Lichtmaschine für Kraftfahrzeuge

Projektteile und Materialien

• Kfz-Lichtmaschine (eine erforderlich, aber zwei empfohlen)

Alte Lichtmaschinen sind günstig auf Autoschrottplätzen erhältlich. Viele Werften haben zu Ihrer Bequemlichkeit bereits die Lichtmaschinen aus dem Auto entfernt. Ich tue nicht empfehlen, den vollen Preis für eine neue Lichtmaschine zu zahlen, da gebrauchte Einheiten viel weniger Geld kosten und für dieses Experiment genauso gut funktionieren.

Ich empfehle dringend, eine Delco-Remy-Marke der Lichtmaschine zu verwenden. Dieser Typ wird bei Fahrzeugen von General Motors (GMC, Chevrolet, Cadillac, Buick, Oldsmobile) verwendet. Ein bestimmtes Modell wird von Delco-Remy seit den frühen 1960er Jahren mit geringen Designänderungen hergestellt. Es ist ein sehr gängiges Gerät zum Aufstellen auf einem Schrottplatz und sehr einfach zu handhaben.

Wenn Sie zwei Lichtmaschinen erhalten, können Sie einen als Generator und den anderen als Motor verwenden. Die Schritte, die erforderlich sind, um eine Lichtmaschine als Drehstromgenerator und als Drehstrommotor vorzubereiten, sind die gleichen.

Querverweise

Lektionen in Stromkreisen , Band 1, Kapitel 14:„Magnetismus und Elektromagnetismus“

Lektionen in Stromkreisen , Band 2, Kapitel 10:„Mehrphasige Wechselstromkreise“

Lernziele

• Um die Auswirkungen des Elektromagnetismus zu bestimmen
• Um die Auswirkungen elektromagnetischer Induktion zu bestimmen
• Um den Aufbau echter elektromagnetischer Maschinen zu veranschaulichen
• Zur Veranschaulichung des Aufbaus und der Anwendung von Drehstromwicklungen

Schematische Darstellung der Lichtmaschine für Kraftfahrzeuge

Eine Lichtmaschine für Kraftfahrzeuge ist ein Drehstromgenerator mit einer eingebauten Gleichrichterschaltung, die aus sechs Dioden besteht. Da die Riemenscheibe (die meisten Leute nennen sie "Riemenscheibe") von einem Riemen gedreht wird, der mit der Kurbelwelle des Automotors verbunden ist, wird ein Magnet an einem stationären Satz von Dreiphasenwicklungen (genannt Stator) gedreht ), normalerweise in einer Y-Konfiguration verbunden.

Der sich drehende Magnet ist eigentlich ein Elektromagnet, kein Permanentmagnet. Generatoren sind so konstruiert, dass die magnetische Feldstärke gesteuert werden kann, damit die Ausgangsspannung unabhängig von der Rotordrehzahl gesteuert werden kann.

Diese Rotormagnetspule (genannt Feldspule , oder einfach Feld ) wird durch Batteriestrom gespeist, sodass die Lichtmaschine eine kleine Menge an elektrischer Leistung benötigt, um eine große Ausgangsleistung zu erzeugen.

Die elektrische Leistung wird über ein Paar konzentrisch auf der Welle montierte Kupfer-„Schleifringe“ zur Drehfeldspule geleitet, die von stationären Kohle-„Bürsten“ kontaktiert werden. Die Bürsten werden durch Federdruck in festem Kontakt mit den Schleifringen gehalten.

Viele moderne Lichtmaschinen sind mit eingebauten „Regler“-Schaltungen ausgestattet, die automatisch Batteriestrom an der Rotorspule ein- und ausschalten, um die Ausgangsspannung zu regulieren. Diese Schaltung ist, wenn sie in der von Ihnen für das Experiment ausgewählten Lichtmaschine vorhanden ist, unnötig und wird Ihr Studium nur behindern, wenn sie an Ort und Stelle bleibt.

Fühlen Sie sich frei, es „chirurgisch zu entfernen“, stellen Sie jedoch sicher, dass Sie Zugang zu den Bürstenanschlüssen haben, damit Sie die Feldspule mit vollständig montiertem Generator versorgen können.

Automobil-Lichtmaschine Illustration

Testanleitung

Konsultieren Sie zunächst ein Kfz-Reparaturhandbuch zu den spezifischen Details Ihrer Lichtmaschine. Die Dokumentation in dem Buch, das Sie gerade lesen, ist so allgemein wie möglich, um Lichtmaschinen verschiedener Marken zu berücksichtigen. Möglicherweise benötigen Sie genauere Informationen, und ein Servicehandbuch ist der beste Ort, um es zu erhalten.

Für dieses Experiment verbinden Sie Drähte mit den Spulen innerhalb der Lichtmaschine und verlängern sie außerhalb des Lichtmaschinengehäuses, um eine einfache Verbindung mit Testgeräten und Schaltkreisen zu ermöglichen. Leider werden die vom Hersteller bereitgestellten Anschlussklemmen hier nicht unseren Anforderungen entsprechen, sodass Sie Ihre Anschlüsse selbst herstellen müssen.

Bauen Sie das Gerät auseinander und suchen Sie die Klemmen für den Anschluss an die beiden Kohlebürsten. Löten Sie ein Paar Drähte an diese Klemmen (mindestens 20 Gauge groß) und führen Sie diese Drähte durch die Belüftungslöcher im Lichtmaschinengehäuse, um sicherzustellen, dass sie sich nicht am drehenden Rotor verfangen, wenn die Lichtmaschine wieder zusammengebaut und verwendet wird.

Lokalisieren Sie die dreiphasigen Leitungsverbindungen, die von den Statorwicklungen kommen, und schließen Sie auch Drähte an, indem Sie diese Drähte durch einige Lüftungslöcher außerhalb des Generatorgehäuses führen. Verwenden Sie für diese Drähte den größten Drahtdurchmesser, mit dem Sie bequem arbeiten können, da sie möglicherweise erheblichen Strom führen.

Verlegen Sie sie wie die Feldkabel so, dass sich der Rotor bei wieder montiertem Generator frei drehen kann. Die Klemmen der Statorwicklungsleitung sind leicht zu finden:Die drei von ihnen werden mit drei Klemmen der Diodenbaugruppe verbunden, normalerweise mit "Ringschuh" -Klemmen, die an die Enden der Drähte gelötet sind.

Ich empfehle, dass Sie Ringkabelschuhe an Ihre Drähte löten und sie zusammen mit den Statordrahtenden unter den Anschlussmuttern anbringen, sodass jeder Diodenblockanschluss zwei Ringkabelschuhe sichert.

Bauen Sie die Lichtmaschine wieder zusammen und achten Sie darauf, die Kohlebürsten in eingefahrener Position zu sichern, damit der Rotor sie beim Wiedereinsetzen nicht beschädigt. Bei Delco-Remy-Generatoren befindet sich an der hinteren Gehäusehälfte und auch an der Vorderseite des Bürstenhalters ein kleines Loch, durch das eine Büroklammer oder ein dünner Draht eingeführt werden kann, um die Bürsten gegen ihren Federdruck zurückzuhalten . Weitere Einzelheiten zum Zusammenbau der Lichtmaschine finden Sie im Servicehandbuch.

Versuchen Sie nach dem Zusammenbau der Lichtmaschine, die Welle zu drehen, und achten Sie auf Geräusche, die auf kollidierende Teile oder eingeklemmte Kabel hinweisen. Wenn es ein solches Problem gibt, nehmen Sie es wieder auseinander und korrigieren Sie den Fehler.

Wenn es sich wie gewünscht frei dreht, verbinden Sie die beiden „Feld“-Kabel mit einer 6-Volt-Batterie. Schließen Sie ein Voltmeter an zwei beliebige der dreiphasigen Leitungsanschlüsse an:

Wenn das Multimeter auf die Funktion „Gleichspannung“ eingestellt ist, langsam die Lichtmaschinenwelle drehen. Die Voltmeteranzeige sollte beim Drehen der Welle zwischen positiv und negativ wechseln:ein Beweis dafür, dass eine sehr langsame Wechselspannung (AC-Spannung) erzeugt wird. Wenn dieser Test erfolgreich ist, schalten Sie das Multimeter auf die Einstellung „AC Volt“ und versuchen Sie es erneut. Versuchen Sie, die Welle langsam und schnell zu drehen, und vergleichen Sie die Voltmeter-Messwerte zwischen den beiden Bedingungen.

Schließen Sie zwei beliebige der dreiphasigen Leitungsdrähte kurz und versuchen Sie, die Lichtmaschine zu drehen. Was Sie beachten sollten, ist, dass die Lichtmaschinenwelle schwieriger zu drehen ist. Die hohe elektrische Last, die Sie durch den Kurzschluss erzeugt haben, verursacht eine starke mechanische Belastung des Generators, da mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird.

Versuchen Sie nun, 12 Volt DC an die Feldkabel anzuschließen. Wiederholen Sie die oben beschriebenen DC-Voltmeter-, AC-Voltmeter- und Kurzschlusstests. Welche(n) Unterschied(e) bemerken Sie?

Suchen Sie nach einer Art von polaritätsunempfindlichen 6- oder 12-Volt-Lasten, z. B. kleine Glühlampen, und schließen Sie sie an die dreiphasigen Leitungsdrähte an. Wickeln Sie ein dünnes Seil oder eine schwere Schnur um die Nut der Riemenscheibe („Riemenscheibe“) und drehen Sie die Lichtmaschine schnell, und die Lasten sollten funktionieren.

Wenn Sie einen zweiten Generator haben, ändern Sie ihn wie den ersten, indem Sie fünf Ihrer eigenen Drähte an die Feldbürsten bzw. die Statorleitungsklemmen anschließen. Sie können ihn dann als Drehstrommotor verwenden, der von der ersten Lichtmaschine angetrieben wird.

Verbinden Sie jedes der dreiphasigen Leitungsdrähte des ersten Generators mit den entsprechenden Drähten des zweiten Generators. Schließen Sie die Feldkabel eines Generators an eine 6-Volt-Batterie an. Diese Lichtmaschine wird der Generator sein. Wickeln Sie das Seil um die Seilscheibe, um das Spinnen vorzubereiten. Nehmen Sie die beiden Felddrähte des zweiten Generators und schließen Sie sie kurz. Diese Lichtmaschine wird der Motor sein:

Drehen Sie die Generatorwelle, während Sie die Drehung der Motorwelle beobachten. Versuchen Sie, zwei umzukehren der dreiphasigen Leitungsverbindungen zwischen den beiden Einheiten und drehen Sie den Generator wieder. Was ist diesmal anders?

Verbinden Sie die Felddrähte der Motoreinheit mit der 6-Volt-Batterie (Sie können dieses Feld parallel mit dem Feld der Generatoreinheit über die gleichen Batteriepole verbinden, wenn die Batterie stark genug ist, um die mehreren Ampere Strom zu liefern beide Spulen ziehen sich zusammen). Dadurch wird der Rotor des Motors magnetisiert. Versuchen Sie den Generator erneut zu drehen und beachten Sie alle Unterschiede im Betrieb.

In der ersten Motorkonfiguration, bei der die Felddrähte einfach kurzgeschlossen wurden, funktionierte der Motor als Induktionsmotor . Im zweiten Aufbau, bei dem der Rotor des Motors magnetisiert war, funktionierte er als Synchronmotor .

Bringen Sie Ihre modifizierte Lichtmaschine auf die nächste Stufe

Wenn Sie sich besonders ehrgeizig fühlen und sich mit Metallverarbeitungstechniken auskennen, können Sie Ihre eigene Hochleistungsgeneratorplattform herstellen, indem Sie die modifizierte Lichtmaschine an ein Fahrrad anschließen. Ich habe eine Anordnung erstellt, die so aussieht:

Das Hinterrad treibt die Generatorscheibe mit einem langen Keilriemen. Dieser Riemen stützt auch das Heck des Fahrrads und hält eine konstante Spannung aufrecht, wenn ein Fahrer das Fahrrad in die Pedale tritt. Der Generator hängt an einer Stahltragstruktur (ich habe geschweißte 2-Zoll-Vierkantrohre verwendet, aber ein Rahmen könnte aus Holz bestehen). Dieses Gerät ist nicht nur praktisch, sondern auch zuverlässig genug, um als Trainingsgerät verwendet zu werden, und es ist kostengünstig herzustellen:

Sie sehen eine Bank von drei 12-Volt-„RV“-Glühbirnen hinter der Fahrradeinheit (in der unteren linken Ecke des Fotos), die ich beim Fahren des Fahrrads als Trainingsgerät als Last verwende. An der Vorderseite des Fahrrads ist ein Satz von drei Schaltern angebracht, an denen ich während der Fahrt Lasten ein- und ausschalten kann.

Durch das Gleichrichten des erzeugten dreiphasigen Wechselstroms ist es möglich, dass die Lichtmaschine ihre eigene Feldspule mit Gleichspannung versorgt, wodurch eine Batterie überflüssig wird. Für den Start ist jedoch immer noch eine unabhängige Gleichspannungsquelle erforderlich, da die Feldspule vor erregt werden muss jeder Wechselstrom kann erzeugt werden.

VERWANDTES ARBEITSBLATT:

• Arbeitsblatt zur Theorie des Wechselstromgenerators
• Arbeitsblatt für Mehrphasenstromsysteme