Computer diagnostics of vehicle alternators
Počítačová diagnostika automobilových alternátorů
Josef Pošta, Roman Pavlíček, Boleslav Kadleček
Česká
zemědělská univerzita v Praze, technická fakulta, katedra jakosti a
spolehlivosti strojů
Abstrakt: Informační technologie a počítače stále
více a rychleji ovlivňují všechny oblasti života. Také v oboru zabezpečování
jakosti a spolehlivosti strojů v provozu mají počítače svoje místo. Jejich
uplatnění je široké a různorodé, od použití jednotlivých počítačů pro zajištění
dílčích úkolů až k rozsáhlým intranetovým sítím velkých podniků. V současné
etapě probíhají intenzivní práce, které naplňují tento trend [1,2].
V tomto příspěvku je popsán příklad použití
počítače jako univerzálního diagnostického přístroje, který umožňuje nahradit
dosud poměrně drahý a jen úzce využitelný osciloskop a dosáhnout ještě většího
pohodlí při vlastním měření, ale zejména při analýze a presentaci výsledků. Je
popsána dodatečná úprava osobního počítače a uveden příklad a výsledky dynamické
diagnostiky automobilového alternátoru sejmutím a analýzou okamžitého průběhu
jeho zatěžovací charakteristiky [8[JP1]].
Klíčová slova: počítač; osciloskopická karta; alternátor;
zatěžovací charakteristika;
Úvod
Alternátor 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 nejvýhodnější zjišťovat diagnosticky, podle vnějších projevů, [3, 5]. Při spolupráci alternátoru s akumulátorem za ustálených podmínek bývají mírné odchylky výstupních parametrů zastřeny a nelze je spolehlivě identifikovat [1, 4, 8].
Autoři vyšli z pracovní hypotézy, že i malé odchylky od bezvadného technického stavu je možno spolehlivě identifikovat analýzou okamžitých hodnot typické veličiny, případně analýzou průběhu přechodových dějů, doprovázejících změnu podmínek práce zkoumaného objektu.
Objekt zkoumání
Ověření této hypotézy bylo provedeno na příkladu automobilových alternátorů:
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.
Použitá metoda
Bylo měřeno výstupní napětí alternátoru 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.
Zatěžovací charakteristiky získané měřením byly porovnávány s teoretickými průběhy, vytvořenými matematickou simulací. Cílem tohoto porovnání bylo ověřit správnost a použitelnost zvolené metody [1, 2].
Zatěžovací charakteristiky získané měřením na bezvadných alternátorech byly považovány za etalonové, charakteristiky získané z výsledků měření alternátorů se simulovanými poruchami byly s nimi porovnávány. Cílem tohoto porovnání bylo ověřit možnost vytvoření katalogu typových průběhů pro identifikaci druhu poruchy při praktickém používání zvolené metody [7].
Obr. 1 Očekávaný (teoretický) průběh zatěžovací
charakteristiky bezvadného alternátoru
Obr. 2 Očekávaný (teoretický) průběh zatěžovací
charakteristiky o alternátoru s přerušenou diodou hlavního usměrňovače
Použité měřicí zařízení
Byla použita osciloskopická karta PCX 1230 firmy TEDIA, s ovládacím softwarem ScopeWin. Karta umožňuje rychlá měření s vysokými požadavky na frekvenci vzorkování. Karta byla namontována do počítače PC 386 SX, 25 MHz, 8 MB RAM.
Pro snímání okamžitého průběhu výstupního napětí byl použit odporový dělič, který snižoval napětí do rozsahu - 1 V až + 1 V, [6].
Výsledky
Očekávané (teoretické) průběhy zatěžovacích charakteristik jsou znázorněny na obr. 1 a 2. Experimentálně zjištěné výsledky jsou na obr. 3 až 6.
Obr. 3 Zatěžovací charakteristika bezvadný stav
alternátor 14 V, 35 A, zatěžovací proud 5 A, otáčky 1500 ot/min
Obr. 4 Zatěžovací charakteristika přerušená 1 dioda pomocného usměrňovače
alternátor 14 V, 35 A, zatěžovací proud 5 A, otáčky 1500 ot/min
Obr. 5 Zatěžovací charakteristika přerušená 1 dioda hlavního usměrňovače
alternátor 14 V, 35 A, zatěžovací proud 5 A, otáčky 1500 ot/min
Obr. 6 Zatěžovací charakteristika mezizávitový zkrat vinutí jedné fáze
vinutí
alternátor 14 V, 35 A, zatěžovací proud 5 A, otáčky 1500 ot/min
Analýza výsledků
Porovnáním očekávaných průběhů charakteristik pro dvě vybrané typické situace (obr. 1 a 2) s experimentálně zjištěnými průběhy (obr. 3 a 5) lze zjistit, že skutečné průběhy velmi dobře odpovídají průběhům očekávaným. Lze to považovat za potvrzení správnosti výchozích předpokladů. Zároveň to prokazuje dostatečnou citlivost zvolené metody, která proto může být velmi dobře použita pro provozní nebo dílenskou diagnostiku alternátorů.
Z obrázku 3 až 6 je rovněž patrné, že použitá vzorkovací frekvence dává možnost citlivého rozpoznání i velmi malých a rychle se měnících odchylek. Jestliže se uváží, že použití vzorkovací frekvence může být nastvena na ještš značně vyšší hodnotu, je zřejmé, že citlivost a rozlišovací schopnost použité metody je s velkou rezervou dostatečná pro daný účel.
Obr. 3 až 6 zároveň ukazují, jak mohou být experimentálně získaná data počítačově zpracována a presentována. Uvedené obrázky byly vytvořeny jako grafy v aplikaci MicrosftExcel. Tato skutečnost je významná jak pro vydání diagnostického protokolu, tak zejména pro výuku a školení.
Závěr
Je zřejmé, že se poruchy alternátoru 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.
Způsob diagnostiky periodických dějů pomocí počítače vybaveného přídavnou kartou pro digitalizaci vstupních signálů a konverzí získaných dat pro další počítačové zpracování je výhodný. Hlavní předností je komfortní přenos, zpracování, vyhodnocení i archivace získaných údajů, ke kterým se možno kdykoliv se vrátit a použít je pro pozdější analýzy. Výhodou je také téměř libovolně nastavitelná podrobnost zaznamenávání snímaného signálu, která je závislá pouze na technických parametrech použitého hardweru. Další výhodou je možnost výběru té části záznamu, která nese klíčovou informaci a může být zpracovávána samostatně.
Pro uvedené a obdobné aplikace lze s dobrými výsledky použít vhodnou osciloskopickou kartu, osazenou 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. Ověřená úprava osobního počítače se jeví jako vhodné a perspektivní řešení pro diagnostiku rychlých periodických dějů, které mohou být charakterizovány vhodným elektrickým signálem.
Literatura
1. BALOG, J.: Počítačová podpora
diagnostiky vznětového motora. /Habilitační práce/. SPU, Nitra, 1999,198 s.
2. JURČA, V.: Počítačová podpora
logistického řízení údržby. /Habilitační práce/. ČZU, Praha, 1997, 93 s.
3. KADLEČEK, B.: Optimalizace péče o
palivové soustavy vznětových motorů. /Disertační práce/, VŠZ, Praha, 1993, 95
s.
4. POŠTA, J. - KUŘE, M.: Diagnostika
zdrojové soustavy vozidel. [Závěrečná zpráva grant. projektu FRVŠ, č.p.
0120/98], TF, ČZU, Praha, 1998, 12 s.
5. POŠTA, J. - NEVYHOŠTĚNÝ, L. -
KADLEČEK, B.: Multipurpose Optoelectronic Sensor for Combustion Engines
Diagnostics. In: Sborník referátů z
mezinárodní vědecké konference "AGROTECH NITRA '99", Nitra, 1999,
2.díl, s. 109 - 113, ISBN 80-7137-613-2
6. POŠTA, J. - PAVLÍČEK, R.: Diagnostics
of technical condition alternators and analysis of temporary process. In:
Trends in Agricultural Engineering, sborník referátů z mezinárodní vědecké
konference, ČZU, Praha, 1999, s. 595 - 599, ISBN 80-213-0517-7
7. POŠTA, J. - PAVLÍČEK, R.: Diagnostics
of technical condition of alternators by analysis its loading characteristics.
In: Sborník referátů 4. Mezinárodního symposia „Quality and Reliability of
Machines“, Nitra, 1999, s. 238 - 241, ISBN 80-7137-599-3
8. POŠTA, J. - PAVLÍČEK, R.: Počítačová
diagnostika rychlých periodických dějů. [Závěrečná zpráva grant. projektu FRVŠ,
č.p. 0118/98], TF, ČZU, Praha, 1998, 12 s.
Adresa autorů
Doc. ing. Josef Pošta, CSc., Ing. Roman Pavlíček, Ing. Boleslav Kadleček, CSc. katedra jakosti a spolehlivosti strojů, technická fakulta, Česká zemědělská univerzita v Praze, Kamýcká 129, 165 21 Praha 6 – Suchdol.
Tel.: +4202/24383266, E-mail: POSTA@TF.CZU.CZ
Tento projekt je
podporován grantem FRVŠ č.p. 0118/98 a 0120/98