Układ ładowania oparty na alternatorze

W życiu każdego motocyklisty ujeżdżający klasykę przychodzi taki moment, kiedy czerwona kontrolka ładowania znienacka się zapala. Jest to druzgocząca wiadomość – właśnie dociera do nas, że zostało nam około 15 minut jazdy bez  włączonych świateł, zanim układ zapłonowy nie wyczerpie do cna akumulatora tym samym unieruchamiając nasz pojazd. Sprawdzenie miernikiem uniwersalnym napięcie na akumulatorze tylko potwierdza nasze obawy – brak ładowania lub jego nieprawidłowy zakres. Nadchodzi teraz chwila prawdy – należy zdemontować pokrywę alternatora/prądnicy i zmierzyć się ze zjawiskami panującymi w układzie ładowania.

Na początku należy wiedzieć, co znajdziemy pod pokrywą skrywająca elektrownię naszego motocykla. W motocyklach stosuje się prądnice, iskrowniki(oparte na magnesie) lub alternatory(alternatory też są prądnicami, tyle że prądu przemiennego, trójfazowego:)). Prądnice stosuje się w różnych konfiguracjach – zaczynając od prądnic opartych ma magnesach poprzez prądnice prądu stałego wyposażone w wirniki. Aby nie komplikować skupimy się na samych alternatorach. Prądnice, iskrowniki znajdziemy w motocyklach typu WSK 125, Komar, Motorynka, Jawa 50, Jawa 250, ČZ 175. Alternatory natomiast znajdziemy w Jawach 350 z instalacją 12 V, MZ ETZ 250 i pochodne. Zarówno alternator jak i prądnice opierają swoją zasadę działania na indukcji prądu elektrycznego w polu elektromagnetycznym, różnica pomiędzy nimi polega na metodzie wytwarzania pola magnetycznego i regulacji napięcia ładowania.

Zacznijmy od podstaw. Na jednym z czopów wału korbowego osadzony jest wirnik alternatora. Jest to w zasadzie cewka – na metalowy rdzeń nawinięty jest drut o odpowiedniej grubości połączony z pierścieniem ślizgowym.  Wirnik jest elektromagnesem – jeśli dostarczymy do jego pierścieni ślizgowych napięcie elektryczne zacznie on wytwarzać pole magnetyczne. I tutaj jest zasadnicza różnica pomiędzy prądnicami a alternatorami. W prądnicy mamy magnes o stałym polu magnetycznym, natomiast wirnik wytwarza pole o sile zależnej od przyłożonego napięcia.

Wirnik alternatora motocykla Jawa 350 TS
Źródło:Opracowanie własne

Wirniki dzielimy na dwa rodzaje – samowzbudne oraz obcowzbudne. Wirniki samowzbudne podczas produkcji uzyskują szczątkowe pole magnetyczne. Po osiągnięciu określonej prędkości obrotowej potrafią wygenerować pole magnetyczne na tyle silne, aby “same siebie” zasilić. Takie rozwiązanie znajdziemy w motocyklach ETZ MZ. W Jawach natomiast stosuje się obcowzbudne wirniki – bez przyłożonego napięcia nie generują pola magnetycznego niezależnie od obrotów silnika.

W albuminowej obudowie stojana alternatora znajdują się wprasowane uzwojenia. Wirnik generuje pole magnetyczne, natomiast podczas pracy silnika obracający się wirnik generuje zmiany w polu magnetycznym, dzięki któremu w uzwojeniach generowany jest prąd. Do stojana przykręcony jest szczotkotrzymacz wraz ze szczotkami. Terminem szczotki określa się w elektrotechnice rodzaj połączenia elektrycznego pomiędzy dwoma elementami będącymi w ruchu. Dzięki szczotkom możliwe jest zasilanie obracającego się wirnika alternatora niezależnie od obrotów. Umieszczone w szczotkotrzymaczu sprężyny zapewniają odpowiedni docisk szczotek do pierścieni ślizgowych.

Stojan alternatora motocykla Jawa 350 TS
Źródło:Opracowanie własne

Moc indukowanego prądu w uzwojeniu w stojanie alternatora zależna jest od grubości i ilości zwojów, siły pola magnetycznego lub od częstotliwości zmian w polu magnetycznym. Załóżmy sytuację, kiedy alternator generuje nam podczas jazdy napięcie 12 V. Jeśli dodamy gazu zwiększy się prędkość obrotowa wirnika, co oznacza zwiększenie częstotliwości zmian w polu magnetycznym. Oznacza to generowanie większego napięcia przekazanego przez alternator do instalacji motocykla. Niestety, urządzenia elektryczne zainstalowane w motocyklu mogą pracować tylko w określonych zakresach napięcia. Aby nie dopuścić do przepalenia żarówek, przeładowania akumulatora oraz zniszczenia reszty elektrycznych odbiorników prądu trzeba regulować generowane napięcie. Nie możemy podczas jazdy dodawać lub odejmować zwoje w stojanie alternatora, trudno też jest utrzymywać stałe obroty silnika. Ale możemy zmieniać napięcie wzbudzenia alternatora, czyli prąd, którym zasilamy wirnik alternatora. Takie zadanie ma regulator napięcia – podczas spadku obrotów silnika spada częstotliwość zmian w polu magnetycznym i tym samym spada napięcie. Rolą regulatora napięcia w takiej sytuacji jest zwiększenie pola magnetycznego przy pomocy większego napięcia na szczotkach. Większe pole magnetyczne oznacza wzrost napięcia. Podczas wzrostu obrotów silnika zwiększa się częstotliwość zmian w polu magnetycznym. Napięcie wzrasta, w takiej sytuacji regulator musi zmniejszyć napięcie wzbudzenia. Jak zapewne łatwo zauważyć, im wyższe obroty silnika tym mniejsze pole magnetyczne potrzebne do generowania prądu. Mniejsze pole magnetyczne to również mniejsze opory dla silnika, a więc silnik “ma lżej”. Łatwo wywnioskować, że podczas jazdy z wyższymi obrotami alternator będzie stawiał niski opór silnikowi, czego nie jest w stanie zrobić prądnica.

Wiemy, jak generować prąd oraz jak regulować jego napięcie. Pora przekazać go do odbiorników. Napotykamy jednak mały problem – jak nazwa wskazuje – alternator produkuje prąd zmienny. O ile cewki zapłonowe oraz żarówki mogą pracować na prądzie zmiennym, o tyle akumulator wymaga prądu stałego. Próby ładowania akumulatora prądem zmiennym zawsze kończą się rozładowaniem akumulatora.
Potrzebny jest prostownik – układ, który zamienia prąd zmienny na prąd stały przy pomocy diod prostowniczych. Dzięki diodom w prostowniku możliwy jest przepływ prądu tylko w jednym kierunku. Ma to wpływ również w przypadku włożenia kluczyka do stacyjki – prąd z akumulatora nie jest pobierany przez prostownik do uzwojeń w alternatorze, diody prostownicze temu zapobiegają znacząco ograniczając pobór prądu. Po włożeniu kluczyka do stacyjki prąd pobierany jest tylko przez regulator(wzbudzenie alternatora) oraz ewentualnie przez cewki zapłonowe, o ile mamy przełącznik zapłonu ustawiony w pozycji “zapłon”.

Przekaźnik kontrolki ładowania z motocykla Jawa 350 TS
Źródło:Opracowanie własne

Ostatnim elementem w układzie ładowania jest przekaźnik. Jego rolą jest sterowanie kontrolki braku ładowania umieszczonej na desce rozdzielczej. Jeśli posiadamy oryginalny, czeski przekaźnik to po zdjęciu jego plastikowej obudowie ukaże nam się cewka nawinięta na rdzeń i połączona ze stykami. Rozwarte styki to brak świecenia kontrolki ładowania, natomiast zwarte styki to zamkniecie obwodu, co skutkuje świeceniem kontrolki “bólu i rozpaczy”:) Zasada działania przekaźnika jest prosta – po włożeniu do stacyjki kluczyka zapala się kontrolka – napięcie w instalacji motocykla jest na tyle niskie, że cewka nie jest w stanie przerwać styków. Po uruchomieniu silnika napięcie w instalacji wzrasta, styk zostaje przerwany – kontrolka ładowania gaśnie…. Chyba,  że ładowania nie ma:))

Wiemy już, jak wygląda nasza elektrownia w motocyklu. Pora na jej diagnozę. Zawsze zaczynamy od sprawdzenia połączeń w instalacji elektrycznej.  Zajmie nam to 5 minut a uchroni przed niepotrzebnym grzebaniem. Jeśli nie stwierdziliśmy nieprawidłowości, a kontrolka uparcie świeci – miernikiem mierzymy napięcie na akumulatorze. Jeśli ładowanie mieści się w zakresie 12-14,6 V – uszkodzony jest przekaźnik lub mechanicznie zablokowane styki w przekaźniku. Jeśli napięcie na akumulatorze jest takie samo niezależnie od obrotów silnika – zabawę zaczynamy od zdjęcia pokrywy alternatora. Wkładamy kluczyk do stacyjki i sprawdzamy,czy wirnik wytwarza pole magnetyczne(magnesuje). Sprawdzamy to przy pomocy metalowego elementu – śrubokręta itp. Jeśli przyciąga nasz metalowy element – wirnik, szczotki oraz regulator jest sprawny. Jeśli przyciągania brak – miernik uniwersalny ustawiamy na pomiar napięcia stałego i przykładamy oba końcówki miernika do styków szczotkotrzymacza. Napięcie to powinno wynosić okolice napięcia akumulatora, dopuszczalna różnica to okolice 1 V. Jeśli natomiast różnica jest większa – wina leży albo w regulatorze albo w połączeniach pomiędzy regulatorem a szczotkami. Połączenie to łatwo możemy sprawdzić – wystarczy zmierzyć napięcie na stykach DF oraz D+ na regulatorze oraz porównać je z napięciem na szczotkach; różne napięcie na stykach DF i D+ na regulatorze oznacza uszkodzony regulator.
Jeśli napięcie wzbudzenia jest prawidłowe, a wirnik nie wytwarza pola magnetycznego – odłączamy przewody zasilające szczotki i mierzy miernikiem rezystancje szczotek. Wynik pomiaru powinien wynosić około 10 Ω. Jeśli otrzymamy inny wynik – zawieszona szczotka w szczotkotrzymaczu, uszkodzona szczotka, zużyte szczotki lub uszkodzenie wirnika. Demontujemy wówczas szczotkotrzymacz i sprawdzamy, jak pracują w nim szczotki. Powinny lekko i bez zacięć chować się i wysuwać w prowadnicy szczotkotrzymacza. Same szczotki natomiast nie powinny być ukruszone, popękane ani w żaden inny sposób uszkodzony i wystawać z szcztkotrzymacza na wysokość minimum 5 mm. W przypadku zawieszenia szczotki płuczemy szczotkotrzymacz w benzynie ekstrakcyjnej a następnie dokładnie osuszamy. Jeśli szczotka dalej nie pracuje poprawnie lub jej wartość jest niższa niż zalecane minimum – wymieniamy szczotkotrzymacz.

Jeśli szczotkotrzymacz działa jak należy, demontujemy stojan alternatora. Pierwszą czynnością jest odtłuszczenie pierścieni ślizgowych wirnika oraz sprawdzenia jego przebicia do masy. Jeśli te zabiegi nie pomogły, a przebicia na masę nie ma przechodzimy do diagnozy stojana. Zaczynamy od wyprowadzeń uzwojeń alternatora. Pomiędzy każdym z wyprowadzeń powinien być mały opór. Jeśli wynikiem jest prawie zerowa wartość lub brak jakiejkolwiek wartości – stojan nadaje się tylko do wymiany. Ostatnią czynnością jest sprawdzenie pod kątem przebicia na masę – jedna końcówka miernika do obudowy stojana, druga do wyprowadzenia uzwojeń. Miernik nie może wskazać jakiejkolwiek wartości, inaczej stojan na szrot.

Jeśli nie znaleźliśmy jakichkolwiek nieprawidłowości ostatnim krokiem jest sprawdzenie prostownika. Prostownik w zależności od rodzaju wzbudzenia(samowzbudny lub obcowzbudny wirnik) posiada 6 lub 9 diod prostowniczych.
Poniżej fajny filmik przedstawiający proces diagnozy prostownika

Wymienić prostownik możemy na nowy, oryginalny w cenie około 70 zł lub na jego lepszą i tańszą alternatywę opisaną tutaj

Na tym kończymy diagnozę układu ładowania. Jeśli nadal nie ma ładowania w motorku – gdzieś popełniłeś błąd podczas pomiarów. Innego wyjścia nie ma:)

Kilka uwag:
– jak już wspomniałem istnieją dwa rodzaje wirników – samowzbudne i obcowzbudne. Dla nas znaczenie ma tylko w przypadku wymiany prostownika ilość zastosowanych diod prostowniczych, proces diagnozy przebiega tak samo,
– jeśli czop wału jest skrzywiony bicie na wirniku alternatora szybko zużyje lub połamie nam szczotki a nawet uszkodzi uzwojenia w stojanie,
– w przypadku “brzęczenia” przekaźnika kontrolki ładowania w motocyklu Jawa 350 TS – nastąpiło uszkodzenie jednej fazy, często podczas takiej awarii kontrolka nie powiadamia nas ciągłym świeceniem o usterce,
– czasami problemem braku ładowania bywają luźne połączenia pierścieni ślizgowych wirnika alternatora – podczas pracy siła odśrodkowa powoduje znaczne “odgięcie” kabli, które po kontakcie z najbliższym elementem w stojanie alternatora tracą swoją izolacje; efektem jest zwarcie do masy, które uniemożliwia wytworzenia pola magnetycznego, a oznakami takiej usterki jest brak lub uszkodzenie charakterystycznej izolacji widocznej na zdjęciu wirnika,
– częstym zabiegiem podczas sprzedaży motocykla jest celowe odginanie styków w przekaźniku; po włączeniu zapłonu świeci kontrolka ładowania, ale już na obrotach nie świeci, a świeży nabywca motocykla w połowie drogi się orientuje, że jednak nie dojedzie o własnych siłach do domu…. Przekaźnik z wygiętymi stykami przez sprzedawcę można obejrzeć na obrazku powyżej.


Materiał opracowany przez Greg92PL. Edytowanie i rozpowszechnianie bez zgody autora – ZABRONIONE!