1. Versuchsziel 2. Grundlagen 3. Drehstromgenerator und

I
K 2.1 Energieversorgung im Kfz
Versuch Drehstromgenerator
G
n
KET
Praktikum
Kfz-Elektrik
Kfz-Elektronik
1. Versuchsziel
Bei diesem Praktikumversuch soll durch Anwendung moderner Prüfstandstechnik die
Wirkungsweise und das Verhalten von Drehstromgeneratoren untersucht werden. Ziel ist
die Aufnahme wesentlicher Kennlinien und Oszillographenbilder und deren Auswertung
zur Erhöhung des Verständnisses des Generatorverhaltens.
2. Grundlagen
2.1. Voraussetzungen
Aufbau und der Funktion des Synchrongenerators, des Gleichrichters und des Reglers
Kennlinienverläufe der DSG bei Leerlauf und bei Belastung
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 S.32...61
J. Kasedorf
Kfz-Elektrik Vogel Buchverlag S. 103....146
3. Drehstromgenerator und Messtechnik
Für den Versuch wird der Drehstromgenerator KCB2 14V 100A der Robert Bosch GmbH
verwendet. Das Messsystem besteht aus Hardware und Softwarekomponenten. Die
Generatoruntersuchung wird an einem von der Robert Bosch GmbH übernommenen
Industrieprüfstand für Generatoren mit geregeltem Antrieb durchgeführt. Die Mess- und
Steuersoftware wurde unter Agilent VEE entwickelt und bietet die Möglichkeit
verschiedene Kennlinien aufzunehmen. Durch die bedienerfreundliche Gestaltung der
Mess- und Steuersoftware kann die Bedienung des Prüfstands, nach vorheriger
Einweisung, durch die am Praktikum teilnehmenden Studenten vorgenommen werden.
1
3.1. Allgemeine Hinweise:
Vor Beginn der Messung ist der Messaufbau vom zuständigen Laboringenieur zu
prüfen
Bedienreihenfolge: 1. „Drehzahl“ auf gewünschten Wert stellen (1000 1/min)
2. Motor „Ein“
3. Batterie „Ein“  Ladekontrolllampe muss leuchten
4. Drehzahl erhöhen bis Ladekontrollleuchte ausgeht
5. Lastbetriebsart und Wert nach Vorgabe einstellen
6. Last „Ein“
7. ggf. Fremderregung auf 0A stellen
8. ggf. Fremderregung „Ein“
Das Beenden der Messung erfolgt sinngemäß in umgekehrter Reihenfolge, wobei sowohl
die Belastung als auch die Drehzahl schrittweise zu verringern ist um elektrische und
mechanische Lastspitzen zu vermeiden.
2
3.2. Schaltbild des Drehstromgenerators
Batterie
Generator
Regler
B+
D+
Regler
- IC
Verbraucher
DF
G
DV
B-
3.3. Aufbau des Generatorprüfstandes (schematisch)
Lastschrank
Elektronische
Last
Steuerschrank
VXI-Einheit
Generatorprüfstand
Generator
Drehmomentmesswelle
Relais und
Sicherungen
Manuelles
Bedienfeld
Prüfstandsrechner
Antriebsmotor (18kW)
Batterien
3
3.4 Grundgleichungen der Gleichrichter
1
T
I da
iˆ sin
(T )
1
T
I de
d
iˆ 2 sin 2
d
(T )
Ida = arithmetischer Mittelwert des Gleichstroms
Ide = effektiver Mittelwert des Gleichstroms
υ = Zeitwinkel
ω = Kreisfrequenz
SV = ventilseitige Scheinleistung
Pd = Gleichstromleistung
cV = ventilseitige Ausnutzung der Wicklung
wi = Welligkeit des Stromes
wa= Welligkeit der Spannung
fi = Formfaktor des Stromes
fa = Formfaktor der Spannung
t
2
2
T
f
SV
U V IV
Pd
U da I da
cV
m U V IV
U da I da
wi
~
I de
I da
bzw.
wu
~
U de
U da
fi
I de
I da
bzw.
fu
U de
U da
m SV
Pd
f2 1
w
3.5 Kenngrößen von Gleichrichterschaltungen
Gleichspannung
Bezeichnung
M1
M2
B2
M3
B6
Phasenzahl Pulszahl
ventilseitig
P
1
2
2
3
3
1
2
2
3
6
Uda/Uv
0,45
0,9
1,8
1,17
2,34
Gleichstrom
Welligkeit Formfaktor
wu
fu
1,21
0,48
0,48
0,19
0,042
1,57
1,11
1,11
1,02
1,001
Iva/Ida
Iva/Ida
1
0,5
0,5
0,33
0,33
1,57
0,78
1,11
0,58
0,82
Ventilseitige
Ausnutzung
der
Wicklungen
cv
3,5
1,74
1,23
1,71
1,05
4
3.6 Schaltung zur Aufnahme der Vollastkennlinie mit Regler
IG=f(nG; UG=13,5V)
IG
A
IE
A
V
G
UG
R=f(U=konst.)
Regler
3.7 Schaltung bei Fremderregung ohne Regler (Leerlaufversuch)
UG=f(IErr; nG=konst.)
IE
UErr
A
G
V
UG
5
4. Versuchsdurchführung
4.1. Leerlaufversuch DSG (Synchronmaschine)
Hinweis:
Tabellen sind auszufüllen  Auszug der Werte
Der Drehstromgenerator wird ohne Batterie und ohne Regler (Synchronmaschine)
fremderregt betrieben. Die Erregung erfolgt durch eine externe Stromquelle.
Folgende Größen werden aufgenommen:
Uq= f(Ierr);
Uerr= f(Ierr)
bei n= 1000 min-1 und Ierr= 0... 4,5A
Ierr [A]
Uq [V]
Uerr [V]
4.2. Vollastkennlinie des Drehstromgenerators
Die Messung wird mit Batterie und Regler bei einer Konstantspannung von 13,5V
vorgenommen.
Es wird aufgenommen:
I= f(nG)
M=f(nG)
bei U= 13,5 V (konst.)
n[min-1]
I [A]
M[Nm]
Mit der Ermittlung von Strom, Drehzahl und Drehmoment (bei konstanter Spannung)
ist die Bestimmung des Wirkungsgrades möglich.
Führen Sie diese Bestimmung durch mit anschließender Diskussion.
Hinweis: In Excel Antriebsleistung und Wirkungsgrad berechnen und darstellen!
6
4.3 Prüfung der geregelten Spannung (Laststrom konstant)
Der Generator mit Regler wird zunächst mit Batterie betrieben, bis er die Angehdrehzahl
erreicht hat. Danach wird der Generator mit konstant 5A belastet und die Batterie
abgeschaltet. Anschließend Rücknahme der Drehzahl auf etwa 800...900 1/min (entspricht
etwa 8,5V Generatorspannung). Anschließend wird die Drehzahl schrittweise erhöht und
die Spannung aufgezeichnet.
Es wird aufgenommen:
UG= f(n)
bei IG=5A (Laststrom)
n[min-1]
U[V]
4.4 Diagnose von Drehstromgeneratoren mit dem Oszilloskop
Zeichnen Sie den Verlauf des Erregerstroms (über Stromwandler) bei folgenden
Betriebsfällen auf und interpretieren Sie diese Verläufe. Die Einstellungen am Oszilloskop
sind auszuwerten.
Betriebsfälle:
1. DSG mit geringer Drehzahl und geringer Last
2. DSG mit erhöhter Drehzahl und geringer Last
3. DSG mit erhöhter Drehzahl und erhöhter Last
4.5 Untersuchung von Kenngrößen der B6- Schaltung
1. Realisieren Sie die B6- Schaltung (Generator .....................................................)
2. Ermitteln Sie die Kenngrößen zu Spannungs- und Stromverhältnis und vergleichen Sie
diese mit den in 3.5 angegebenen Werten.
3. Begründen Sie die Unterschiede und mögliche Abweichungen.
Uda[V]
ULL[V]
Ida[A]
Iv[A]
Messung
Verhältnis
7
4.6 Oszilloskopuntersuchungen der B6- Schaltung (Drehstrombrücke)
1. Nehmen Sie das Oszillogramm der Gleichspannung, der Eingangswechselspannung
und des Gleichstromes bei ohmscher Last auf.
2. Die Fehlerfälle „Diode kurzgeschlossen“ und „Diode ausgefallen“ sind zu realisieren
und deren Auswirkung auf die Ausgangsspannung aufzuzeichnen. Die Drehzahl,
Frequenz und Ablenkfaktoren von Zeit und Spannung sind anzuzeigen (aufzeichnen).
5. Ergänzungsfragen
1. Erstellen Sie die B6- Schaltung und erläutern Sie die Funktion.
2. Erläutern Sie warum nur die B6- Schaltung bei Drehstromgeneratoren verwendet wird.
3. Skizzieren Sie Stern- und Dreieckschaltung und erläutern Sie die Unterschiede sowie
die Spannungs- und Stromverhältnisse.
4. Warum werden beide Schaltungen bei Drehstromgeneratoren eingesetzt?
5. Skizzieren Sie eine Strom- Drehzahl- Kennlinie und beschreiben Sie den typischen
Verlauf (wieso kommt es zur Strombegrenzung?).
6. Erläutern Sie die Verhältnisse zwischen Strang- und Leiterspannung sowie der
Ausgangsspannung der Drehstromgeneratoren.
8