A Jawa 350 elektromechanikus feszültségszabályzója

 

A legutóbbi bejegyzésemet a feszültségszabályzónál hagytam abba, mert sosem javítottam még ilyet és még a működésével sem voltam pontosan tisztában.
   Több kört is futottam amiatt, hogy megtudjam hogyan működik, végül az egyik tanárom ajánlotta a Tömösy-Frank féle Autóvillamosság című könyvet, amiben valóban részletesen le van írva a felépítése és a működése. Egy fél éjszaka alatt nagyjából át is rágtam magam rajta, egészen részletesen, így ebben az írásban ezt szeretném ismertetni.
   Előre bocsájtom, hogy én most csak dinamós Jawákkal fogok foglalkozni. Az újabb típusok készültek generátorral is, de lássuk miről is van szó.

   Az alapelv:

   A dinamó egy olyan villamos gép, amely mechanikai energiából állít elő egyenáramú villamos energiát. A mozgási indukció elvén működik, azaz, ha egy vezetőt mágneses mezőben mozgatunk, feszültség indukálódik benne. Ez a vezető esetünkben a dinamó forgórésze.
   Az így indukált feszültség függ a vezető hosszától, a mozgás mágneses erővonalakra merőleges sebességétől és az indukció mértékétől.
   A mágneses teret egy gerjesztőtekercs biztosítja, ami a dinamó állórészében van.
Igen ám, de hogy keletkezik mágneses tér, ha a dinamó áll. Kérdezhetnénk, elvégre ilyenkor nincs feszültség. A válasz erre a remanens mágnesesség, vagyis az a jelenség, hogy minden mágneses térbe helyezett vastestben marad valamekkora visszamaradó mágneses tér, így a dinamó állórészének vasmagjában is.
   Ha ebben a gyenge mágneses térben kezdjük mozgatni a vezetőnket, és az így létrejövő feszültséget rákapcsoljuk a gerjesztőtekercsre, ezzel növelni tudjuk a mágneses erővonalak számát és ezzel az indukált feszültséget. Nagyobb feszültség keletkezik ami aztán ismét növeli az erővonalak számát a vasmagban. Ez a folyamat addig ismétlődik, míg a vasmag mágnesesen telítetté nem válik. Ez az öngerjesztés elve.
   Ez azonban nekünk nem szerencsés, hisz a motor indítása után fékezhetetlenül emelkedni kezdene a feszültség, és a motor széles működési fordulatszámát is figyelembe kell vennünk, ez pedig mind az akkumulátort, mind a fogyasztókat tönkretenné. A dinamó feszültségét tehát szabályoznunk kell. Nézzük, mit tudunk befolyásolni ehhez.
   Mivel a fordulatszámhoz alkalmazkodnunk kell, a vezető hossza pedig adott, így csak az indukció mértékét tudjuk változtatni. Utóbbit a mágneses erővonalak számának növelésével illetve csökkentésével. Valahogy szabályozni kell tehát a gerjesztőtekercs keltette mágneses teret, ezt pedig a tekercs ki-be kapcsolásával tehetjük meg.
   Kell egy automata kapcsoló, ami egy előre beállított feszültség felett kikapcsolja a gerjesztést, majd amikor a feszültség esni kezd ismét visszakapcsolja. Fontos kritérium, hogy ezt a lehető legkisebb feszültségingadozással tegye. Itt közbejön még egy fontos apróság: a dinamó és az egyenáramú motor ugyan az a gép, ezért ha a dinamóra feszültséget kapcsolunk, az forogni kezd.
   Mivel alapjáraton vagy álló motornál a dinamó feszültsége nem éri el az akkumulátorét, az áram visszafele kezdene folyni. Ezzel forgatni próbálná a dinamót, a motor forgásirányával ellentétes irányba. Ezzel rövid úton leégetné a dinamót.
   Ennek kiküszöbölésére kell még egy kapcsoló, ami csak akkor kapcsolja rá a dinamót az akkumulátorra, ha a feszültsége már meghaladta az akkumulátorét.
   Ezek szerint kétféle funkcióra van szükségünk: a gerjesztés ki-be kapcsolása, valamint a töltőáram ki-be kapcsolása. A két egység egymástól lehet független, vagy egybeépített, ez a Jawa feszültségszabályzójában egybe van építve.
   Feszültségszabályzóból rengetegféle kivitel készült. Az egyszerűség kedvéért a továbbiakban a 6 voltos Jawa - PAL 443.116-401.64 típusú - szabályzóját írnám le.

   A PAL 443.116-401.64 feszültségszabályzó kétorsós, kétérintkezős, töltőáramkapcsolóval egybeépített kivitelben készült. Lényegében két áram járta tekercsből áll, amelyek fegyverzeteket mozgatnak. A fegyverzetek rugós lemezek a végükön érintkezővel. Ezek kapcsolják a gerjesztést illetve a töltést.
   Működése a következő fázisokra tagolódik:

Álló motornál vagy alacsony fordulatszámon a fegyverzetek nyugalmi állapotban vannak. ké1-ké2 érintkezők nyitva vannak. Ezek végzik a töltés bekapcsolását, ez tehát a szabályzó áramkapcsoló része. Az é1-é2 érintkezők zártak, a gerjesztőáram útja D+, G, M, K1, Ff, é2, é1, T, D-. Ezek az érintkezők a szabályzóorsóhoz tartoznak. Ezen az áramkörön keresztül a G gerjesztőtekercs a teljes töltőáramot megkapja, így a gerjesztés maximális. A kapcsolóáram a kf feszültségtekercsben folyik, de még gyenge ahhoz, hogy a Kf kapcsolófegyverzetet megmozdítsa.
A kapcsolóáram útja D+, D, á, ká, kf, T, D-. A szabályzóáram még szintén gyenge. D+, D, f, T, D- úton folyik.
   Ha a fordulatszám növekszik, nagyobb lesz a dinamó feszültsége és nagyobb áram jut az f és a kf tekercsbe is. Amint a dinamó feszültsége túllépi az akkumulátorét, a kf tekercsben folyó kapcsolóáram behúzza a Kf fegyverzetet és ké1-ké2 érintkezők záródnak. A töltőáram útja D+, D, á, ká, ké1, ké2, Kf, K2, B, Akk+, Akk-, T, D-. A töltőáram a ká tekercsen folyik át és mágnesező hatásával megakadályozza kisebb feszültségingadozásokon a kapcsolóérintkezők szétnyitását. Amikor a dinamó feszültsége elérte azt az értéket, amelyen felül emelkednie nem szabad, működni kezd a szabályzó elektromágnese. A nagyobb feszültség hatására az f feszültségtekercs mágneses ereje növekszik és megmozdítja az Ff fegyverzetet. Ekkor az é1-é2 érintkezők elválnak egymástól és a gerjesztő áramkörbe bekapcsolódik az sze szabályzóellenállás. A gerjesztőáram ezért a D+, G, M, sze, T, D- úton folyik. A szabályzóellenállás hatására a gerjesztőáram csökken és a dinamó feszültsége gyengül. Erre az f tekercs kissé elengedi az Ff fegyverzetet, az é2-é1 érintkezők ismét záródnak és a folyamat rezgésszerűen ismétlődik. Ennek következtében olyan gerjesztőáram keletkezik, amelynek nagysága a fordulatszámhoz és az á tekercs révén a terheléshez is igazodik.
   Amikor a fordulatszám még jobban növekszik, olyan feszültségű lesz a dinamó, hogy az f tekercs még jobban behúzza az Ff fegyverzetet, az é2 érintkező é1 és é3 érintkezők közötti középállásba kerül és az sze szabályzóellenállás állandóan bekapcsolva marad a gerjesztő áramkörben.
   Ha nagyon nagy a fordulatszám, a fentiek ellenére növekszik a feszültség, ezért az f feszültségtekercs még jobban behúzza az Ff fegyverzetet, az é2 érinti é3-at, ezzel áthidalja a G gerjesztőtekercset a következő úton: D+, D, á, é3, é2, Ff, K1, M, G, D+. Mint é1-en itt is rezegve ismétlődik a mozgás, ami annyira csökkenti a gerjesztőáramot, hogy a beállított feszültség tovább nem emelkedhet. Az é1-é2 nyitásakor és az é2-é3 érintkezők zárásakor beálló feszültség között kb 0,5V különbség lehet.
   Ha a dinamó fordulatszáma csökken, és a feszültség már kisebb az akkumulátorénál, áram indul az akkumulátorból visszafelé a ká tekercsen keresztül a dinamóba. Ilyenkor  megfordul az áramirány a ká tekercsben és lerontja a kf tekercs hatását. Ez elengedi a fegyverzetet, mire a ké1-ké2 kapcsolóérintkezők szétválnak. A visszáram útja: Akk+, B, K2, Kf, ké2, ké1, á, D, D+, D-, T, Akk-. A szabályzóorsó á tekercse túlterhelés ellen védi a dinamót. Ha a megengedettnél nagyobb áramot vesznek ki a dinamóból, az á tekercsen átfolyó áram hozzájárul a szabályzáshoz és lerontja a feszültséget. Ezzel védi a dinamót a túlterhelés okozta leégéstől.

   Van még valami, ami hozzátartozik a szabályzóhoz, és a kapcsolási rajzon nincs feltüntetve. Ez a gyorsítóellenállás. A szabályzóellenállással van egybeépítve a szabályzó hátulján és az f és kf tekercsek és a test közé van beiktatva. Feladata a szabályzófegyverzet rezgésszámának gyorsítása, a kisebb feszültségingadozás elérése érdekében. Mikor é1-é2 érintkezők zárva vannak, a szabályzóellenálláson kicsi a feszültségesés így a tekercs teljes húzóerővel hatnak a fegyverzetre. Mikor az é1-é2 érintkezők nyitnak, a dinamó gerjesztőárama a szabályzóellenálláson fog keresztülfolyni, a feszültségesés megnő, a tekercsek mágnesező hatása pedig gyengül. Ennek következtében a tekercs elengedi a fegyverzetet. ezzel a rezgésszám növekszik.

Szabályzó-és gyorsítóellenállás a feszültségszabályzó talpába építve.

   Úgy tűnik ez a szerkezet tökéletesen ellátja a feszültségszabályzás és töltőáram kapcsolásának feladatát, ám van egy kis bökkenő, ami megbízhatatlanná teszi az egészet. A szabályzóérintkezők nyitásakor hirtelen csökkenni kezd a feszültség a gerjesztőtekercsben. Ez olyan önindukciós feszültséget idéz elő benne, ami közel tízszerese a dinamófeszültségnek. Ez az érintkezők nyitásakor erős szikrázást idéz elő ami beégeti az érintkező felületeket. Ezt a szikrázást a szabályzóellenállás valamennyire csökkenti, de teljesen nem szüntethető meg. Ennek hatására az érintkezés bizonytalan lesz, és az ívképződés hatására az érintkezők fogynak.
   Ezt kiküszöbölendő én egy teljesen elektronikus feszültségszabályzót fogok építeni a motorhoz. Mivel ez még erősen kísérleti fázisban van, erről majd később írok csak.

Na, itt pont a lényeg lett homályos, de azért talán látszik, hogy az érintkezők felülete már jócskán megfogyatkozott.

   Mivel ilyen szabályzót még sohasem állítottam be, csak azokat az információkat tudom átadni a kísérletező kedvűeknek, amiket olvastam róla.
   Az első lépés biztosan a légrések beállítása az elektromágnesek vasmagja és a fegyverzetek, illetve az érintkezők között. Ha szükséges, az érintkező felületeket finom reszelővel vagy csiszolópapírral érdemes megtisztítani.
   Elméletileg a vasmagok és a fegyverzetek közötti légrés 0,9-1,1 mm, az érintkezők között pedig 0,3-0,4 mm. Ez után el kell indítani a motort, feszültségmérőt kötni a dinamóra, a szabályzóorsó rugójának feszítésével pedig be kell állítani a feszültséget. A rugó feszítésével a feszültség növekszik, lazításával pedig csökken. A beszabályzott feszültség 7,4 V kell, hogy legyen. Ha a feszültségingadozás 0,5V-nál lényegesen nagyobb, akkor a légrés túl nagy.
   Az áramkapcsoló egy picit más. Két szempontot kell figyelembe venni:
1: A zárási feszültség nagyobb legyen, mint az akkumulátor nyugalmi feszültsége, különben záráskor nem folyik áram a hálózatba, hanem az akkumulátortól indul áram a dinamó felé.
2: A zárási feszültség legalább 0,5 V-tal kisebb legyen, mint a szabályzási feszültség, különben a kapcsoló nem tud záródni, mert mire elérné a kapcsolási feszültséget a szabályzó lekapcsolja a gerjesztést. A kapcsolási feszültségnek tehát 6,6-6,9 Volt körül kéne lennie.
   Itt is a légrés az első, aztán a rugó feszítésével a bekapcsolási feszültség nő, lazításával csökken.

   Mindenki döntse el maga, mennyire akar belemélyedni ebbe. A helytelenül beállított szabályzó az akkumulátor és/vagy a dinamó tönkremeneteléhez vezethet. Bizonytalanság esetén érdemesebb megkérni olyan embert, aki már csinált ilyet. Minden esetre legyen mindenki nagyon körültekintő. További kérdések felmerülése esetén szívesen segítek, illetve az internetről megszerezhető a könyv, amit a bejegyzés elején említettem: Tömösy M. Jenő - Frank György: Autóvillamosság.

Itt láthatók a hézagok, a rugófeszítést pedig a rugót tartó fülek hajtogatásával lehet változtatni.
Az áramkapcsolóé értelem szerűen a másik orsón, ugyan ezek.

   Ha elkészült az elektronikus szabályzó és megtörtént a tesztelése felrakom az elkészítését teljes dokumentációval.

Felhasznált forrás: Tömösy M. Jenő - Frank György: Autóvillamosság