"Ducati" lataussäädin (+ latausjärjestelmän toimintaperiaate)

[Hajakenttä]

Valo palaa = kun sen hehkulangan eri päissä on eri jännite (ihmeellistä tosiaan, eikös ne johdon päät ole ikään kuin "samassa potentiaalissa" kun miinusta ei ole missään)? Kun hehkulangan toiselle puolelle tulee jännite akun plus navalta ja toiselle lataussäätimeltä: "vian" on  siis johduttava lataussäätimestä

"Samassa potentiaalissa" on juuri se avainasia. Jos lampun päihin tulee erilaiset jännitteet niin ne eivät silloin ole samassa potentiaalissa ja valo hehkuu. Erilaisten potentiaalitasojen välissä on ohminlain mukainen virta, joka on suoraan verrannollinen potentiaalieroon ja kääntäen verrannollinen pisteiden väliseen vastukseen. Se virta saa lamppuun valon, jonka teho on virran ja jännitteen tulo.

"Kun miinusta ei ole missään." Voidaan sanoa, että moottoripyörässä tai autossa ei ole miinusta olemassakaan sähköjärjestelmässään. Akussa kyllä on miinusmerkillä merkitty napa, mutta miinussähköä kun ei näissä tapauksissa ole niin on periaatteessa väärin puhua miinuksesta. Pitäisi puhua nollasta, joka on se nolla volttia, joka puolestaan on se potentiaalitaso, joka on kaikissa niissä paikoissa, jotka ovat akun miinuksella merkittyyn napaan kytkettyjä. Sekin on nolla volttia vain, jos sitä verrataan akun miinuksella merkittyyn napaan, siis mittarin toinen johto on akun miinusnavassa ja toisella johdolla tutkitaan eri kohtia järjestelmästä. Kuulostaa varmaan saivartelulta, mutta kyse on juuri siitä sähköopin perusasiasta, että potentiaalieroista puhuttaessa verrataan kahta haluttua jännitetasoa toisiinsa, ja jännitteestä puhuttaessa verrataan jotain potentiaalitasoa nollatasoon. Ja se nollataso on aina sopimuksenvarainen, siis nollaksi sovittu potentiaalitaso, tässä tapauksessa akun miinusnavan potentiaalitaso.

Monissa järjestelmissä on myös miinuspotentiaaleja. Siis mittarilla nollatasoon verratessa mittari näyttää jotain jännitteen itseisarvoa ja miinusmerkkiä sen edessä. Mutta ei nyt sotketa.

"Vian on siis johduttava lataussäätimestä." Ehkä niin, mutta ei välttämättä. Ehkä kysymyksessä ei ole vika. En tiedä mutta arvaan, että lataussäädin... joka tässä tapauksessa ei ole lataussäädin, koska se ei säädä laturin magnetointia vaan kuorii laturin jännitteestä ylimääräiset pois, ja on siten regulaattori, mutta lienee sama kuinka sitä tässä suomennetaan. (Voitaisiin verrata sukeltajan hengitysilman regulaattoriin, joka pudottaa ilmapullon sikakovan paineen ympäröivän veden paineeseen.) ... siis regulaattori antaa 1000 kierroksen paikkeilla, jossa se latausvikalamppu hehkuttelee hiukan, jonkin rippelijännitteen säätämänsä 14,4 V:n päälle. Se näkyisi oskilloskoopilla. Epäilen tätä siksi, että se ilmiö tulee vain yhdellä kierrosluvulla, vai ymmärsinkö oikein? Tuo kierrosluku sattuu antamaan jonkin resonanssitaajuuden, joka läpäisee sen reguloinnin ja päästää vaihtosähkön jäännöstä, rippeliä, läpi. Tai yksinkertaisesti se antaa ylijännitettä sen verran, että akku ei pysty siihen nousemaan kuormitettuna. Se olisi nähtävissä ihan volttimittarilla vertaamalla nollatasoon akun plusnavan tasoa ja regulaattorin antotasoa mahdollisimman läheltä regun antonapaa. Se merkkilamppuhan juuri tekee niin ilmaisemalla tuon edellä mainittujen eron. Oskilloskooppi on myös volttimittari, mutta näyttää myös sen mahdollisen rippelin. (Linuxin Debian paketeissa on mainio oskilloskooppiohjelma Xoskope, joka käyttää mukavasti läppärin äänikortia tulokanavana.)

Piirtämäsi kuvan perusteella arvaan, että pyörään on tehty starttia varten releohjaus, joka sammuttaa ylimääräisiä kulutuskojeita pois startin ajaksi, jotta sähkö riittäisi käynnistykseen. Se kumma logiikka saattaa johtua siitä. Vai onko se joskus uutena toiminut eri tavalla?

[Camn]

Kiitos taas että tulee selkeää tekstiä. Sähkömaallikko kokee ahaa elämyksiä. Jos kyseessä olisi vaihtovirta (AC), mitä mahtaa sitten tapahtua jos polttimon napojen välinen jännite on hieman eri eikä 0V ole läsnä ?

Oikeita termejä kannattaa aina käyttää, asiat sekaantuvat joka tapauksessa. Monesti olen koettanut mitata jotain niin, että mittarin toinen johdin ei ole ollut mitattavaan kohteeseen nähden "oikeassa" nollatasossa. Ei näytä mitään tai näyttää ihan kummia. Eikö latausvalon vilkuttelu ole sitä kautta ymmärrettävää tyhjäkäyntikierroksilla kun laturin kierrokset (kampiakselin kierrosluku) ovat niin alhaiset? Kun akku on uudehko ja merkkiä Odyssey, sen jännite on korkea => latausvikavalon jännite-ero on suurempi pienellä kierrosluvulla (toisaalta laturin pitäisi tehdä AC voltteja 15 jo 1000rpm). Aikaisemmin en muista latauksen merkkivalon koskaan hehkutelleen tyhjäkäynnillä. Valo hehkuu vain ja ainoastaan tällä pienellä tyhjäkäyntikierrosluvulla, kun kierrokset nousevat, valo sammuu. Eikä se hehku ihan aina pienillä kierroksilla, eikä pala ollenkaan yleensä kun virrat kääntää ensimmäisen kerran päälle...

Kyllä, V11 mallissa on releohjaus niin, että se kärki joka antaa ohjausvirran startille, on vaihtokärki, joka liikkuessaan pudottaa puolestaan ohjausvirran pois valoreleen kelalta (jonka toinen pää on nollassa). Aina sen ajan kun startti pyörii, valot ovat pimeänä (lyhyet/pitkät, jarruvalot, äänimerkki ja kierroslukumittarin näyttö nollalla). Vain starttirele on alun perin vaihtokärjellä varustettu, kaikki muut yhdellä sulkeutuvalla kontaktilla. Piirroskuvassani näkyy vain tuo valoreleen sulkeutuva kärki, joka siis sulkeutuu kun virrat käännetään päälle ja avautuu siksi aikaa kun starttipainiketta painetaan. Latausvikavalon toisella puolella on ensin jännite akun plus navalta (kun virrat käännetään päälle), sitten se katkeaa (kun painetaan starttipainiketta) ja sitten se tulee takaisin (kun moottori käynnistyy ja starttipainike vapautetaan).

Kokeiluja:
Vaihdoin releet uusiin (tärinä yms. on tehnyt tuhojaan kontaktipinnoille -Wehrle 29200075-, nämä on otettu käyttöön syksyllä 2011, toisessa "jalka" 5, eli se johon "no" kärki kytkee sähköä on selvästi tärissyt ja kipinöinyt, kuvan vasen "injection", oikea "ecu" eli nämä ovat aina vetäneenä ajossa). Lisäsin toisen nollajohdon (ei ollut tarpeita 1,5 mm2 paksumpaan) regulaattorin toiseen kiinnitysruuviin moottorin rungosta (sen täytyy olla "supernolla", koska moottoriin tulee akun miinuksesta se paksu johto). Regulaattorin toiseen kiinnitysruuviin tulee normaali johtosarjassa kulkeva nollajohto (2,5 mm2). Kun siinä aina vällillä kokeilin virtaa päälle/pois, latauksen puuttumisen merkkivalo tuli aina napakasti. Syttyi tosin n.0,5 sek myöhemmin kun muut, eli öljynpaineen- ja vapaan merkkivalo. Kun öljynpainevalo saa jännitteen samasta virtapiiristä kun latausvikavalo, tuon viiveen täytyy johtua regulaattorista, sieltähän se toinen johto lampulle tulee?

GuzziDiag OBD –työkalu PC:llä auki, johdot kiinni, virta päälle (ei startattu) = latauksen puutteen merkkivalo ei pala (vaikka pitäisi). GuzziDiag näyttää ecun kertomaksi jännitteeksi 12,56 V (akun navoilta mittaamani jännite oli 12,9V), ei aktiivista vikaa, vikamuistissa polttoainepumppu (ehkä siksi kun irrottelin kaikkia releitä virrat päällä kokeeksi). Vikamuistin nollaus. Virta pois/päälle, ei latausvikavaloa. Virta päällä starttirele irti/paikalleen, latausvikavalo syttyi kun starttireleen painoi paikalleen. Sama ilmiö kun startatessa (merkkivalon toiselta puolelta katoaa jännite siksi aikaa kun startti käy). Jännite edelleen 12,56V. Starttaus, käsikaasulla 1300 rpm, GuzziDiag näyttää 14V ilman valoja, valot päällä 13,56V. Tyhjäkäynnillä 1050 rpm ilman valoja 13,7V, latauksen puutteen merkkivalo hehkuu hieman ja kohta sammuu, vaikka jännite pysyy samoissa lukemissa ja moottori tyhjäkäynnillä. Hehkuu taas hieman kun käyttää kierroksia korkeammalla ja antaa laskea takaisin tyhjäkäynnille.

Huolto-oppaan mukaan regulaattorin pitäisi ylläpitää jännite 14-14,6V ja latauksen puutteen merkkivalon pitää palaa aina kun virrat ovat päällä ja moottori seis ja sammua n.700 rpm alkaen. DC ampeereita pitäisi tulla 1000rpm/9,5A, 1200rpm/13,0A, 3000rpm/23,5A.

Johtunee siis regulaattorista. Kun kerran lataa, antaa olla. Enempää en ymmärrä tehdä. Tai sitten vaihtaa regulaattorin ja kokeilee...

[Hajakenttä]

Arvailuksi menee...

Saattaa tosiaan olla niin, että laturi ei kertakaikkiaan anna vielä tyhjäkäynnillä niin suurta vaihtojännitettä, että se tasasuunnattuna ja reguloituna (regun oma häviö on parin voltin luokkaa) ylittäisi akkuun varattua tasoa muuten kuin vaihtojännitteen huippuarvojen kohdalla. Siitä syntyy sykkivää tasasähköä, joka siis käy jaksojen välissä alhaalla (näkyisi oskilloskoopilla) ja hehkulanka hehkuu hiukan nopeaan tahtiin niiden jaksojen aikana. Se näyttää hehkuvan tasaisesti koska ei ehdi jäähtyä normaalien kohtien aikana. Jos sitä ei aikaisemmin ole esiintynyt se voi johtua akkujen ominaisuuksien eroista (akku nostaa jännitteensä jo pienellä latauksella 14,4 V:n tienoille), tai generaattorin kestomagneetin magneettivuon heikkenemisestä (antojännitteen pieneneminen), joka on kaikilla magneeteilla väistämätöntä ja kuumuus vielä nopeuttaa sitä vanhenemista. Ehkä ei kannata siitä huolestua?

Merkkivalon outo käytös on teoriapohjalta, laitetta tutkimatta, mystiikaksi jäävä. Jos tuntisimme regun sisärakenteen, jota ei kai mistään saada selville, olisi mahdollista katsoa: onko siellä jokin varautuva kondensaattori, joka nostaa merkkilampun hehkulangan kautta varautuessaan jännitteensä tietysti juuri siihen samaan potentiaaliin, joka akulta tulee silloin kun ei vielä ole mitään generaattoria pelissä. Jotenkin sitten kun starttia käytetään, tai edes startin ohjausreleen käämiä, se kondensaattori purkautuu, eikä jonkin kytkentämuutoksen takia enää lataudu akun jännitteeseen ja hehkulanka siis hehkuu pontevasti saadessaan nollaa lähellä olevan potentiaalin toiseen päähän. Mikä tuo outo kytkentämuutos starttipiirissä on jäänee mystiikaksi. Tosin... epäilen noin pienessä laitekotelossa olevan kummoistakaan kondensaattoria.

Vähän lisää sähköoppia...
Jos olisi kysymyksessä vaihtosähkö, olisivat sähköopin säännöt hiukan vaikeammat, mutta kun vaihtosähkön taajuus on vielä kohtuullisen matala ei sääntöjen erot ole merkittävästi erilaisia. Siis potentiaalieroja voidaan käsittää olevan samalla tavalla kuin tasasähkölläkin. Jokin jännitetaso sovitaan nollatasoksi ja vaihtojännite vaihtelee sen molemmin puolin oman aaltomuotonsa mukaisesti. Millä tahansa hetkellä on vaikkapa sen hehkulampun molemmissa päissä jännitteen hetkellisarvo. Jos se on toisessa päässä erilainen kuin toisessa on hehkulangan päiden välillä potentiaaliero ja virta syntyy ja lamppu hehkuttaa. Näin siitä huolimatta, vaikka hehkulangan kumpikaan pää ei olisi nollatasossa. Riittää kun on kaksi eri tasoa ja niiden välissä ohminen yhteys. Sanon ohminen siksi, että vaihtosähköllä se yhteys ei aina ole resistiivinen, vaan se voi olla myös induktiivinen reaktanssi tai kapasitiivinen reaktanssi. Impedanssi on näiden kolmen vektorisumma. Niiden kaikkien neljän mittayksikkö on ohmi. Sääntöjen (ohmin lain) eroavuus tasa- ja vaihtosähköllä tulee siitä kun mukaan tulee virran, jännitteen ja vastuksen lisäksi aikatekijä.

[VAHVA]

Tuo merkkivalojupakka on mielenkiintoinen ja minulle uusi. Tuntuu ihmeelliseltä, että hehkulampun molemmilla puolilla on "jännite" ja silti  lanka hehkuu... Missään ei näy sitä akun miinusta, joka lampun toiselle puolelle kytkettäisiin. Jotain hämärää säätimessä omalla kohdalla on, kun latausvalo ei yleensä pala kun virrat kääntää ensimmäisen kerran päälle. Mutta kun kerrankin on yrittänyt käynnistää, se palaa räväkästi (virrat päällä, kone seis). Tyhjäkäynnillä (n. 1000 rpm) valo pyrkii välillä lievästi hehkumaan. Olen lukenut tästä ilmiöstä (ei pala kun virrat kääntää eka kerran päälle) muidenkin kohdalla. On siis oltava säätimestä johtuva asia? Säätimen rukoon tulevan maajohdon olen puhdistanut. Monet vetävät siihen vielä toisen lisämaajohdon rungosta, se on vielä tekemättä.

) –releisiin (nyt Wehrlet). Boscheissa liittimetkin ovat jotain eri metallia (jalompaa?), kellertävämpiä. Kalliita tosin ovat mutta ei sentään mitään Carc -mallien starttireleiden hintaisia...

Juuri noin käyttäytyi toisessa keskustelussa kaipaamani jännitteensäädin joka sitten antautuikin (tai oli jo antautunut).

Eilen uusi jännittensäädin paikalleen ja nyt latausvalo syttyy kirkkaanpunaisena heti kun kääntää virrat päälle.

[markkup]

Moro,

täytyypä nostaa taas vanhaa asiaa tapetille, kun ei tuntunut sopivaa tietoa vielä löytyvän. Mutta ensiksi ehkä pieni esittely, koska tämä on ensimmäinen viestini foorumiin: olen keski-iän puolelle kallistunut miespuolinen henkilö Etelä-Suomesta. Erilaisilla pyörillä on tullut ajettua n. 35 vuotta, mutta kilometrisaldo on kyllä aika vaatimaton. Nykyinen pyöräni on '94-mallinen Guzzi Strada 1000, joka on minulla ollut 10 vuotta.

Ajoneuvotekniikka yleensä on melko tuttua, mutta sähköpuoli on heikko kohtani, ja tämä lataussäädin on kyllä täysi mysteeri. Nyt kävi niin, että vajaan viikon reissun jälkeen pyörä jäi pariksi viikoksi lepäämään, ja kun sitten piti lähteä liikenteeseen, akku oli aivan tyhjä, merkkivalot paloivat vain himmeästi ja solenoidi vain napsahteli. Akku oli vain pari vuotta vanha Yuasa, mutta perinteistä korkillista mallia, ja asiaa tutkiessani totesin kennojen olevan enemmän tai vähemmän kuivia. Siitä akusta ei enää tullut kalua, mutta ostettuani uuden halusin varmistaa, että säädin toimii niin kuin pitääkin. Jo pidempään lataus on hiukan oireillut, latausvalo on usein jäänyt palamaan käynnistyksen jälkeen, sammuen usein vasta muutaman sadan metrin ajon jälkeen. Tämän perusteella epäilin, että lataus saattaa olla vähän heikkoa. Ilmeni kuitenkin, että säädin toimi ihan hyvin niin kauan kuin valot olivat pois päältä (max. jannite n. 14.1 V), mutta kun laitoin ajovalot päälle, max. jännite hyppäsi jo alle 3000 kierroksella reiluun 15 V:iin, tosin tämän korkeammalle se ei noussut isommillakaan kierroksilla. Myös jarruvalon polttaminen nosti max. jännitettä, mutta vain n. 0,7 V. Osaako joku antaa vinkkiä, mitä voisi tutkia, ennen kuin ostan uuden säätimen, vai onko säätimen vaihto helpoin tapa yrittää ratkaista ongelma? Aiemmin joku totesi, että säädin haistelee akun jännitettä valokytkimen takaa, mutta en asiaa kyllä kaaviota tutkimalla saanut selville, mahtaako se koskea vain uudempia pyöriä? Usein mainittua maadotusta olen jo yrittänyt vähän tutkia, mutta pitää huomenna katsoa vielä vähän perusteellisemmin. Onko muuten 15 volttia niin korkea jännite, että se kuivattaa akun? Uusi akku on täysin suljettua tyyppiä, miten sellainen suhtautuu ylijännitteeseen? Mistä uutta säädintä kannattaisi lähteä katselemaan?

Markku

[Camn]

Yhteenvetoa edellisistä Hajakentän teksteistä (itse kokoamani – Hajakenttä ei ole tästä missään vastuussa  : Josko tähänkin saisi asiantuntijoilta kommentteja...

Monissa vanhemmissa Guzzeissa on kestomagneettilaturi (roottorilla ei ole käämiä eikä harjahiiliä). Säätöön käytetään suurivirtaista säätäjää (regulaattori). Laturi tekee sähköenergiaa aina täysillä pyörimisnopeudestaan riippuen, säätö tehdään muuttamalla lämmöksi kaikki ylimääräinen sähköenergia mitä ei käytetä. Jännitteensäädin päästää vain sallitun jännitteen järjestelmään, ylimääräinen jännitteen osa muuttuu lämmöksi regulaattorissa. Guzzin laturi on mitoitettu todennäköisesti niin, että kyseisen mallin nimellisellä sähkökuormalla (ajovalot päällä jne.) laturi tuottaa pikkuista vaille täyden virran.

Kun olen lukenut asiasta (kuumenevat lataussäätimet, sulavat liittimet laturilta säätimelle tulevissa johdoissa, liian alhainen latausjännite) törmäsin sivuille, jolla kaveri mainostaa (kolmivaiheisia, Guzziin sopimattomia) valmiitta ”plug and play” –settejä sillä ajatuksella että myös vanhempiin moottoripyöriin on saatavilla uudemmilla komponenteilla tehtyjä säätimiä (http://roadstercycle.com/). Kun tilanne on se että laturi tekee aina täysillä töitä ja ylimääräinen sähköenergia muutetaan lämmöksi – tämä tuntuu tietysti tuhlaukselta. Moottoritehoa häviää hiukan ja lataussäädin käy kuumana (asiaa miettivästä kuskista puhumattakaan). Jos valot voi kytkeä pois päältä (ja näin tekee epähuomiossa), lataussäädin kuumenee lisää. Tai jos polttimoita vaihtaa led –tyyppisiin, sähköenergian kulutus vähenee ja lataussäädin taas kuumenee lisää…

Ymmärrän niin että tuo ”Ducati” -lataussäädin sisältää vanhentunutta tekniikkaa (liittimet ja itse säädin kuumenevat herkästi).  Mutta niitä saa edelleen alkuperäisvaraosana, vaihto käy helposti ja latauksen merkkivalo toimii edelleen. Sitten on uudempaa säätäjätekniikkaa, jossa käytetään ”mosfet” (?) –transistoreita. Näissä tunnetuimpia on ”Shindengen”, joka valmistaa eri moottoripyörämerkeille räätälöityjä malleja (https://www.shindengen.co.jp/product_e/electro/catalog.html)

Jossain 2003 kohdilla näyttäisi säädin vaihtuneen mallista ”Ducati” malliin ”Shindengen” (esim. Cali, V11).  Jälkimmäisen tapauksessa ei ole latauksen merkkivaloa enää. Säätimeltä lähtee ainoastaan kaksi johtoparia, toinen 30A sulakkeen kautta akun plussaan ja toinen johtopari akun miinukseen (Cali EV 2003 sähkökuva), eikä tietoa ”virta päällä” tule enää erikseen säätimelle.

Paljon käytetty Shindenen FH020 on ”FET shunt style regulator”. Tuon “shunttauksen” olen ymmärtänyt tarkoittavan sitä että ylimääräinen laturin energia muutetaan lämmöksi?  Laturi tekee aina täysillä töitä.  SH775 on puolestaan “series style regulator” ja tämän olen ymmärtänyt osaavan toimia niin, että laturi tekee sähköenergiaa vaan sen verran, mitä tarvitaan? Moottorin tehoa ei kulu hukkaan. Mutta tämän säädintyypin kerrotaan käyvän erityisen kuumana, pitäisi aina asentaa eteen, ilmavirtaan.

Guzziin pitäisi sopia siis "single phase" -versio tästä "FET shunt style" säätimestä (ymmärtääkseni juuri tuo "Shindengen" -alkuperäisosa). Mahtaako single phase "series style" säädin toimia Guzzissa? Laturi tekisi töitä vaan sen verran kun tarvitaan... Kisapyörissä kuuluvat käyttävän tämän tyyppisiä säätimiä että kaikki teho menee takapyörään eikä lämmöksi.

[Hajakenttä]

Sarjasäätäjiä on kahta perustyyppiä:

Shuntti tyyppi "jarruttaa" aktiivisella resistanssilla (Transistorilla, joka voi olla epitaksiaalinen tavallinen, tai kenttävaikutustransistori Fiel Effect Transistor, tai sen erikoistyyppi Metal Oksid Silicon Field Effect Transistor.) laturin virtaa siten, että kuormitukseen syntyy aina sama 14,4V:n jännitehäviö riippumatta kuormituksen muutoksista.

Hakkuri (Chopper) tyyppi tekee saman pitämällä "jarrua" vain kahdessa asennossa, lukossa tai täysin auki, eli katkoo täysin poikki ja täysin johtavana nopeaan tahtiin. Se tehdään useimmiten ja helpoimmin MOSFET:lla. Lopputuloksen sykkivä tasavirta tasoitetaan vielä sileäksi induktiivisella kuristinkäämillä.

Molemmissa tapauksissa on siis sama pyrkimys ja niitä voidaan pitää samana asiana, sarjaregulaattorina. Sarja- siksi, että ne ovat kytkketty sarjaan generaattorin ja kuorman kanssa. (Tai tarkemmin, niiden päävirtatie on sarjassa. Onhan niissä tietysti myös rinnankytkettyjä osia kun tarvitsevat nollareferenssin.)

Tehdäänpä pieni teoreettinen harjoitustyö.

Otetaan joku pyörivä laite, vaikka italialainen maamoottori, jonka edesottamuksiin emme nyt lainkaan puutu. Sen akseliin liitetään DUT (Devise Under Test) joka koostuu kestomagneettigeneraattorista, tasasuuntaajasta, sarjaregulaattorista, kuormitusvastuksesta ja joukosta mittareita. DUT ei ole sähköisesti kytketty lainkaan voimakoneeseen. Asetelma on oheisessa lyijykynäpiirroksessa. Siinä on numeroituja mittapisteitä ja niihin kytkettyjä mittareita.

Annetaan voimakoneelle kunnolla kierroksia vaikkapa 6000 rpm. Kuormitusvastus RL on hyvin suuri, mutta pienempi kuin ääretön. Ei siis ole lainkaan mitään akkua, valoja, eikä muutakaan kuluttavaa laitetta. Luetaan volttimittaria pisteistä 1 ja 2 ja todetaan n. 80V vaihtosähköä. Luetaan volttimittarista pisteistä 6 ja 7 jännite, joka on 14,4V tasajännitettä. Luetaan ampeerimittareita pisteistä 1 ja 3, sekä 3 ja 4, sekä 5 ja 6. Huomataan niiden näyttävän hyvin pientä virtaa, lähes nollaa ampeeria. Pienennetään mitta-alueita ampeerimittareista ja huomataan, että pisteissä 3 ja 4 kulkee virta, joka on n. 5 mA suurmpi kuin mittarissa 5 ja 6 näkyvä virta. Näin olemme selvittäneet DUT:n tyhjäkäyntivirran. Luetaan volttimittaria pisteistä 3ja 6 ja huomataan siinä näkyvän jännitteen: 98,7V (joka on, tasasuuntauksesta johtuen, neliöjuuri 2 kertaa 80V miinus 14,4V). Se on se ylimääräinen jännite, jonka regulaattori kuristaa pois. Kerrotaan poistettu jännite tyhjäkäyntivirralla, saadaan 0,49 W. Näin olemme selvittäneet DUT:n tyhjäkäyntitehon tällä kierrosluvulla. Tämän tehon, puoli wattia generaattori joutuu tekemään voimakoneen akseliteholla. Häviöistä emme nyt piittaa.

Generaattori ei siis tässä tapauksessa toimi täysillä. Se tekee vain jännitteen, mutta ei virtaa, paitsi regulaattorin omakulutuksen. Teho on aina jännitteen ja virran tulo.

Seuraavaksi kytkemme kuormitukseen RL jotakin virtaa kuluttavaa, vaikka hehkulampun. Annamme maamoottorin ulvoa edelleen samalla kierrosluvulla. Pisteissä 1 ja 2 on edelleen 80V. Lähdössä kuormituksen yli mitatussa mittarissa 6 ja 7 on edelleen 14,4V. Regulaattorin poistama jännite 3 ja 6 on edelleen 98,7V. Mutta virtamittarissa 5 ja 6 näkyy nyt kuormituksen virta, oletamme sen olevan 1A. Virtamittarissa 3 ja 4 näkyy kuormituksen virta plus omakulutus 1,005A. Tämän joutuu tekemään myös generaattori, se näkyy virtamittarissa 1 ja 3 välillä. Regulaattorin häviöteho, jonka se joutuu nyt muuttamaan lämmöksi on 98,7V x 1,005A = 99,2W. Kuormitukseen menevä teho on 14,4V x 1A = 14,4W. Generaattori tekee nämä molemmat, siis 113,6W. Ja mekaanisilla häviöillä lisättynä tämän tekee myös voimakone.

Generaattori, nimellisteholtaan esim. 350W, ei tässäkään tapauksessa toimi täysillä, mutta valtaosa sähkötehoa menee harakoille. Teho, sekä hyöty- että häviö-, riippuu siis virrasta ja jännitteestä.

Kun lisäämme kuormitusvirtaa muuten samoissa olosuhteissa vaikkapa 10A:iin, saamme teoreettiset tehot n. 1kW (kilowatti) häviötehoa ja n. 150W hyötytehoa. Näin ei tietenkään voi olla, joten generaattorin antojännite laskee sen rautasydämen kyllästyessä magneettikentästä. Vain käytännön kokeella voisimme mitata paljonko generaattori nyt antaisi, mutta 350W maksimiteho riittäisi teoriassa antamaan 350W/10A = 35V. Tällöin regulaattorin yli jäävä (Drop Out) jännite olisi enää neliöjuuri 2 x 35V - 14,4V = 35,1V ja 10A virralla sille tulisi lämpöhäviötä reilu 350W. Kuormitus silti saisi edelleen hyvän sähkön, jännite ei laskisi (sakkaisi).

Nyt generaattori olisi täysillä.

Jos säälimme maamoottoria ja pienennämme sen kierroksia, vaikkapa siihen suositukseen 1100 rpm joutokäyntiin. Muut olosuhteet pidämme entisellään. Nyt näemme volttimittarista 1 ja 2 generaattorin jännitteen pudonneen 16V:iin. Tasasuunnattuna se on 22,6V. Koska regulattorin tyypillinen minimi dropout on n. 3V, saamme edelleen kuormitukseen 10A ja 14,4V, (mutta paljoa ei ole varaa laskea kierroksia, kunnes alkujännite generaattorin navoissa laskee niin paljon, että 3V siitä poistettua ei jäljelle jää enää täyttä 14,4V:n nimellistä järjestelmän jännitettä ja akku alkaa syöttää ja purkautua). Nyt kuitenkin regulaattori lämpenee vähemmän koska sille jää 22,6V - 14,4V = 8,2V ja 10A:n virralla sitä tulee reilu 80W. Generaattori tekisi 10A x 16V = 160W.

Generattori olisi puolella nimellisestä maksimitehostaan, mutta lähes maksimiteholla tällä akselitehollansa, siis omallansa, ei maamoottorin.

Harjoitusta voi jatkaa eri arvoilla, tai vaikka tehdä siitä matlabin.  Ehkä tämä hiukan selventää sitä kupletin juonta.

[Pekka]

Tästä pitäisi nyt jonkun bittinikkarin tehdä vikasimulaattori.
Tietsikan ruudulla voisi sitten jokainen testata, miten erilaiset häiriöt vaikuttavat toimintaan.
Varmaan joku jo tehnyt jossain?

[motomatti]

Itsellä, tai siis taloudessa, oli taannoin kolme Ducati Energia-merkkisillä lataussäätimillä varustettua pyörää. Kaikki eri merkkisiä ja kaikissa erimerkkinen laturi ja akku. Toimintaperiaate yhteinen: vaihtovirtaa tasajännitteeksi.
Kaikki säätimet jossain vaiheessa poksahtivat. Yksi oikein voimallisesti ja käyttösavut tulivat ulos.
Yhteistä pyörissä oli että säädin oli satulan alla tai sen läheisyydessä sivukatteen alla. Uudet säätimet sijoitin uusiksi. Joko pyörän rungon etuosaan tai jopa ajovalon alle hyvään ajoviimaan. Maadoitukset kuntoon erityisesti viimeksimainitussa. Sen jälkeen pyöriin on tullut, ensin itsellä ja sen jälkeen muillakin, paljon kilometrejä ja ikävuosia. Ei ole säätimet renanneet. Yksi toinen syy voi olla että poistin turhia liittimiä matkalta mutta pääansiona kestävyyteen pidän hyvää jäähdytytystä. Johtimia piti laittaa metritolkulla lisää mutta nehän ovat edullisia.

[TunturiTT]

Tuo jäähdytyksen ja maadoituksen lisääminen on tuttu juttu monesta japanilaisesta. Se siili jostain syystä pakataan monesti piiloon, ilmankierron saavuttamattomiin. Olisko ulkonäköjuttu.

[Camn]

Kiitokset kattavasta selvityksestä. Tällaisessa rautalangasta vääntämisessä on se etu, että nekin jotka eivät ole opiskelleet sähkötekniikkaa, voivat seurata ”maalaisjärjellä” kuvaa (oli kyllä tulostettava tuohon viereen) ja selostusta. Sen mukaan kun sitä maalaisjärkeä on suotu. Omalla kohdalla ei niin paljoa kuin itse toivoisi...  On kerrassaan mukavampaa kun on edes aavistus siitä, ”miksi” jotain tapahtuu.  Ei tarvitse vaan pelkästään uskoa, että aha, että tuossa kohdassa on aina 98,7V.

Ymmärsinkö oikein että kun esimerkin järjestelmässä ei ole kuormaa, on regulaattorin lämmöksi muuttama teho on hyvin pieni 0,49W. Generaattoria pyörittävä maamoottori ei ”hukkaa tehoa” vaan sitä voidaan käyttää vaikka moottoripyörän takapyörän pyörittämiseen. Mutta kun tulee pienikin kuorma (1A), regulaattori joutuukin muuttamaan lämmöksi jo 113,6W, vaikka oikeasti pitäisi tehdä tehoa vain 14,4W jotta se 1A lamppu palaa täysillä.  Ja tämä kaikki on pois takapyörältä. Merkillistä että 1A kuormitus saa 113,6W-0,49W = 113,11 W tehonhukan aikaiseksi?

Kaikki paitsi yksi regulaattorivalmistaja näyttäiaivät tarjoavan saman tyyppisiä laitteita. Järjestelmä, johtimet ja liittimet kuormittuvat siis aina täysillä? Ainoastaan itse regulaattorin mainostetaan lämpiävän eri tavoin sen mukaan, miten nykyaikaisia komponentteja niissä on käytetty. Kauppanimiä käyttääkseni ymmärrän tuon niin että 50 vuotta sitten suunniteltu ”Ducati” lämpiää enemmän kuin tuoreempi ”Shindengen” ja niistäkin uusimmat tyypit ("mosfet") lämpiävät vähiten. Mutta johtimien kuormitus ei vähene paitsi sikäli että jos regulaattorilta lähtee vain kaksi johtoa, yksi kumpaankin akun napaan - häviöt ja vikapaikat vähenevät.

Tämä on sitten se poikkeus jonka pitäisi osata toimia niin, että generaattorin kuormitus vaihtelee: http://cycleelectricinc.com/RECTIFIER.html
"
Regulators for use with permanent magnet alternators, a more efficient approach. To control voltage on alternators other rectifier regulators dump current to ground. This causes maximum stator current and temperature at all times. Cycle Electric rectifying regulators block current to control voltage. This reduces stator current resulting in lower temperature and less drag on the motor which means more efficient operation.
"
Onko niissä Guzzeissa joissa on hihnakäyttöinen laturi erikseen ("hiiliharjat"?) ihan eri tyypin laitteet käytössä? Vaan suht hyvinhän nämä tuntuvat Guzzin latauspuolen komponentit toimivan, lähinnä iän mukanaan tuomat ylimenovastukset aiheuttavat ongelmia ja vaikuttaa että mitä pienemmät tehot generaattorissa, sen luotettavammin kaikki toimii (Aprilian puolella tuntuu staattoreita käryävän yleisemmin).

[TimoEv]

Tuosta runkomaasta...Sähköjohdot pyörässä, eikä autoissa, mene samalla tavalla suoraan kytkentäpisteestä toiseen. Se johtonippu on koottu jigissä siten, kuin se on helpoin ja halvin. Johto saattaa kiertää erikoisesti siinä nipussa. Siksi saattaa olla niin, että ajan patinoimana toisessa kohdassa pyörää on "runkomaa" ihan tiukasti yhteydessä akun -napaan ja 10cm päässä onkin "kulman takana" pahoin hapettunu / hapertunut / löysä liitospiste.
Tämän vuoksi on vaikkapa ECUssa ( ja lukemattomissa muissa ohjaus/säätövehkeissä ) rakennettu ikään kuin erillinen signaalimaa, jotta ihan varmasti on joka signaalilla oikea vertailutaso. Se on kyllä kiinni myös rungossa. Siltikin tämä signaalimaa saattaa olla MYÖS jostain kohdasta löysä tms.
Yleensä tilanne, jossa jokin ei toimi lainkaan, on helpohko remontoida. Vaan sellainen pätkii joskus / tekee ihan omiaan joskus -tilanne on vaikea. Se viittaa juuri sellaiseen pätkivään kontaktiin, joka ei tietenkään ole "päällä" verstaalla.
Autoissa erittäin yleinen maadoitusvika on sellainen, jossa jokin takalamppu himmenee jarruvalon palaessa tai vilkun tahtiin.

Joskus etsin pitkään vikaa tutkasta, joka pätkii kovassa vastatuulessa; Veneen sulaketaulun sulakepesän pohjaruuvi oli löysä.  Vaan ei löytynyt mitenkään mittaamalla laiturin kyljessä. Piti purkaa "puoli paattia"...

Tällä kaikella haluan tuoda esiin sen, että aina vika ei ole kallis ja monimutkainen, eikä vaadi uusia osia ulkomailta. Mutta...voi olla todella työläs löytää. Sen vuoksi saattaa olla hyvä tapa tarkistella johtojakin talvihuollossa ( jos tekee itse ) tai keväällä / pesun jälkeen. Eikä akunnapojenkaan huolto kerran pari kesässä ole lainkaan huono tapa.

[motomatti]

Tänään juuri tuskailin kun ei vilkut ja äänimerkki toimi "uudessa pyörässä". Takavilkut (ledit) paloivat pötköön ja edessä hehkulangat ei lainkaan. Tästä päättelin että maadoitusta haetaan. Löytyihän se hapettunut liitos kun aikansa kaivoi. Siinä samalla tuli tarkistettua ne liittimet jotka olivat kunnossa.
http://www.motomatti.fi/2015/05/uudelleen-nimetty-valmistuttuaan.html

[Hajakenttä]

nekin jotka eivät ole opiskelleet sähkötekniikkaa, voivat seurata ”maalaisjärjellä” kuvaa

Sähkötekniikan lyhyeksi oppimääräksi on usein osoittautunut riittäväksi pari pääasiaa:

Parhaiten muistettu on se tosiasia, että yksi amppeeri aiheuttaa yhden ohmin vastuksessa yhden voltin jännitehäviön. Siinä ei ole väliä sillä mitä ainetta vastus on. Se voi olla vaikka johdin, tai hapettuma liittimessä, tai aktiivinen vastus – transistori. Sanovat sitä ohmin laiksi.

Vähemmän tunnettu, mutta äärimmäisen tärkeä ja käyttökelpoinen ja sitäpaitsi hyvin ymmärrettävä on se tosiasia, että (1.) sähkövirran kiertäessä suljettua lenkkiä (se ei muuten kulje kuin suljettua lenkkiä) peräkkäisistä kulkutiensä osista, johtimista, akusta, kytkimistä, sensoreista, se virta on jokaisessa pisteessä aina pakosti saman suuruinen; yhtä monta amppeeria mitattinpa sitä mistä välistä tahansa. Jos (2.) kulkutie jostain kohdasta haarautuu moneen kulkuhaaraan, siihen pisteeseen tulevien virtojen summa on yhtä suuri kuin siitä lähtevien virtojen summa. Oppilaiden kielellä: piste ei pullistu. Nämä kaksi (1.) ja (2.) sinänsä yksinkertaista tosiasiaa kun oivaltaa, pääsee jo huimasti eteenpäin. Niiden nimi on Kirkhofin virtalait.

Erittäin käyttökelpoinen pienen volttimittarin käyttäjälle on se tieto, että (1.) peräkkäin (sarjaan) kytketyille virtapiirin osille lankeaa jokaiselle jonkinlainen jännite(häviö), joiden summa on yhtäsuuri kuin syöttävä lähdejännite (akku). Tässäkään ei ole väliä, mitä materiaalia jännitehäviön tekijä on: hehkulanka, kytkinpinta, johdin, hapettuma liittimessä, sulake. Samoin (2.) jos useampi jänitehäviön aiheuttaja on rinnan kytketty, haaroitettu kahteen tai useampaan haaraan, niiden (minkä tahansa haaran) ylitse mitattuna näkyy mittarilla sama jännite. Näiden luonnonlakien (1.) ja (2.) nimi on Kirkhofin jännitelait.

Kun vielä muistaa, että watti on voltti kertaa amppeeri, ja ilman virtaa ei synny yhtään wattia, vaikka olisi kuinka monta volttia, ja jokainen kulutettu watti on myös jotenkin tehtävä, tarvitaankin lisäksi enää vain rauhallista harkintaa ja sitä maalaisjärkeä, tai kaupunkilaisjärkeä, molemmat käy.

Ymmärsinkö oikein että kun esimerkin järjestelmässä ei ole kuormaa, on regulaattorin lämmöksi muuttama teho on hyvin pieni 0,49W. Generaattoria pyörittävä maamoottori ei ”hukkaa tehoa”

Oikein ymmärretty, vaikkakin tuo järjestelmän tyhjäkäyntikuorma oli hatusta nostettu, mutta periaate menee noin.

kun tulee pienikin kuorma (1A), regulaattori joutuukin muuttamaan lämmöksi jo 113,6W, vaikka oikeasti pitäisi tehdä tehoa vain 14,4W

Näin on asia. Tämä on kestomagneettigeneraattorin huono puoli. Hyvä puoli on hiiliharjattomuus. Generaattori voidaan rakentaa monella tavalla. Jos se mitoitetaan rautojen poikkipinnoilla siten, että se antaa 350W maksimitehoa ja siinä kohdassa rauta kyllästyy magneettivuosta, eikä anna enää virran kasvaa, se kyllästymisen ominaiskäyrän nurkkapiste on kuin viivottimella piirretty kulma. Rautamateriaalia voidaan valita myös siten, että kyllästyminen tapahtuu enemmän tai vähemmän pyöristetyllä ominaiskäyrällä.

Merkillistä että 1A kuormitus saa 113,6W-0,49W = 113,11 W tehonhukan aikaiseksi?

Oikeastaan 113,6W+0,49W+14,4W=128,49W ja tämä on häviöteho, jonka järjestelmä eri osissaan kehittää, ja jolla se lämpenee, mutta vain teoriassa näillä toiminta-arvoilla. Voi olla, että generaattorin antojännite ei ole enää 80V 1A:n kuormalla. Merkillinen ominaisuus johtuu juuri kestomagneettigeneraattorin toimintaperiaatteesta. Sitä ei voi säätää. Se ikäänkuin antaa ylijännitettä, josta on päästävä eroon. Kun ylijännite myös saa saman (sarjaankytketyn virtapiirin osan) virran, se tekee myös virran ja jännitteen tulon suuruisen tehon.

Onko niissä Guzzeissa joissa on hihnakäyttöinen laturi erikseen ("hiiliharjat"?) ihan eri tyypin laitteet käytössä?

Kyllä. Kun roottori ei ole kestomagneetti, vaan käämillinen sähkömagneetti, riittää kun roottorin magneettivuota säädetään. Tällöin saadaan täsmälleen oikea jännite stattorikäämiltä ja (roottorikäämin) säädetyn virran, ja tehohäviön, määrä ovat ratkaisevasti pienemmät. Generaattori tekee vain tarvittavan tehon. Se on se rinnakkaisgeneraattorin (staattorin ja roottorin päävirtatiet rinnakkain) etu. Haitta on kuluvat harjahiilet ja rupeentuvat liukurenkaat. Isoille tehoille kuten autoissa, puhumattakaan ydinvoimaloista, tämä on kuitenkin ainoa käyttökelpoinen "sähkömekaaninen muunnin".

other rectifier regulators dump current to ground

Myönnän tietojeni rajallisuuden tämän suuren laitteiden kirjon edessä, mutta uskallan epäillä tuon väitteen paikkansapitävyyttä. Ehkä se on mainosmiehen juttua. Ei olisi mitään järkeä tehdä regulaattoria noin, siis jatkuvalla kuormituksella säätäväksi, jolloin säätö perustuisi rautojen kyllästämiseen. Hyötysuhde olisi todella huono. En ole törmännyt tuollaiseen.

Cycle Electric rectifying regulators block current to control voltage.

Juuri näin nämä tehdään – tietääkseni. Joko näin chopper periaatteella, tai jatkuvalla "aktiivisella vastuksella" esim transistoreilla. Kun transistori säätää jatkuvasti, sen on hävitettävä koko hukkateho lämmöksi. Kun transistori, FET tai tyristori säätää kaksiasentoisena on/off periaatteella, syntyy häviötehoa vain tilan on vaihtuessa tilaan off tai toisin päin. Lämpähäviöitä tulee paljon vähemmän, mutta tulee silti. On tilassa ei tehdä (jännite)tehohäviötä vaan kaikki päästetään läpi. Off tilassa ei tehdä (virta)tehohäviötä kun virta eikulje lainkaan. Keskiarvo on se säädetty (sykkivä)jännite. Se tasoitetaan induktanssilla, jonka virkaa toimittaa generaattorin staattorikäämi, sekä kapasitanssilla, jonka virkaa toimittaa akku. Chopper-säätöjärjestelmän oleellisia osia ovat siis myös akku ja generaattori, joita ilman säätäjä ei toimi oikein.

Ducati Energia Regulators Basics

Piirros toisaalla: http://www.guzziclub.fi/hscms/foorumi/index.php?topic=5487.0 näyttää nerokkaan ratkaisun chopper tyyppisestä regulaattorista. Siinä katkominen tehdään tyristoreilla, joita käytetään myös tasauuntaajan puolikkaana, toisten puolikkaiden ollessa kaksi diodia. Samalla on ratkaistu diodi-takapotkusuojaus, joka tarvitaan koska ladataan akkua, joka myös osaa antaa sähköä. Jännittesäätäjän ohjauslogiikkapiiri liipoo johtavaksi tyristoreja (toisella puolijaksolla toinen ja toisella toinen) sen mukaan kun jännite on allhainenn, ja on liipaisematta sen mukaan, jos jännite on korkea. (Tyristorihan on kytkin, joka lähtee johtamaan kun sen hilalle, (piirroksessa vino johdin,) tuodaan jännite vaikka vain hetkellisesti, (liipaisupulssi,) ja johtaa siihen asti kunnes vaihtovirta saavuttaa nollaylityskohdan ja jää sen jälkeen johtamattomaksi kunnes se taas liipaistaan on tilaan.) Chopper katkontataajuus on siis generaattorin vaihtosähkön taajuus ja tasasuuntaaja on samalla chopper-säätäjä. Kuvasta näkyy myös akku, joka on koko virtapiirin oleellinen osa, eikä regulaattoria pidä yrittää tutkia ilman akkua. Systeemi saatta jopa toimia ilman akkua, pelkän kuormituksen ollessa päävirtatie, mutta silloin esiintyy suuria jännitepiikkejä, sitä suurempia, mitä pienempi on kuorma, ja nolla-kuormalla tyristorit eivät lähde johtamaan lainkaan. Myös siinä näkyy, että säätäjän kotelo on miinusjohtimien yhteinen kohtio. Tassusta siis kulkee päävirtatie. Näin vanhanaikaisesti ei tarvitsisi miinusjohdinta järjestää...

Tyristorin, varsinkin näin suuren tehon kestävän, jännitehäviö on tyypillisesti 3-4V ja tehodiodin 1-2V. Tällainen tyristorisäädin siis lämpenee 10A:n virralla 40-60W+pieni omakulutus. (Vastaa elektroniikkamiesten tinakolvia.) On sekin siis jäähdytettävä hyvin.

[Camn]

Puuh - siinäpä sitä... tyhjentävä vastaus.  No further questions, Sir .