedené hypotézy byl použit:

1. Alternátor výrobce PAL Magneton Kroměříž, typ 443 113 516 021, 14 V, 35 A, devítidiodový, s trojfázovým pracovním vinutím zapojeným do hvězdy, s budícím vinutím zapojeným pro plusovou regulaci. Alternátor nemá vestavěný regulátor napětí, doporučen je nevestavěný regulátor 443 116 419 070.

2. Alternátor výrobce PAL Magneton Kroměříž, typ 443 113 516 322, 28 V, 55 A, šestidiodový, s trojfázovým pracovním vinutím zapojeným do hvězdy, s budicím vinutím zapojeným pro mínusovou regulaci. Alternátor nemá vestavěný regulátor napětí, doporučen je nevestavěný polovodičový regulátor 443 116 419 420.

Výsledky

Výsledky jsou uvedeny graficky na obr. 1 až 6. Je zřejmé, že se poruchy zřetelně projeví změnou tvaru charakteristiky, popř. i změnou efektivní hodnoty měřené veličiny. V případě poruchy některé diody hlavního usměrňovače je změna charakteristiky velmi výrazná a lehce rozpoznatelná.

Obr. 1 Zatěžovací charakteristika bezvadný stav
alternátor 14 V, 35 A
, zatěžovací proud 5 A, otáčky 1500 ot/min

Obr. 2 Zatěžovací charakteristika přerušená 1 dioda pomocného usměrňovače
alternátor 14 V, 35 A, zatěžovací proud 5 A, otáčky 1500 ot/min

Obr. 3 Zatěžovací charakteristika přerušená 1 dioda hlavního usměrňovače
alternátor 14 V, 35 A, zatěžovací proud 5 A, otáčky 1500 ot/min

Obr. 4 Zatěžovací charakteristika mezizávitový zkrat vinutí jedné fáze vinutí
alternátor 14 V, 35 A, zatěžovací proud 5 A, otáčky 1500 ot/min

Obr. 5 Zatěžovací charakteristika bezvadný stav
alternátor 28 V, 55 A, zatěžovací proud 5 A, otáčky 1500 ot/min

Obr. 6 Zatěžovací charakteristika přerušená 1 dioda hlavního usměrňovače
alternátor 28 V, 55 A, zatěžovací proud 5 A, otáčky 1500 ot/min

Závěr

Získané výsledky potvrzují předpoklad, že jakákoliv elektrická porucha se projeví na tvaru zatěžovací charakteristiky alternátoru a že je možná spolehlivá identifikace této poruchy analýzou okamžitých průběhů zatěžovací charakteristiky alternátoru.

Navržená metoda měření se ukázala jako vhodná, relativně levná a dostatečně citlivá pro laboratorní či dílenské zjišťování elektrických poruch alternátorů. Další předností metody je komfortní archivace naměřených údajů pro sledování změn v čase. Použití počítače umožňuje také automatickou signalizaci nedovolené odchylky průběhu diagnostického signálu.

Literatura

POŠTA, J. - PAVLÍČEK, R.: Počítačová diagnostika rychlých periodických dějů. [Závěrečná zpráva grant. projektu FRVŠ, č.p. 0118/98], TF, ČZU, Praha, 1998, 12 s.

POŠTA, J. - KUŘE, M.: Diagnostika zdrojové soustavy vozidel. [Závěrečná zpráva grant. projektu FRVŠ, č.p. 0120/98], TF, ČZU, Praha, 1998, 12 s.

Osciloskopická karta PCX 1230. Technické údaje firmy TEDIA.

Alternátory. Katalog firmy MAGNETON, 1996, 80 s.

ČSN ISO 8854: Alternátory s regulátory. Metody zkoušení a všeobecné požadavky. 1992

Technical condition replenish system of vehicle is for the greater part characterized by the technical condition of alternator. Characteristics of alternator affording accurate view of technical condition of alternator. By the analysis of characteristics its possible to find or to prove the change of technical condition of alternator. Proposal and testing method of investigate of practical characteristics and mainly its evaluation is the main part of the paper.

alternator, characteristics of alternator, osciloscopics card, output voltage

Adresa autorů

Doc. ing. Josef Pošta, CSc., Ing. Roman Pavlíček, katedra jakosti a spolehlivosti strojů, technická fakulta, Česká zemědělská univerzita v Praze, Kamýcká 129, 165 21 Praha 6 – Suchdol. Tel.: 02/24383266, E-mail: POSTA@TF.CZU.CZ