1

Versuch Drehstromgenerator-Bordnetzanalyse

Automobil- Elektronik

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

I

n

KET

G

2

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

3

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-, Batterie-

und Laststeuerung.

Bild 3 Programmoberfläche der Steuer- und Messsoftware

4

3.1. Schaltung des Drehstromgenerators

3.2. Aufbau des Generatorprüfstandes (schematisch)

Lastschrank Steuerschrank

Generatorprüfstand

Manuelles

Bedienfeld

Prüfstandsrechner

VXI-EinheitElektronische

Last

Batterien

Relais und

Sicherungen

Antriebsmotor (18kW)

Drehmoment-

messwelleGenerator

Lastschrank Steuerschrank

Generatorprüfstand

Manuelles

Bedienfeld

Prüfstandsrechner

VXI-EinheitElektronische

Last

Batterien

Relais und

Sicherungen

Antriebsmotor (18kW)

Drehmoment-

messwelleGenerator

Generator VerbraucherBatterie

D-

D+

V

DFRegler-IC

B+

B-

LKL

SM

Generator VerbraucherBatterie

D-

D+

V

DFRegler-IC

B+

B-

LKL

SM

5

3.3 Grundgleichungen der Gleichrichter

6

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.

Stellen Sie die Kurven dar (Auswerteprogramme) und interpretieren Sie diese!

I [A]

U[V]

7

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.

8

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.

9

4.5 Bordnetzuntersuchung am Messfahrzeug / Lastsprung mit elektronischer Last

Bild 7 Prinzipdarstellung des Messaufbaus im Fahrzeug

Die Messungen von Verläufen der Bordnetzspannung, des Generatorstroms, des Batterie-

stroms 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

.

B-

Höcherl& Hackl GmbH, Typ: DC Load, 0-60V, 0-200A

Traco Power DC/DC-

Converter TEN 20 Wi, 20W

G

Generator DC/DC Wandler

LEM HT200

LEM HT200

Zünd- signale

+15V -15V 0V

LEM HAL100-s

Akkumulator permanente Verbraucher

elektronische Last

10

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

11

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

12

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 Strang-

widerstand 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

13

A 3: Spannungsregleranschlüsse

Anschluss V: Spannungssignal über einer Gleichrichterdiode des Sechspuls-

Brückengleichrichters. 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:

Regelung

B-

L DFM

V-Signal

G 3~

B+

Regler Generator

DF

B+

B-

Bordnetz

Bild 8 Prinzipdarstellung eines minusgeregelten Multifunktionsreglers mit Generator