1. Versuchsziel 2. Grundlagen

I
G
Versuch DrehstromgeneratorBordnetzanalyse
n
KET
AutomobilElektronik
1. Versuchsziel
Bei diesem Praktikumversuch soll durch Anwendung moderner Prüftechnik die
Wirkungsweise und das Verhalten von Drehstromgeneratoren (DSG) auf einem Prüfstand
und im Automobil untersucht werden. Ziel ist die Aufnahme wesentlicher Kennlinien und
von Zeitverläufen (Oszillographenbilder) zur Bewertung von DSG und Bordnetzen.
2. Grundlagen
Voraussetzungen
Aufbau und der Funktion des Synchrongenerators, des Gleichrichters und des Reglers
Kennlinienverläufe der DSG bei Leerlauf und bei Belastung
Kenntnisse zu Prüfschaltungen sowie deren Realisierung
Funktion und Einsatzzweck der eingesetzten Mess- und Prüftechnik
Wirkungsweise des Automobilbordnetzes
2.2. Literatur
Vorlesungsmitschrift / Umdrucke Kfz-Elektrik HTW-Dresden
„Drehstromgeneratoren“ Technische Unterrichtung; Robert Bosch GmbH
Autoelektrik / Autoelektronik Robert Bosch GmbH, Vieweg-Verlag
G. Henneberger Elektrische Motorausrüstung Vieweg-Verlag, Braunschweig
J. Kasedorf
Kfz-Elektrik Vogel Buchverlag
1
3. Drehstromgenerator und Gerätetechnik
Für den Versuch stehen folgende Drehstromgeneratoren und Gerätetechnik zur
Verfügung:
DSG KCB2 14V 60 – 100A
Messfahrzeug Corsa B
Generatorprüfstand mit
Messsystem I (LabVIEW)
Steuer- und Messsystem II (Agilent VEE)
Messsystem I (LabVIEW)
Das
Messsystem
besteht
aus
Hardware
und
Softwarekomponenten.
Die
Generatoruntersuchung wird auf einem modernen Prüfstand für Generatoren mit
geregeltem Antrieb durchgeführt. Die Messsoftware wurde unter LabVIEW erstellt und
bietet die Möglichkeit sowohl Kennlinien, als auch zeitliche Verläufe aufzunehmen. Jede
Messung benötigt eine vorher zu erstellende Konfiguration. In der Konfiguration wird
unter anderem ein Skalierungsfaktor eingegeben, um die zu messenden Werte der
Wandler
den
realen
Messwerten
anzugleichen
(Notieren
der
benötigten
Skalierungsfaktoren / Verstärkung für die Stromwandler und den Trennverstärker). Es
stehen 8 Messkanäle zur Verfügung, auf denen die jeweiligen Werte aufgezeichnet
werden können.
Bild 1 Startauswahl der Messsoftware
2
Bild 2 Programm zur Kennlinienaufnahme
Steuer- und Messsystem II
Das
Messsystem
besteht
aus
Hardware
und
Softwarekomponenten.
Die
Generatoruntersuchung wird auf einem modernen Prüfstand für Generatoren mit geregeltem
Antrieb durchgeführt. Die Mess- und Steuersoftware wurde unter Agilent VEE erstellt und
bietet die Möglichkeit der Kennlinienaufnahme sowie die Möglichkeit der Antriebs-, Batterieund Laststeuerung.
Bild 3 Programmoberfläche der Steuer- und Messsoftware
3
3.1. Schaltung des Drehstromgenerators
Generator
Batterie Verbraucher
B+
D+
LKL
Regler-IC
DF
SM
DV
B-
3.2. Aufbau des Generatorprüfstandes (schematisch)
Lastschrank
Elektronische
Last
Steuerschrank
VXI-Einheit
Generatorprüfstand
Generator
Drehmomentmesswelle
Relais und
Sicherungen
Manuelles
Bedienfeld
Prüfstandsrechner
Antriebsmotor (18kW)
Batterien
4
3.3 Grundgleichungen der Gleichrichter
5
4. Versuchsdurchführung
4.1. Prüfung der geregelten Generatorspannung
Überprüfen Sie am 14-V-Bordnetz nach Schaltung die geregelte Spannung in
Abhängigkeit von Belastungsstrom und Drehzahl. Nutzen Sie das Messprogramm zur
Kennlinienausnahme und eine entsprechend vorprogrammierte Konfiguration.
Bild 4 Programm zur Kennlinienaufnahme
Messung mit konstanter Stromstärke (I=5 A Laststrom), U=f(n)
Erhöhen Sie bei diesem Versuch langsam die Drehzahl von 500 min -1 bis max. 2000
min-1 und nehmen sie je 100 min-1 die Spannung auf.
n [min-1]
U [V]
1.2
Messung mit konstanter Drehzahl
U=f(I)
Führen Sie diese Messung jeweils bei n=2000 min-1 und n= 3000 min-1 durch. Erhöhen
Sie den Laststrom von 10 A bis 50 A jeweils in 5A Schritten. Nutzen Sie die
Steuerung der elektronischen Last dafür.
I [A]
U[V]
Stellen Sie die Kurven dar (Auswerteprogramme) und interpretieren Sie diese!
6
4.2 Belastungskennlinie des Drehstromgenerators
Nehmen Sie laut Schaltung die Belastungskennlinie des Generators auf, indem bei
steigender Drehzahl durch Steigerung der Belastung die Spannung konstant gehalten
wird. Nutzen die dafür den Konstantspannungsmodus der elektronischen Last.
Nehmen Sie mit dem Programm für Kennlinienaufnahme die Drehzahl, Leistung,
Spannung, Generatorstrom und Erregerstrom auf. Programmieren Sie ebenfalls eine
Konfigurationsdatei für diesen Versuch.
I=f(n) P=f(n) Ierr=f(n)
U=13,5 V
Bild 5
Messen Sie den Generatorstrom indem Sie die Verknüpfungsfunktion des Programms
nutzen und den zu messenden Batteriestrom und den zu messenden Laststrom
addieren (siehe Bild 5) und die Leistung durch Multiplikation von Generatorspannung
und Generatorstrom (nur auf Kanal 6 kann eine Verknüpfung mit Kanal 5
durchgeführt werden) durchführen.
N[min-1]
I [A]
P [W]
Stellen Sie im Diagramm zu einen I=f(n) und P=f(n) und zum anderen I=f(n) und
Ierr=f(n) gemeinsam dar. Nutzen Sie die Auswerteprogramme der Software.
7
4.3 Prüfung Reglerverhalten
Messen Sie mit einer entsprechenden Konfiguration den zeitlichen Verlauf des
Erregerstromes und der Generatorspannung bei zwei unterschiedlichen Drehzahlen.
Wählen Sie eine entsprechende Abtastrate bei einer Aufnahmedauer von 100 – 200
ms. Diskutieren Sie das Ergebnis in der Gruppe und versuchen Sie die Funktion des
digitalen Reglers zu erfassen.
Bild 6 Auswertung Erregerstrom, Generatorspannung
4.4 Lastsprungmessung am Prüfstand
Messen Sie einen Lastsprung im 14-V-Bordnetz unter Nutzung des Messsystems II
Agilent VEE. Führen Sie manuell einen Lastsprung von niedrigen auf hohe Lastströme
innerhalb von 20s aus.
Messen Sie während eines zeitlichen Verlaufes des Lastsprunges von 20 s die
Bordnetzspannung, den Laststrom und den Batteriestrom. Stellen Sie die Ergebnisse
dar.
8
4.5 Bordnetzuntersuchung am Messfahrzeug / Lastsprung mit elektronischer Last
Zündsignale
LEM HT200
G
Traco Power
DC/DCConverter TEN
20 Wi, 20W
LEM HT200
Höcherl&
Hackl GmbH,
Typ: DC
Load, 0-60V,
0-200A
LEM HAL100-s
+15V
0V
-15V
B-
DC/DC
Wandler
Akkumulator
Generator
permanente
Verbraucher
elektronische
Last
Bild 7 Prinzipdarstellung des Messaufbaus im Fahrzeug
Die Messungen von Verläufen der Bordnetzspannung, des Generatorstroms, des Batteriestroms und des Zündsignals sind am Messfahrzeug möglich (nach Bild 7).
Weiterhin ist die Messung des Erregerstromes durch den Einbau eines modifizierten
Generatorreglers möglich.
Aufgabe:
Ermitteln Sie die oben genannten Verläufe beim Zuschalten elektrischer Verbraucher im
Fahrzeug (Licht, Lüftung, Heckscheibenheizung).
Mit einer zusätzlichen elektronischen Last soll das Bordnetz bis unter die Batteriespannung
belastet werden.
4.6 Bordnetzuntersuchung am Messfahrzeug / Startvorgang
Die Aufnahme von Bordspannung und Strom beim Starten des Verbrennungsmotors soll mit
dem TMS 08 ausgeführt werden.
Die ermittelten Werte bzw. Kurvenverläufe sind zu diskutieren. Die Versuchsausführung der
Startvorgänge ist darzustellen.
1. Starten mit Bordnetzbatterie
Der herkömmliche Startvorgang wird ausgeführt.
2. Starten mit DSK
Durch den Einsatz von Doppelschichtkondensatoren soll eine Stabilisierung des Bordnetzes
von Kraftfahrzeugen erreicht werden und die gespeicherte Energie ist ausreichend für die
Realisierung von Startvorgängen. Es wurde im Messfahrzeug ein Kondensatorpack
BPAK0350 15V/58F mit einer Ladeschaltung eingebaut. Über den Batteriehauptschalter
kann die Einbindung in das Bordnetz erfolgen. Durch einen Schwellwertschalter wird der
Ladenstrom begrenzt (Werte im Versuch erfassen).
Nach Abnahme der Plusklemme an der Batterie kann das Starten über die in den DSK
gespeicherte Energie erfolgen. Zu realisierende Anschlüsse:
-
Drehzahlerfassung über Kurbelwellensensor
Starterstrom aus den DSK über Stromwandler an den Zuleitung
Kondensatorspannung über Spannungswandler an den DSK- Anschlüssen
.
9
A 1: Datenblatt Opel Corsa, 1.2 (Auswahl)
Motor
Bauart:
vorn, quer vor der Achse, 4 Zylinder
Modelljahr:
1993
Modellbezeichnung:
X12SZ
Hubraum:
1195 ccm
Bohrung / Hub:
72*73,4 mm
Verdichtungsverhältnis:
10/1
Ventilspiel:
automatisch-hydraulisch
Höchstleistung (DIN):
33 kW (45 PS) bei 4600 min-1
Max. Drehmoment:
88 Nm bei 2800 min-1
Ölmenge:
3,5 L
Nockenwelle:
oben liegende, Antrieb über Zahnriemen
Zylinderkopf:
Aluminium-Legierung
Kraftstoffpumpe:
elektrisch
Kraftstoffart:
Super bleifrei oder Super Plus
Einspritzanlage:
elektronische K-Einspritzung, Singlepoint
Katalysator:
3-Wege-Kat mit Lambda-Sonde
Elektrische Anlage
Batterie:
12 V, 36 Ah
Generator:
KCB 2 14 V 60 - 100 A (nicht original)
Spannungsregler:
BR14-T0 F00M145238 (nicht original)
Zündanlage:
RUV, Doppelfunkenspule
Leerlaufdrehzahl:
n0 = 820 ... 980 min-1
Kupplung
Bauart:
Einscheiben-Trockenkupplung
Nachstellung:
manuell
10
Getriebe
Antrieb:
Vorderrad-Antrieb
Getriebeart:
5-Gang-Getriebe, manuell
Übersetzungsverhältnis
1. Gang:
3,55
2. Gang:
1,96
3. Gang:
1,30
4. Gang:
0,89
5. Gang:
0,71
Rückwertsgang:
3,74
Fahrleistungen
Höchstgeschwindigkeit:
115 km/h
Beschleunigung 0 - 100 km/h:
20 s
Abbildung A 1: Leistungs - und Drehmomentkennlinie
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A 2: Datenblatt Generator KCB 2 14 V 60 - 100 A
Polpaarzahl:
12
Schaltung:
Dreieck
Luftspalt:
0,7 mm,  nmax=20000min^-1
Diodentyp:
Zehner- Dioden, ZR 1450
Bemessungsstrom bei
n = 1800 min-1:
60 A
Bemessungsstrom bei
n = 6000 min-1:
100 A
Ständerdaten:
Innendurchmesser:
99,0 mm
Eisenlänge:
33,5 mm
Wickelart:
Welle
Nutzahl:
36
Wickelschritt:
1-4
Leiter je Nut L/N:
10
Anzahl der parallelen Drähte:
2
Drahtdurchmesser (blank):
1,18 mm
Maximal zulässiger Strangwiderstand bei 20 °C:
0,083
Läuferdaten:
Außendurchmesser:
98,3 mm
Kerndurchmesser:
52,0 mm
Kernlänge
27,0 mm
Drahtdurchmesser (blank):
0,85 mm
Windungszahl:
410
Feldwiderstand bei 20°C (±5%): 2,60
12
A 3: Spannungsregleranschlüsse
Anschluss V:
Spannungssignal über einer Gleichrichterdiode des SechspulsBrückengleichrichters. Hierüber ermittelt der Regler die Drehzahl
des Generators
Anschluss DF:
Über DF wird die Feldinduktivität geschaltet, entweder nach
Masse B- oder nach B+. Beim Ausschaltvorgang kommutiert der
Feldstrom der Feldinduktivität auf die Freilaufdiode.
Anschluss L:
Der Anschluss wird je nach Betriebszustand, entweder als
Eingang oder als Ausgang genutzt. Als Ausgang dient er dem
Anschluss der Ladekontrollleuchte. Zusätzlich kann hiermit bei
Normalbetrieb eine Zusatzlast, wie zum Beispiel Wohnanhänger
angesteuert werden.
Anschluss DFM:
Aus diesem Anschluss kann für ein Motor-Steuergerät, der
aktuelle Generatorauslastungsgrad ermittelt, werden.
Anschluss B+:
Batteriespannung Plus
Anschluss B-:
Batteriespannung Minus
Zum Zwecke einer besseren Übersichtlichkeit ist Abbildung „Prinzipdarstellung eines
minusgeregelten Multifunktionsreglers mit Generator“ hier erneut eingefügt:
L
DFM
B+
B+
G
3~
Regelung
DF
V-Signal
B-
Regler
B-
Generator
Bordnetz
Bild 8 Prinzipdarstellung eines minusgeregelten Multifunktionsreglers mit
Generator
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