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K 2.2 Energieversorgung im Kfz Versuch Bordnetzuntersuchung
Praktikum Kfz-Elektrik
Kfz-Elektronik
1. Versuchsziel
Bei diesem Praktikumversuch soll durch Anwendung moderner Prüftechnik die
Wirkungsweise und das Verhalten von Drehstromgeneratoren (DSG) im Kfz untersucht
werden. Ziel ist die Aufnahme wesentlicher Verhaltensweisen und von Zeitverläufen
(Oszillographenbilder) zur Bewertung von Bordnetzen.
2. Grundlagen
2.1. 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 Kfz-Bordnetzes
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
Bedienungsanleitung „TMS 08“ HTW Dresden
3. Drehstromgenerator und Gerätetechnik
Für den Versuch stehen folgende Drehstromgeneratoren und Gerätetechnik zur Verfügung:
DSG KCB2 14V 60 – 100A
Messfahrzeug Corsa B
Bordnetztester S 304
Transportables Messsystem TMS 08 zur Bordnetzanalyse (mit elektronischer Last und
Software unter LabVIEW)
I
n
KET
G
2
3.1. Schaltung des Drehstromgenerators im Bordnetz
Bild 1 Schaltung DSG
3.2 Bordnetztester S304
Bild 2 Ansicht und Aufnehmer S 304
Generator VerbraucherBatterie
D-
D+
V
DFRegler-IC
B+
B-
LKL
SM
Generator VerbraucherBatterie
D-
D+
V
DFRegler-IC
B+
B-
LKL
SM
3
Technische Daten
Betriebsspannung: 12/24 V
Max. Stromaufnahme: 1 A
Masse: 4,2 kg
Anzeige: 3+1 digit. mit Speicherung
Max. Dauer der Erregung
für einen Messzyklus: 1,5 s
Messbereiche und Fehler
Spannung: -9,9 ... +99,9 V +/-1%
Strom: -99 ... +600 A +/-3%
-10 ... +10 A +/-3%
Leistung: -990 W ... +9999W +/-5%
Widerstand: 0 ... +99,9
0 ... +99,9
in allen Bereichen zusätzlicher Fehler: +1 digit
Bedientasten (von links nach rechts):
1 Messung der Betriebsspannung des Gerätes
2 Leistungsmessung mit Strommesszange
3 Strommessung durch Anschluss an die Messklemmen (max. 10 A)
4 Strommessung mit Strommesszange
5 Spannungsmessung durch Anschluss an die Messklemmen
6/7 Widerstandsmessung durch Anschluss an die Messklemmen
8 Taste für die Erregung mit max. Erregerstrom über die Messklemmen;
Anzeige von Momentanwerten bei auf der Anzeige abgespeicherten Werten (max. 1,5 s)
9 Speicherung des angezeigten Momentanwertes auf der Anzeige
Der Einstellregler neben der Anzeige dient zum Nullpunkt-Abgleich bei:
Strommessung ohne Stromkreisunterbrechung
Leistungsmessung
Widerstandsmessung
Unter den Bedingungen:
Strommesszange geschlossen und Stromlos
Messklemmen kurzgeschlossen
4
3.3 Bordnetzmesssystem TMS 08
Gerät
Das Messgerät ist wie im Bild 1 zu sehen in einem Koffer untergebracht.
Bild 3 Gesamtansicht Messsystem
Messgrößenabgriff
Spannung
Anschlussleitungen mit Zangen oder Laborstecker
Strom
Strommessung mittels Messwandler der Firma LEM für 100 A, 200 A, 300 A
Drehzahl
Es werden drei Arten von Drehzahlsignalen erfasst (Kurbelwellensignal, v-Signal,
Zündsignal) Jedes Drehzahlsignal hat ein eigenes Messkabel.
Temperatur Zur Messung der Temperatur wird die Signalleitung Thermoelement genutzt. Dieser Sensor
kann durch die Beschaffenheit des Fühlers Luft, Wasser und Öltemperaturen messen.
Extra Signale
Zur Messung von Extrasignalen sind im Messsystem zwei Adapterkästen enthalten. Diese
ermöglichen den Anschluss weiterer Signale (Signale anderer Messwandler, Signalpegel darf
±10 V nicht überschreiten).
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Messkoffereinstellungen
Messprogramm
Das Messprogramm ist eine Anwendung unter Lab VIEW von National Instruments©.
Das Programm wird durch die Datei „Mobil_Messen“ gestartet. Danach erfolgt eine erste
Auswahl, an welchem Bordnetztyp gemessen werden soll. Weiterhin ist der Button
„Programmende“ enthalten, der das Messprogramm beendet.
Danach erfolgt die Auswahl zwischen dem Messen und der Auswertung der Verläufe.
Bei der Auswahl Messen hat man zwei Möglichkeiten.
Die erste Möglichkeit ist „Messen mit elektronischer Last“, wodurch eine Ansteuerung für
elektronische Gleichspannungslasten der Firma Höcherl & Hackl (Serie DS) frei geschaltet
wird. Falls diese Option gewählt wird und es ist keine Last angeschlossen erscheint eine
Fehlermeldung auf dem Bildschirm.
Als zweite Möglichkeit wird das „Messen ohne elektronische Last“ angeboten, wodurch die
eben erwähnte Laststeuerung nicht frei geschaltet wird.
Die dritte Möglichkeit ist die Auswahl der Analyse, wodurch die Auswertefunktion des
Programms gestartet wird. Der Button „Programmende“ ist für das Beenden und Schließen des
Gesamtprogramms zuständig.
Mit dem Button „Zurück“ gelangt man in das Auswahlmenü der Bordnetzspannung zurück.
Schalter n-Signal / Messwandler
Schalter 12 V / 42 V
Versorgungsspannung
Messkanäle
Messdatenkabel
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Messablauf
Start des Messrechners
Anschluss des Datenkabel an Rechner
Anschluss der Versorgungsspannung an geeignete Spannungsquelle (Fahrzeug oder
externe Batterie) Achtung es ist der Schalter 12 V/ 42 V auf dem Bedienfeld des
Messkoffers einzustellen
Anschluss des GPIB Adapters für Laststeuerung, falls Laststeuerung erwünscht
Starten des Messprogramms mit dem Programm Mobil_Messen.vi
Auswahl des Bordnetzes
Auswahl von Messen mit oder ohne elektronische Laststeuerung (Achtung GPIB-
Adapter muss beim Messen mit elektronischer Last angeschlossen sein, sonst erfolgt
eine Fehlermeldung )
Einstellen der gewünschten Messgrößen und Anschluss der Messleitungen nach
Vorgabe des Messprogramms
Einstellung der Abtastfrequenz sowie der anderen benötigten Werte
Starten des Messfensters durch „Weiter“
der Verlauf der Messgrößen wird angezeigt
Einstellen der Aufnahmezeit für die Messung
Einstellen der Lastwerte oder des Dateipfades für die optionale Laststeuerung
Auswahl von „Messen“
Eintragen des Dateinamens der Messdatei
Bestätigen des Namens durch OK, dies entspricht dem Start der Messung
nach erfolgter Messung wird der Anzeigebildschirm wieder gestartet
Rückkehr in das Auswahlmenü
Auswahl von Analyse
Auswertung der Messung
bei Bedarf können Verläufe gedruckt oder gespeichert werden.
Rückkehr ins Auswahlmenü und Beenden des Messprogramms
Entfernen der einzelnen Messkabel
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4. Versuchsdurchführung und Auswertung
4.1. Generatorprüfung im Fahrzeug mit Bordnetztester
Mit dem Bordnetztester S 304 erfolgt die Prüfung des Drehstromgenerators im Fahrzeug.
Schließen Sie den Tester nach den Aussagen in 3.2 an und nehmen Sie die Werte auf.
Motordrehzahl Verbraucher UG[V] IG[A] P[W]
Leerlauf
Abblendlicht
Heckscheibenheizung
Bremslicht
Lüfter 4. Stufe
100A kurzeitig (1s.)
2000 1/min
Abblendlicht
Heckscheibenheizung
Bremslicht
Lüfter 4. Stufe
100A kurzeitig (1s.)
Tabelle 1: Messung mit Bordnetztester S 304
4.2 Teilversuch Startvorgang
In diesem Teilversuch soll das Verhalten des Bordnetzes während der Startphase untersucht
werden. Arbeiten Sie dazu nach der Anleitung und den Anweisungen des Betreuers.
Starten Sie das Programm „Mobil_Messen“
Wählen Sie das vorhandene Bordnetz aus
Schalten Sie am Messkoffer das entsprechende Bordnetz ein
Klemmen Sie die Versorgung des Messkoffers an die Batterie an
Wählen Sie im nächsten Menü „Messen ohne Last“ aus
Wählen Sie im Auswahlmenü folgende Messgrößen aus
- Batteriestrom / Starterstrom 300A
- Generatorstrom
- Erregerstrom
- Bordnetzspannung 1
- Kurbelwellensignal (bitte Umschalter n-Signal am Messkoffer beachten)
Der Mess-Wandler 300 A für den Batteriestrom / Starterstrom wird am Batteriekabel
angebracht (Minusseite). Der Mess-Wandler 200 A des Generatorstroms wir an der Plusleitung
des Generators angebracht. Der Erregerstrom wir über eine Kabelbrücke mit dem Messwandler
100 A an den im Fahrzeug befindlichen Klemmen abgegriffen. Die Bordnetzspannung 1 wird
über der Batterie gemessen. Der Kurbellwellenadapter wird zwischen die im Fahrzeug
befindliche Steckeranordnung des Kurbellwellengebers gesteckt.
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Nach der Einstellung einer Abtastrate (4000 Sample) für eine Motorlehrlaufdrehzahl
kann auf „Weiter“ gedrückt werden. Das Anzeigefenster der Messung wird gestartet.
Stellen Sie eine geeignete Messzeit im Feld Messzeit ein
Drücken Sie den Button „Messen“, es erfolgt die Abfragen nach dem Namen der zu
Speichernden Datei
Nach Bestätigung des Dateinamens beginnt die Messung
Starten Sie das Fahrzeug
Nach erfolgter Messung kann mit der Messmodus mit „Zurück“ beendet werden.
nach Wahl von „Analyse“ gelangt man in den Analysemodus hier kann die Datei des
gemessenen Verlaufes geöffnet und Ausgewertet werden
Falls notwendig können einzelne oder alle Kurven neu abgetastet und in einer neuen
Datei gespeichert werden.
4.3 Teilversuch Lastsprung
In diesem Teilversuch soll das Verhalten des Bordnetzes während eines Lastsprunges und des
Lastabwurfs untersucht werden.
Folgen Sie der Anleitung und den Anweisungen des Betreuers.
Starten Sie das Programm „Mobil_Messen“
Wählen Sie das vorhandene Bordnetz aus
Schalten Sie am Messkoffer das entsprechende Bordnetz ein
Klemmen Sie die Versorgung des Messkoffers an die Batterie an
Wählen Sie im nächsten Menü „Messen mit Last“ aus
Wählen Sie im Auswahlmenü folgende Messgrößen aus
- Batteriestrom
- Generatorstrom
- Erregerstrom
- Bordnetzspannung 1
- Zündsignal (bitte Umschalter n-Signal am Messkoffer beachten)
Die Messung wird wie bei 4.2 ausgeführt. Das Zündsignal wird an der Zündung (Buchsen am
Zündtrafo) des Messfahrzeuges entnommen (Stecker Rot = Signal Zylinder 1/2 oder 3/4 und
Stecker Blau = Masse).
Nach Auswahl und Anschluss der Signale kann auf „Weiter“ gedrückt werden. Das
Anzeigefenster der Messung wird gestartet.
Stellen Sie eine geeignete Messzeit im Feld Messzeit ein
Stellen sie das Menüelement Lastspielwahl auf Lastspiel ein
Öffnen Sie die Datei für das entsprechende Lastspiel über „Pfad Lastverlauf“
Drücken Sie den Button „Messen“, es erfolgt die Abfragen nach dem Namen der zu
Speichernden Datei
Nach Bestätigung des Dateinamens beginnt die Messung
Nach erfolgter Messung kann mit der Messmodus mit „Zurück“ beendet werden.
nach Wahl von „Analyse“ gelangt man in den Analysemodus hier kann die Datei des
gemessenen Verlaufes geöffnet und ausgewertet werden (Wiederholung möglich,
Kurven neu abtasten und in neuen Dateien speichern)
Die gemessenen Kurven sind darzustellen und die Verläufe sind auszuwerten.
Stellen Sie auch den gemessenen Drehzahlverlauf beim Anlassvorgang dar.
Erstellen Sie eine Schaltung des Messaufbaus.
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A 1: Datenblatt Opel Corsa, 1.2 (Auswahl)
Motor
Bauart: vorn, quer vor der Achse, 4 Zylinder
Modelljahr: 1993
Modellbezeichnung: X12SZ
Hubraum: 1195 cm3
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: eine obenliegende, 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
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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
Polzahl: 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
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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 3 hier erneut eingefügt:
Regelung
B-
L DFM
V-Signal
G 3~
B+
Regler Generator
DF
B+
B-
Bordnetz
Abbildung A 3: Prinzipdarstellung eines minusgeregelten Multifunktionsreglers