Verfasst am: 14 Mai 2008 22:28

 

Der Gleichrichter/Regler

Aufbau, Funktionsweise, Fehlersuche


Wer kennt das nicht? Bestes Buggywetter, aber das kleine bereifte Rohrgestell röchelt nur beim Drehen des Zündschlüssels? Schuld an der Misere ist dann meistens einer der drei folgenden Kandidaten:  

 

1. Lichtmaschine

2. Gleichrichter/Regler

3. Batterie

 

Mit einem 10-Euro-Multimeter kann man den Fehler in aller Regel schon deutlich eingrenzen. Messt zunächst einmal die Spannung direkt an den Polklemmen der Batterie bei stillstehendem und bei laufendem Motor. Im fehlerfreien Fall wäre dabei folgendes festzustellen:

 

1. Die Spannung bei laufendem Motor liegt deutlich über der bei stillstehendem Motor.

2. Die Spannung bei laufendem Motor beträgt mehr als ca. 13,7 Volt (falls nicht: Licht, Radio, Navi, Kühlbox und Sitzheizung ausschalten und Messung wiederholen).

 

Kein Unterschied bei den Spannungen feststellbar bzw. Spannung bei laufendem Motor zu gering? Damit sinkt die Wahrscheinlichkeit, dass die Batterie der Übeltäter ist, und Ihr solltet Euch zunächst einmal der Lichtmaschine zuwenden.

In Minibuggies sind hauptsächlich zwei Arten von Lichtmaschinen anzutreffen: einphasige Wechselstromgeneratoren (kurz: Wechselstromlichtmaschinen), hauptsächlich bei den 150ern eingesetzt, und dreiphasige Wechselstromgeneratoren (kurz: Drehstromlichtmaschinen), hauptsächlich bei den 250ern vertreten ... Ausnahmen bestätigen die Regel. Da das Thema LiMa eigentlich genauso umfangreich ist wie das Thema Gleichrichter/Regler, soll hier nur kurz am Beispiel einer permanentmagneterregten Drehstrom-LiMa (wie sie z.B. im BCB-300 eingesetzt ist) eine Funktionsprüfung durchgeführt werden.

Die Anordnung der Kernkomponenten sieht in etwa so aus:

Prinzipielle Anordnung von Generator, Gleichrichter/Regler und Batterie 
Prinzipielle Anordnung von Generator, Gleichrichter/Regler und Batterie

Trennt zunächst die Steckverbindung zwischen LiMa und Gleichrichter/Regler auf (das ist meistens ein dreipoliger Stecker mit gleichfarbigen Leitungen) und zieht auch den Stecker von der Kaltstarteinrichtung ab, sofern sich diese direkt aus einer LiMa-Phase versorgt. Nun messt Ihr den Widerstand der Phasen untereinanander (sollte im Bereich von 1 bis 2 Ohm liegen) und nach Masse (sollte seeehr groß sein, also wenigstens im Megaohmbereich liegen). Schaltet dann alle größeren elektrischen Verbraucher aus und startet den Motor (Steckkontakte weiterhin offen). Nun messt Ihr im Leerlauf die Wechselspannung zwischen jeweils zwei der drei Phasen (nicht nach Masse!). Alle drei Messungen sollten über 20 Volt und nahe beieinander liegen. Bei leichtem Erhöhen der Drehzahl muss die Spannung rasch ansteigen (Achtung, dabei nicht die Spannung über 40 bis 50 Volt treiben!). Immer noch alles im Lot? Dann verdichten sich die Anzeichen, dass tatsächlich der Gleichrichter/Regler die Flügel gestreckt hat.

Und damit wären wir dann auch schon beim eigentlichen Thema angelangt ...

Wie schon gesagt, sind bei Minibuggies wenigstens zwei Arten von LiMas vertreten (die größeren Buggies haben oftmals Lichtmaschinen, wie man sie vom Pkw her kennt). Es ist naheliegend, dass man demzufolge auch zwischen zwei Arten von Reglern unterscheiden muss.

Gleichrichter/Regler für dreiphasige Drehstrom-Lichtmaschinen  
Gleichrichter/Regler für Drehstrom-Lichtmaschinen

Gleichrichter/Regler für einphasige Wechselstrom-Lichtmaschinen 
Gleichrichter/Regler für Wechselstrom-Lichtmaschinen

Was macht denn nun so ein Gleichrichter/Regler eigentlich? Zur Beantwortung dieser Frage hilft ein Blick auf das Prinzipschaltbild eines Drehstromreglers.

Prinzipschaltbild eines Gleichrichters/Reglers für Drehstrom-Lichtmaschinen 
Prinzipschaltbild eines Gleichrichters/Reglers für Drehstrom-Lichtmaschinen

Gut, da das nun geklärt ist ... naja, im Prinzip ist es tatsächlich relativ einfach. Wie der Name Gleichrichter/Regler schon sagt, haben wir es mit zwei Funktionsgruppen zu tun.

Am Gleichrichter (links) werden die drei Phasen der Drehstrom-LiMa angeschlossen. Der Gleichrichter besteht aus sechs Dioden (zwei für jede Phase). Sie sorgen dafür, dass die dreiphasige Wechselspannung in eine (leicht pulsierende) Gleichspannung gewandelt wird.

Die zweite Funktionseinheit - der Regler (rechts) - sorgt dafür, dass die Spannung am Ausgang (+ und -) einen bestimmten Wert nicht überschreitet, um die dort angeschlossene Batterie und die elektrischen Verbraucher nicht zu überlasten. Dabei bedient er sich einer recht robusten Regelstrategie: Wenn's ihm zuviel wird (die Spannung also über einen voreingestellten Wert steigt), schließt er einfach die Klemmen der LiMa kurz. Dabei fließen dann zwar gehörige Ströme in der kurzgeschlossenen LiMa, aber nach außen hin ist davon nichts zu merken. Die Aufgabe des Kurzschließens übernehmen die drei Thyristoren im Regler (einer für jede Phase).

Wenn Ihr den Verdacht habt, dass der Gleichrichter/Regler nicht ordnungsgemäß arbeitet, dann ist das leicht (bzgl. Gleichrichter) bzw. mit ein wenig zusätzlichem Aufwand (bzgl. Regler) zu prüfen.

Prüfung des Gleichrichters:

Ihr braucht dazu ein Multimeter mit eingebautem Diodentester. Um jede der sechs Gleichrichterdioden zu prüfen, müssen zwölf Messungen durchgeführt werden (zwei pro Diode). Wählt die Funktion "Diodentest" am Multimeter und verbindet die rote Leitung des Multimeters ("V/Ohm/...") mit dem Kontakt einer Gleichrichterphase am dreipoligen Stecker. Die schwarze Leitung des Multimeters ("COM") verbindet Ihr mit dem Ladeausgang des Reglers (+), das ist i.d.R. das rote Kabel am anderen Stecker. So sollte es dann aussehen:

Obere Diode in Flussrichtung (Drehstromgleichrichter)  
Obere Diode in Flussrichtung (Drehstromgleichrichter)

Ist die Diode intakt, so könnt Ihr die Flussspannung im Display ablesen, sie sollte zwischen 400 und 700 Millivolt betragen. Nun vertauscht die beiden Multimeteranschlüsse.

Obere Diode in Sperrichtung (Drehstromgleichrichter)  
Obere Diode in Sperrichtung (Drehstromgleichrichter)

Das Multimeter zeigt an, dass keine Flussspannung feststellbar ist (hier: OL = Overload).

Die obere Diode der ersten Phase führt und sperrt den Strom also korrekt, dann kann's jetzt mit der unteren Diode derselben Phase weitergehen.

Dazu bleibt die schwarze Multimeterleitung an ihrem Platz, die rote wird nun aber mit dem negativen Ausgang des Reglers verbunden (dies ist i.d.R. eine grüne Leitung). So sollte es dann aussehen.

Untere Diode in Flussrichtung (Drehstromgleichrichter)  
Untere Diode in Flussrichtung (Drehstromgleichrichter)

Wieder wird eine Flussspannung im richtigen Bereich angezeigt, alles in Ordnung also. Nun prüfen wir noch, ob die untere Diode auch sperrt und vertauschen dazu wieder beide Anschlussleitungen des Multimeters.

Untere Diode in Sperrichtung (Drehstromgleichrichter)  
Untere Diode in Sperrichtung (Drehstromgleichrichter)

Bestens! Wiederholt nun diese vier Messungen für die übrigen beiden Phasen. Verhalten sich diese genauso, dann ist der Gleichrichter in Ordnung.
 


Prüfung des Reglers:

Dazu benötigt Ihr zusätzlich eine regelbare Gleichspannungsquelle (idealerweise mit einer Strombegrenzung, die Ihr auf ca. 50 Milliampere einstellt).

Vorsicht! Während die (passive) Messung des Gleichrichters diesen kaum beschädigen kann, wird's nun riskant. Das Anlegen von Spannung an den Regler, kann diesen beschädigen, wenn die falschen Anschlüsse gewählt werden. So ein Gleichrichter/Regler ist zwar nicht besonders teuer, aber ärgerlich ist's allemal, wenn man bei strahlendem Sonnenschein auf Ersatz warten muss ...

Also, los geht's. Bereitet einen Abzweig am Reglersteckkontakt oder am Netzteil vor, damit Ihr wie folgt verdrahten könnt:

Verdrahtung des Messaufbaus  
Verdrahtung des Messaufbaus

Die grüne Leitung am Reglersteckkontakt verzweigt sich nun. Einmal zum Multimeter (wie vorher auch) und einmal zur regelbaren Spannungsquelle (Minuspol). Die rote Leitung am Reglersteckkontakt, die vorher zum Multimeter führte, wird nun ebenfalls zur Spannungsquelle (Pluspol) gelegt. Schließt das Multimeter nun mit der roten Leitung an eine Phase des Gleichrichters an und mit der schwarzen Leitung an die grüne Leitung des Reglers (diese liegt dann übrigens im eingebauten Zustand auf Masse, und erst dadurch bekommt die Drehstrom-LiMa eine Massebezug). Regelt nun vorsichtig die Spannung am Netzgerät auf ca. 5 Volt hoch und beobachtet dabei, ob das Netzteil in die Strombegrenzung läuft (was eigentlich nicht der Fall sein sollte). Der Thyristor sollte nun gesperrt sein.

Gesperrter Thyristor (Drehstromgleichrichter)  
Gesperrter Thyristor (Drehstromgleichrichter)

Regelt nun die Spannung weiter hoch, bis das Multmeter eine Flussspannung anzeigt. Das kann je nach Reglereinstellung zwischen 14,5 und 15,5 Volt passieren.

Gezündeter Thyristor (Drehstromgleichrichter)  
Gezündeter Thyristor (Drehstromgleichrichter)

Nach der Messung regelt Ihr wieder auf 5 Volt herunter und wiederholt das ganze für die beiden übrigen Phasen.

So, das war's. Solltet Ihr bei der Fehlersuche bis hierher gelangen, ohne eine Auffälligkeit zu entdecken, dann habt Ihr es offenbar mit einem hartnäckigen Fehler zu tun. Wendet Euch in diesem Fall am besten an das Forum und diskutiert dort die Fehlersymptome und Eure bisherige Vorgehensweise.

 

Und nun viel Spaß beim Messen!

 

 © by Chris (2008)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


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