Generator Oberwelligkeit -Test mit einem Oszilloskop

Leistungsanalyse mit Oszilloskop

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Physikalisch betrachtet, ist die Oberwelligkeit eine Überlagerung von Grund- und Oberschwingungen. Die Grundschwingung entspricht der Nennfrequenz des Wechselstroms, während die Oberschwingungen höhere Frequenzen sind, die aufgrund nicht idealer Eigenschaften der Bauteile und der Konstruktion entstehen. In der Praxis bedeutet dies, dass der gleichgerichtete Strom aus einer Reihe von Spannungsspitzen statt einer glatten Linie besteht. Kfz-Generatoren sind in der Regel Drehstromgeneratoren, die einen Wechselstrom (AC) erzeugen. Dieser Wechselstrom wird durch Gleichrichter, die aus Dioden bestehen, in Gleichstrom (DC) umgewandelt, um die elektrischen Komponenten des Fahrzeugs zu speisen und die Batterie zu laden. Die Dioden lassen den Strom nur in eine Richtung fließen, was zu einer pulsierenden Gleichspannung führt.

Die Welligkeitsspannung entsteht durch:

Anzahl der Phasen: Je mehr Phasen im Generator verwendet werden, desto glatter ist die Ausgangsspannung. Die meisten Kfz-Generatoren sind dreiphasig, was eine reduzierte Oberwelligkeit im Vergleich zu einem einphasigen System bedeutet.

Konstruktion der Diodenbrücke: Die Qualität und Konstruktion der Diodenbrücke haben einen wesentlichen Einfluss auf die Höhe der Oberwelligkeit.

Rotation des Rotors: Jede kleine Unregelmäßigkeit in der Rotation oder im Magnetfeld des Rotors kann zu Variationen in der erzeugten Spannung führen.

Lastschwankungen: Änderungen in der Last, wie das Ein- und Ausschalten von Verbrauchern, können die Welligkeit beeinflussen.

Anschlußplan

Moderne Fahrzeuge mit empfindlicher Elektronik und Steuersystemen, wie ADAS (Advanced Driver Assistance Systems), benötigen eine sehr stabile Spannungsversorgung. Eine zu hohe Oberwelligkeit kann zu Fehlfunktionen oder Schäden an diesen Systemen führen. Die Oberwelligkeit kann verschiedene negative Auswirkungen auf das elektrische System eines Fahrzeugs haben, wie beispielsweise Störungen in der Elektronik, erhöhte Wärmeentwicklung und vorzeitigen Verschleiß von Komponenten. Aus diesem Grund ist es wichtig, die Oberwelligkeit so gering wie möglich zu halten. Dies kann durch den Einsatz von Glättungskondensatoren und anderen Filtern erreicht werden, die die Spannungsspitzen abflachen und somit die Qualität des Gleichstroms verbessern.

Ein Beispiel aus der Praxis: Wenn die Lichtmaschine eines Autos bei laufendem Motor eine hohe Oberwelligkeit aufweist, kann dies zu Störungen im Radio führen, die sich als Pfeifton oder Rauschen äußern. Auch die Lebensdauer von empfindlichen elektronischen Bauteilen kann durch eine hohe Oberwelligkeit negativ beeinflusst werden.

Die akzeptable Höhe der Oberwelligkeit variiert je nach Fahrzeughersteller, jedoch wird allgemein ein Wert von weniger als 10% der Nennspannung als akzeptabel angesehen. In der Praxis bedeutet das bei einem 12V-System eine maximale Welligkeit von etwa 1,2V. Höhere Werte können auf eine defekte Diodenbrücke, verschlissene Lager, eine unzureichende Filterung oder andere Probleme im Generator hinweisen. Diese Oberwelligkeit ist nicht nur ein Indikator für den Zustand des Generators, sondern kann auch zu Störungen in der Elektronik führen. Typischerweise sollte die Welligkeit unter 10% der Nennausgangsspannung der Lichtmaschine liegen. Dieser Wert kann jedoch variieren, in manchen Fällen kann schon eine Welligkeit von 5% zu Problemen führen, während andere Systeme eventuell auch mit höheren Werten zurechtkommen.

Um die Welligkeit zu messen, verwendet man in der Regel ein Oszilloskop, das die Fähigkeit hat, die Spannungsschwankungen über die Zeit grafisch darzustellen. Hierbei wird der Spannungsverlauf nach der Gleichrichtung sichtbar gemacht. Alternativ kann auch ein spezielles Multimeter mit der Funktion zur Messung der Welligkeit (oft als AC-Voltmeter mit niedriger Frequenzauflösung) eingesetzt werden, das den Effektivwert der Wechselspannungskomponente im Gleichstrom misst. Diese Messgeräte sind in der Lage, die Spannungsspitzen zu detektieren, die trotz Gleichrichtung im Gleichstrom noch vorhanden sind.

Beim Messen mit einem Oszilloskop wird das Signal der Lichtmaschine (B+) abgegriffen, nachdem es den Gleichrichter passiert hat, und das Oszilloskop zeigt dann eine Kurve, bei der die Höhe der Spitzen über dem Grundniveau der Gleichspannung die Welligkeit repräsentiert.

In der Praxis sieht der Messvorgang so aus: Du verbindest das Oszilloskop direkt mit der Ausgangsklemme B+ der Lichtmaschine. Bei laufendem Motor und verschiedenen Lastzuständen (z.B. eingeschaltetes Licht und Klimaanlage) kannst du dann die Welligkeit beobachten und messen. Es ist wichtig, bei verschiedenen Drehzahlen zu messen, da die Welligkeit sich mit der Drehzahl der Lichtmaschine ändern kann.

Das Messen der Welligkeit ist ein wesentlicher Bestandteil der Diagnose bei Lichtmaschinen, da eine zu hohe Welligkeit auf defekte Dioden im Gleichrichter oder andere Probleme mit der Lichtmaschine hinweisen kann.

8 Kanal Speicheroszilloskop