Τεχνικό θέμα: Ηλεκτρολογικά προβλήματα στο σύστημα φόρτισης, μετρήσεις και διάγνωση στα πηνία του στάτορα
Οπως είχαµε αναφέρει ο στάτορας είναι η καρδιά του ηλεκτρολογικού µας συστήµατος και µαζί µε την µπαταρία και τον ανορθωτή-ρεγουλατόρο τάσης συµπληρώνουν το κύκλωµα παραγωγής ενέργειας στον κινητήρα µας. Σε αυτό το άρθρο θα δούµε την λειτουργία του,την ορθή πρόληψη βλαβών καθώς και τη διάγνωση τους.
Πως λειτουργεί ο στάτορας µε τα πηνία του
Η αρχή λειτουργίας του στάτορα είναι γνωστή απο τις αρχές του ηλεκτροµαγνητισµού και το πως πραγµατοποιείται η παραγωγή ρεύµατος. Μπορούµε να πάρουµε ένα απλό χαλκόσυρµα και να το τυλίξουµε σε κυλινδρική µορφή φτιάχνοντας ένα πηνίο και στη συνέχεια να συνδέσουµε στα άκρα του ένα πολύ ευαίσθητο βολτόµετρο (γαλβανόµετρο) το οποίο να µπορεί να µετρά ακόµη και χιλιοστά του βόλτ (mV).
Εάν τώρα πάρουµε έναν µαγνήτη και τον κινήσουµε µέσα έξω στο πηνίο (Σχ.1), στο κέντρο του χωρίς να ακουµπάµε το χαλκόσυρµα, τότε θα δούµε µία µικρή τάση να αναπτύσσεται την οποία θα καταγράψει το βολτόµετρο. Αυτή είναι και η αρχή λειτουργίας οποιασδήποτε γεννήτριας παραγωγής ηλεκτρικού ρεύµατος µε πηνία. Στον εξωλέµβιο κινητήρα µας (Φωτ.1), στις µοτοσυκλέτες (Φωτ.2), στα χορτοκοπτικά και σε άλλες εφαρµογές συναντούµε το παραπάνω σύστηµα παραγωγής ρεύµατος βελτιωµένο σε µορφή φυσικά, το οποίο καλούµε µανιατό-βολάν ή µαγνητογεννήτρια (Flywheel magneto).
Συχνά πυκνά όµως οι κατασκευαστές αναφέρονται σε αυτό ως αλτερνέϊτορ (alternator), όπως την ίδια έκφραση χρησιµοποιούν και για τον αυτοκινητιστικού τύπου εναλλακτήρα (Φωτ.3) µε ιµάντα (Mercury, Honda εξωλέµβιοι και όλοι οι έσω και έσω-έξω κινητήρες) που καλείται λανθασµένα αλλά δυστυχώς έχει εδραιωθεί στη γλώσσα των ηλεκτρολόγων ως δυναµό. Ειδικά το τελευταίο προκαλεί σύγχυση και πιθανά οι εταιρείες το χρησιµοποιούν για να τονίσουν την τριφασική έξοδο του συστήµατος είτε είναι µανιατό βολάν είτε δυναµό αυτοκινητιστικού τύπου, αλλά λίγοι ενδιαφέρονται τεχνικά για την διαφορά τους.
Σε αυτό το άρθρο θα αναφερθούµε στο σύστηµα µανιατό-βολάν, τις βλάβες του και την αντιµετώπιση τους.
Πόσο ρεύµα παράγει ένας στάτορας και ποιά τα χαρακτηριστικά του
Οπως είχαµε λοιπόν αναφέρει και παλαιότερα, τα τυλιγµένα πηνία τοποθετούνται σε ένα κυκλικό στεφάνι (Φωτ.4) µε µεταλλικούς σιδηροπυρήνες (οπλισµός) και συχνά πλαστικοποιούνται ως ενιαία µονάδα.
Τα πηνία είναι απο βερνικωµένο χαλκόσυρµα άρα και µονωµένα µεταξύ τους, παρά το ότι τυλίγονται έτσι ώστε να ακουµπούν το ένα στο άλλο. Καθώς το βαρύ µεταλλικό βολάν περιστρέφεται γύρω απο αυτη την συστάδα πηνίων (στάτορας) επειδή φέρει µαγνήτες (Φωτ.5) στην εσωτερική του περιφέρεια, αναπτύσσεται ρεύµα χωρίς να ακουµπούν οι µαγνήτες στα πηνία, δια επαγωγής όπως αναφέρει η Φυσική.
Τώρα το πόσο ρεύµα αναπτύσσει αυτού του είδους η γεννήτρια έχει να κάνει µε διάφορους παράγοντες όπως ο αριθµός των µαγνητών και η δύναµη τους, η απόσταση των µαγνητών απο τα πηνία, ο αριθµός των πηνίων και των σπειρών τους, το µέγεθος του σύρµατος των πηνίων και άλλοι παράγοντες.
Είναι λογικό και προφανές ότι η γεννήτρια ενός µικρού 15άρη δεν θα είναι ίδια σε έξοδο ρεύµατος µε αυτή ενός 150άρη κινητήρα. Οπως είχαµε πει προβλήµατα ανακύπτουν συνήθως στον ανορθωτή όταν ζητούµε µεγάλη παραγωγή ενέργειας για να καλύψουµε τα αξεσουάρ και τη φόρτιση των µπαταριών, ενώ ο κινητήρας µας και η γεννήτρια ρεύµατος του έχει µικρότερες δυνατότητες.
Τι βλάβες µπορεί να παρουσιάσει ένας στάτορας;
Συνήθως ο στάτορας σπάνια παρουσιάζει βλάβες αρκεί να τηρηθούν κάποιες συνθήκες σωστής λειτουργίας του κινητήρα. Συνήθως παρουσιάζονται 3 είδη προβληµάτων που µπορούν να προκαλέσουν βλάβη στο στάτορα και έχουν ως εξής. Σηµειωτέον ότι εξετάζουµε µόνο τα πηνία φόρτισης καθώς ο στάτορας ειδικά σε παλαιότερους κινητήρες µπορεί να έχει ενσωµατωµένα διάφορα πηνία σκανδαλισµού και φόρτισης του πυκνωτή της ηλεκτρονικής του ανάφλεξης για τον σπινθήρα των µπουζί.
Μηχανικές βλάβες
Το βολάν (Φωτ.6) είναι ουσιαστικά ένας βαρύς µεταλλικός δίσκος, που όπως περιστρέφεται αποθηκεύει κινητική ενέργεια και συνεχίζει λόγω αδράνειας να περιστρέφεται µαζί µε τον κινητήρα ακόµη και όταν κλείσετε το γκάζι. Αυτο σηµαίνει ότι άν δεν υπήρχε βολάν, η λειτουργία του κινητήρα θα ήταν ανώµαλη και όποτε κλείνατε το γκάζι θα ήταν απότοµη η κάθοδος στροφών στον κινητήρα σαν να πατάγατε ένα απότοµο φρένο.
Το βολάν λοιπόν στερεώνεται στο άκρο του στροφαλοφόρου άξονα είτε όταν αυτό είναι κωνικό είτε όταν έχει φλαντζωτό άκρο µε πολλές βίδες (Φωτ.7). Στις περιπτώσεις που είναι κωνικό αυτό γίνεται για να υπάρχει µεγάλη επιφάνεια τριβής και να σφίγγει το βολάν καλά επάνω στον άξονα µε τη βοήθεια ενός παξιµαδιού καθώς περιστρέφεται µε χιλιάδες στροφές ανα λεπτό.
Επιπροσθέτως οι κατασκευαστές εκτός απο αυτήν την κωνικότητα του άξονα τοποθετούν και µία παραλληλόγραµµη ή άλλης µορφής σφήνα που η µισή φωλιάζει σε µία εγκοπή στο άκρο του στροφαλοφόρου και η άλλη µισή σε µία εγκοπή στον αφαλό του βολάν (Φωτ.6). Μετά απο πολλές ώρες λειτουργίας η σφήνα φθείρεται και το βολάν «παίζει» επάνω της φθείροντας την ακόµη γρηγορότερα καθώς αυξάνονται οι τζόγοι.
Επειδή λοιπόν τα πηνία είναι κοντά στους µαγνήτες για να έχουν µεγάλη έξοδο ρεύµατος, µόλις χαλαρώσει το βολάν µπορεί να τους ακουµπήσει επάνω στα πηνία ή στο άνω µέρος του κινητήρα µε αποτέλεσµα τη θραύση τους. Σε αυτή την περίπτωση η όλη λειτουργία του βολάν θα αναστατωθεί και άν τα θραύσµατα είναι µεγάλα µπορούν να βλάψουν τα πηνία καθώς θα συνθλιβούν στις περιστρέφοµενες επιφάνειες γδέρνοντας τα πηνία και βραχυκυκλώνοντας τα.
Λύση: Πείτε στον µηχανικό σας να ελέγξει µε το χέρι τους τζόγους του βολάν (Φωτ.8) σε κάθε µεγάλο σέρβις ειδικά άν ο κινητήρας είναι παλιός και κυρίως την κατάσταση της σφήνας και της φωλιάς της καθώς και την καλή κατάσταση των µαγνητών. Για να βγεί το βολάν απαιτείται ειδικός εξωλκέας (Φωτ.9), όποτε αφήστε την συγκεκριµένη εργασία στον επαγγελµατία καθώς επίσης είναι επικίνδυνη ειδικά σε µεγάλα βολάν που η δύναµη των µαγνητών τους όταν τους πλησιάσετε για να επανατοποθετήσετε το βολάν στη θέση του, µπορεί σε δέκατα του δευτερολέπτου να θρηνήσετε δάκτυλα.
Υπερθέρµανση του κινητήρα
Το πάνω µέρος του κινητήρα είναι ιδιαίτερα θερµό καθώς τα θερµά ρεύµατα του αέρα λόγω της θερµοκρασίας του κινητήρα ο οποίος «δεν αναπνέει» εύκολα θερµικά κάτω απο το κάλυµµα του, ανεβαίνουν πρός τα επάνω λόγω ελαφρύτητας. Εάν ο κινητήρας έχει πρόβληµα στο κύκλωµα ψύξης του (φθαρµένο ιµπέλερ, άλατα κτλ) ή κάποια µηχανική βλάβη (φθαρµένα έµβολα, µεγάλες τριβές, κακή λίπανση κτλ) η θερµοκρασία θα ανέβει στα ύψη.
Το αποτέλεσµα θα είναι η ταλαιπωρία των βερνικωµένων χαλκοσυρµάτων του στάτορα, το µικροράγισµα του και η σταδιακή τους καταστροφή καθώς θα βραχυκυκλωθούν µακροπρόθεσµα χαλώντας και όλο τον στάτορα. Πολλοί κατασκευαστές, ειδικά στα µεγαλύτερα µοντέλα τους διαµορφώνουν στο κέντρο του βολάν πτερύγια (Φωτ.6) ώστε να λειτουργεί σαν ανεµιστήρας για να ψύχει τα πηνία.
Λύση: Εάν ο κινητήρας υπερθερµανθεί για οποιοδήποτε λόγο, π.χ. µηχανική βλάβη, έµφραξη απο άλατα, ιµπέλερ µε βλάβη, πιάσιµο σακούλας στο πόδι κτλ ελέγξτε το σύστηµα φόρτισης σας όπως εξηγήσαµε στο προηγούµενο άρθρο και επιπροσθέτως ζητήστε και απο τον µηχανικό σας έναν έλεγχο καθώς η υπερθέρµανση µπορεί να παρουσιάσει προβλήµατα στην πορεία που δεν γίνονται άµεσα αντιληπτά. Ενηµερώστε σχετικά τον µηχανικό σας και πείτε του να κοιτάξει λεπτοµερώς το κύκλωµα φόρτισης.
Ηλεκτρολογική καταπόνηση
Για να δουλεύουν τα ηλεκτρολογικά σωστά πρέπει οι φίσες (Φωτ.10) και οι συνδέσεις να µην είναι οξειδωµένες , καθώς σε αυτά τα σηµεία οξείδωσης το ρεύµα δυσκολεύεται να περάσει επειδή τα οξείδια παρουσιάζουν µεγάλη αντίσταση. Εκεί ακριβώς κινδυνεύει και ο στάτορας, ειδικά σε έναν κινητήρα που πήρε νερά είτε απο απότοµο «φρενάρισµα» ή απο µία κακή καθέλκυση απο το τρέιλερ στο νερό είτε απο βύθισµα. Αν δεν λυθεί το βολάν και ο στάτορας σε τέτοια περίπτωση µπορεί να προκληθεί βλάβη άλλα όχι άµεσα καθώς όπως είπαµε ο στάτορας καίγεται σχετικά δύσκολα.
Λύση: Αφαιρέστε τις φίσες και τοποθετήστε ειδικό ηλεκτρολογικό τζέλ και ψεκάστε µε σπρέυ επαφών όπου αυτό απαιτείται (διακόπτες, επαφές κτλ.) η ζητείστε να το φροντίσει ο µηχανικός σας. Σε περίπτωση εισροής νερού στον κινητήρα ζητήστε την συµβουλή και συµβολή µηχανικού ή ηλεκτρολόγου για να ελέγξει το κύκλωµα φόρτισης σας ώστε να µην έχετε προβλήµατα.
Τι θα συµβεί άν καούν πηνία στο στάτορα;
Το κάψιµο των πηνίων (Φωτ.11) είναι σχετικά σπάνιο αλλά σε τέτοια περίπτωση έχουµε συµπτώµατα. Πρώτα απο όλα , όταν θα βγάλετε το κάλυµµα του κινητήρα θα µυρίσετε κοντά στο βολάν µυρωδιά απο καµµένα ηλεκτρολογικά. Ολοι κάποια στιγµή θα έχουµε µυρίσει κάτι τέτοιο όπως µία παλιά καµµένη οικιακή συσκευή (τηλεόραση, ραδιόφωνο, πλακέτες απο ποικίλες συσκευές κτλ). Ο στάτορας όπως είπαµε καίγεται δύσκολα αλλά άµα καεί η µυρωδιά του θα τον προδώσει άµεσα.
Στους κινητήρες άνευ µπαταρίας, χωρίς ρεύµα δεν µπορούµε να πάµε πουθενά, άρα θα µείνουµε και θα γυρίσουµε πίσω µε τη βοηθητική η θα µας ρυµουλκήσουν. Στους κινητήρες µε µπαταρία, άπαξ και καεί ο στάτορας θα σταµατήσει να φορτίζει (θα το δείτε στο βολτόµετρο που δεν θα δείχνει τάση κοντά στα 14+ Volt) και µετά θα λειτουργούν τα πάντα µε την µπαταρία και όσο σας βγάλει αναλόγως τις καταναλώσεις και το µέγεθος και την κατάσταση των µπαταριών.
Σε αυτήν την περίπτωση κλείστε όλες τις καταναλώσεις και τα αξεσουάρ και αφήστε µόνο τον κινητήρα να λειτουργεί και µε χαµηλές-µέσες στροφές προσπαθήστε να γυρίσετε πίσω για όσο σας βγάλει εάν είστε κοντά ενώ εάν είστε µακριά επικοινωνήστε για βοήθεια. Ο στάτορας πριν καεί για τα καλά προειδοποιεί µε παράσιτα που θα τα αντιληφθείτε στο ραδιόφωνο του σκάφους ή στο σύστηµα Loran. Αν αντιληφθείτε κάτι τέτοιο, πρίν ξεκινήσετε για το όποιο ταξίδι ή βόλτα, φωνάξτε ηλεκτρολόγο να ελέγξει σχετικά.
Πως θα διαγνώσω σίγουρα ότι υπάρχει βλάβη στο στάτορα
Ο στάτορας επειδή αποτελείται απο πηνία φτιαγµένα απο µονωµένο χαλκόσυρµα είναι ουσιαστικά σαν ένα καλώδιο, και το ελέγχουµε ωµικά µε το πολύµετρο. Για να γίνει αυτό σωστά και να µην καταστραφεί το πολύµετρο, αφαιρέστε τον αρνητικό πόλο (-) – γείωση απο την ή τις µπαταρίες σας ή βάλτε τον κεντρικό διακόπτη εάν υπάρχει σε θέση OFF. Παρατηρήστε που βγαίνει καλώδιο κάτω απο το βολάν σας και ακολουθήστε το για να δείτε ότι καταλήγει σε έναν ανορθωτή (για τις µορφές του ανορθωτή δείτε τα προηγούµενα άρθρα).
Αφαιρέστε την φίσα που συνδέει τον στάτορα µε τον ανορθωτή και θα δείτε εντός της φίσας τρείς (σπανιότερα δύο) ακροδέκτες. Ο στόχος σας είναι να βεβαιωθείτε ότι µεταξύ τους τα πηνία δεν έχουν βραχυκυκλώσει και έχουν σωστή τιµή ωµικής αντίστασης και το δεύτερο ότι κάποιο απο αυτά τα πηνία δεν είναι γειωµένο. Αφού λοιπόν τσεκάρετε την µπαταρία σας και τον ανορθωτή µε τον τρόπο που περιγράψαµε στο προηγούµενο τεύχος ελέγξτε την ωµική αντίσταση του στάτορα όπως περιγράφει ο κατασκευαστής στο βιβλίο επισκευών του ή σε αντίστοιχο εµπορίου (είναι πιά όλα διαθέσιµα απο το διαδίκτυο σε σχετικά απλά αγγλικά σε µορφή pdf και τιµές κάτω των 20 ευρώ).
Τοποθετήστε το πολύµετρο σας στη σκάλα µέτρησης αντίστασης Ω και σε χαµηλή σχετικά κλίµακα π.χ. έως 200 Ωµ-Φωτ.12 (0,2 kΩ) µετρήστε την αντίσταση στη φίσα ως εξής. Συνήθως η φίσα του στάτορα έχει 3 ακροδέκτες εκ των οποίων ο ένας είναι συνδεδεµένος µαζί µε τους άλλους δύο π.χ εάν ο Νο1 είναι ο κοινός θα µετρήσετε την αντίσταση µεταξύ του Νο1 και Νο2 και µετά µεταξύ του Νο1 και του Νο3.
Εάν οι µετρήσεις που κάνετε είναι εκτός των ορίων του κατασκευαστή ή το πολύµετρο δείχνει άπειρο (E ή ∞ ή Ι που σηµαίνει ότι κάπου έχει κοπεί το πηνίο) τότε πρέπει να βγεί το βολάν απο µηχανικό και να αλλαχθεί ο στάτορας.
Για να ελέγξετε εάν έχει γειώσει κάποιο πηνίο τοποθετήστε το πολύµετρο σε υψηλότερη κλίµακα µέτρησης Ω και τοποθετήστε τον έναν ακροδέκτη του σε κάποιο γυµνό µεταλλικό σηµείο (για να γειώσει) και τον άλλο στον κοινό αγωγό (Νο1) του παραπάνω παραδείγµατος. Εάν το πολύµετρο δείξει άπειρο τότε σηµαίνει ότι ο στάτορας είναι γειωµένος λόγω καταστροφής της µόνωσης (βερνίκι) του χαλκοσύρµατος του και απαιτεί αντικατάσταση.
Παραδείγµατα
Ας δούµε δύο παραδείγµατα. Στο Σχ.2 διακρίνεται ο στάτορας , το πολύµετρο και η φίσα που πρέπει να γίνει ο έλεγχος απο έναν 4χρονο ιαπωνικό 70άρη και ο κατασκευαστής αναφέρει ότι πρέπει να µετρήσουµε στη φίσα µεταξύ του Y1, Y2 και Y3 και να δούµε τιµές απο 0,3 έως 0,5 Ωµ. Εάν αυτές δεν ισχύουν τότε χρήζει αντικατάστασης ο στάτορας. Επίσης µας αναφέρει ότι πρέπει να µετρήσουµε µεταξύ της γείωσης και του Y1, γείωσης και Y2 κ.ο.κ και ότι αν δεν δούµε άπειρο στο πολύµετρο επίσης ο στάτορας έχει βλάβη.
Στο Σχ.3-Α έχουµε µία άλλη περίπτωση µέτρησης ενός παλαιότερου 2χρονου Johnson κινητήρα µε στάτορα των 12 Αµπέρ. Εδώ ο κατασκευαστής ορίζει να µετρήσουµε ωµική αντίσταση µε το πολύµετρο µεταξύ του κίτρινου και του κίτρινου-γκρί καλώδιου του στάτορα. Βάλτε το πολύµετρο στην σκάλα µέτρησης έως 200Ω (Φωτ.12) Εάν η τιµή είναι 0,4 έως 0,6 Ωµ τότε ο στάτορας είναι εντάξει, ειδάλλως αν δείξει άπειρο (Σχ.3Α) τότε απαιτείται αντικατάσταση.
Στο Σχ.3Β γίνεται ο έλεγχος για γειωµένο πηνίο και εκεί το εγχειρίδιο επισκευών αναφέρει ότι εάν η τιµή µέτρησης είναι υψηλή αφού τοποθετήσουµε το πολύµετρο στην υψηλή σκάλα (π.χ. 200k-Φωτ.12) τότε ο στάτορας είναι εντάξει ειδάλλως απαιτείται αντικατάσταση. Σε περίπτωση που δεν έχετε το εγχειρίδιο επισκευών ή έχετε αµφιβολία για τις ικανότητες σας αναζητήστε την βοήθεια µηχανικού εξωλεµβίων ή ηλεκτρολόγου για να βεβαιωθείτε ότι το ηλεκτρολογικό κύκλωµα φόρτισης είναι σε καλή κατάσταση.
