6V sähköjärjestelmän muuttaminen 12V järjestelmäksi – mittaukset


6V -> 12 V muutoksen artikkelisarjan aikaisemmat artikkelit järjestyksessä:

  1. Sytytyspuolan ja valopuolan vaihto
  2. 6V sähköjärjestelmän muuttaminen 12V järjestelmäksi – esivalmistelut
  3. 6V sähköjärjestelmän muuttaminen 12V järjestelmäksi – osat
  4. 6V sähköjärjestelmän muuttaminen 12V järjestelmäksi – peruskytkennät: jännitteensäädin/tasasuuntaaja, akku

Seuraavassa on toteutettu sähkömittauksia PeeVelistä liittyen 6V -> 12V muutokseen mutta mittaukset ovat toki käyttökelpoista tietoa muuhunkin, mm. mopon sähköjärjestelmän toiminnan ymmärtämiseen.

Mittailu kannattaa, sillä se on kehittävää. Erästä henkilöä lainaten: ”mittailu on kehittävää puuhaa, varsinkin jos haluaa oikeita mittaustuloksia”.

Sähkötekniikan perusteita löytyy sivulta ”Sähköoppia mopoilijalle”. Magneeton ja sytyksen teoriaa teoriaa taas sivulta ”Sähköoppia mopoilijalle –  magneeton ja sytytyksen teoriaa”. Sähkömittauksista ja vioista löytyy tietoa artikkelista ”Sähkömittauksia ja -vikoja”. Yleismittarin käytöstä löytyy tietoa Opetushallituksen linkistä ”Yleismittarit ja niiden käyttö”. Hyvät oskilloskooppiartikkelit suomeksi ovat harvassa. Hyvä artikkelit englanniksi ovat ”How To Use an Oscilloscope” ja ”Oscilloscope How-To”.

Kesäinen mittauslaboratorio

Kesäinen mittauslaboratorio

1) Välineet

Näissä mittauksissa käytettiin perinteistä yleismittaria sekä digitaalista oskilloskooppia.

  • TRMS yleismittari Fluke 179
  • Oskilloskooppi Tektronix TDS1002B,  tallentava kaksikanavainen 60 MHz 1 GS/s digitaalioskilloskooppi USB tallennusominaisuudella
  • Oskilloskoopin passiivinen 10x/1x mittapää P2220 (taajuus: 200 MHz/6M Hz, resistanssi: 10 Mohm/1Mohm, kapasitanssi: 16 pF/95 pF)

2) Vaihtosähköpiirin magneeton valopuola – jännitteensäädin mittaus

Valopuolan yleismittarimittaukset tehtiin puolien vaihdon yhteydessä. Jännite valopuolalta oli n. 1/4 kaasulla reilut 13 VAC ilman 6V jännitteensäädintä ja reilut 7 VAC sen kanssa. Kovilla kierroksilla jännite nousi ilman säädintä vielä useita voltteja, joten 12V järjestelmä oli mahdollinen toteuttaa.

Oskilloskoopilla tutkittiin uuden valopuolan tuottamaa aaltomuotoa sen molemmista johtimista.

Valopuolan mittaus oskilloskoopilla maan (runko) ja itse tehdyn puolan johdon (väri B) välistä

Valopuolan mittaus oskilloskoopilla maan (runko) ja itse tehdyn puolan johdon (väri B) välistä

Oli epäilys, että tehollinen osuus aaltomuodosta on hyvin lyhyt ja laadukaskaan yleismittari ei ehdi sitä näkemään. Ohessa on kuva mittauksesta kuormittamattomalta valopuolalta ilman jännitteensäädintä, tyhjäkäynnillä. Yhden Y-akselin suuntaisen ruudun ollessa 10V, huipusta huippuun (peak-to-peak, pp) jännite on reilut 40 Vpp. Yhden X-akselin suuntaisen ruudun ollessa 5 ms, täysi aallon jaksonaika (T, yksikkö sekuntia) on n. 10 ms ja siten taajuus f = 1/T = 1/0,01s = 100 Hz. Taajuus vaihtelee luonnollisesti paljon kierrosluvun koko ajan muuttuessa. Oskilloskooppi laskee ja näyttää taajuuden myös itse ja kuvan tallennushetkellä taajuus oli n. 92 Hz.

Aaltomuoto on kaukana täydellisestä siniaallosta ja etenkin halvat, ei True RMS -yleismittarit ovatkin vaikeuksissa tällaisen muodon kanssa. Yksittäisen piikin pituus on n. 2,5…3 ms ja siksi tehollinen osuus on hyvin lyhyt yleismittarin mitatattavaksi.

Oskilloskooppimittaus valopuolalta ilman jännitteen säädintä, tyhjäkäynnillä.

Oskilloskooppimittaus valopuolalta, ilman jännitteensäädintä, kuormittamattomana, tyhjäkäynnillä.

Mopon kierroksia nostamalla taajuus luonnollisesti kasvaa, kun magneeton vauhtipyörä pyörii nopeammin ja magneettikenttä siksi ”leikkaa” puolan johtimia useammin aikayksikössä.

Valopuolan mittaus kuormittamattomana, puolikaasu

Oskilloskooppimittaus valopuolalta ilman jännitteensäädintä, kuormittamattomana, puolikaasu

Laitoimme mittauksen ollessa päällä valot päälle ja painoimme myös jarrupoljinta. Kuorman kanssa huipusta huippuun arvo putoaa radikaalisti. Samalla tosin aaltomuotokin järkevöityy.

Oskilloskooppimittaus valopuolalta, ilman jännitteen säädintä, valot ja jarruvalo päällä

Oskilloskooppimittaus valopuolalta ilman jännitteen säädintä, valot ja jarruvalo päällä

Energiaa ei synny tyhjästä (ks. sivu ”Sähköoppia mopoilijalle”). Kuorman kasvaessa valot imevät energiaa magneetosta ja magneettikentän ylläpitoon tarvittava lisäenergia jarruttaa magneettoa. Kierrokset laskevat ja bensiiniä kuluu.

3) Tasasähköpiiri säätimen jälkeen: akun latausjännitteen mittaus ilman akkua

Disclaimer: säädintä ja sähköjärjestelmää ei välttämättä ole tehty kestämään käyttöä ilman akkua. Säätimen toiminta saattaa vaatia sen, että akku on tasaamassa nopeita jännitteen muutoksia. Muut sähköjärjestelmän osat saattavat vioittua akuttoman käytön takia.

Otimme tietoisen riskin ja tutkimme akun latausjännitettä jännitteensäädin/tasasuuntaaja jälkeen suoraan latausjohdosta ilman akkua sekä yleismittarilla että oskilloskoopilla.

Yleismittarimittaus latausjohdosta ilman akkua tyhjäkäynnillä

Yleismittarimittaus latausjohdosta ilman akkua tyhjäkäynnillä

Yleismittarin DC-mittauksella saatiin tulos n. 4-5 V, mikä herätti ensin huolta siitä, onko jotain pielessä säätimessä ja/tai kytkennöissä. Kyseisellä jännitteellä kun akkua ei speksien mukaan ladata. Syyksi  arveltiin edellä mainittua yleismittarin hitautta ja siksi tehtiin oskilloskooppimittaus. Jos yleismittarissa on peak-to-peak tai peak-hold toiminnolla, sillä saa ehkä paremmin huippuarvoja esille. Huiput ovat ne, jotka lataavat akkua. Pitää muistaa että sellaisen siniaallonkin, jonka huiput  ovat 14 V, mittarin näyttämä tehollisarvo on vain noin 10 V.

Oskilloskooppimittaus DC-moodissa (DC coupling) samoista pisteistä paljasti erikoisen aaltomuodon. Yleismittari ei pysy tällaisen perässä. Saadusta käyrästä pitäisi laskea pinta-ala ja sitä kautta tehollisarvo. Tämä on hieman haastavampaa matematiikkaa. Tehollisarvo saattaa hyvinkin olla 4-5 V luokkaa, kun aaltomuoto käy jopa negatiivisen puolella.

Oskilloskooppimittaus latausjohdosta ilman akkua tyhjäkäynnillä

Oskilloskooppimittaus latausjohdosta ilman akkua tyhjäkäynnillä

Pitää myös muistaa, että akun ollessa irroitettuna mittausta häiritsee todennäköisesti moni asia. Tasasuuntauksen (tai mikä siellä säätimessä sitten onkaan; tyristori, zener-diodi, tms.) ’eristettynä’ olevaan  kelluvaan johtoon indusoituu varmasti häiriöitä mopon muista sähkösysteemeistä, valopuolan syöttämistä johdoista jne. Oskilloskoopin mittapää (probe) on niin suuri-impedanssinen että se ei ota virtaa ja siis kuormita käytännössä yhtään säädintä. Toisin sanoen, säädin ei näe mitään kuormaa.

Jotta mittaukseen saataisiin jotain tolkkua, akun tilalle pitää kytkeä kuormaa, joka tasoittaa haamujännitteet pois ja johdossa näkyy vain mitä säädin oikeasti antaa ulos. Esim. 150-200 ohmin vastus on sopiva. Laatikostamme löytyi 269 ohmin vastus ja kytkimme sen akun tilalle. Varo oikosulkemasta akun johtoja!

269 ohm vastus akun tilalla oskilloskooppimittauksessa.

269 ohm vastus akun tilalla oskilloskooppimittauksessa. Varo oikosulkemasta akun johtoja!

Nyt haamujännitteet katosivat ja alettiin saamaan järkevämpää aaltomuotoa, joka oli mm. kokonaisuudessaan positiivisella puolella Y-akselia. Kuvassa olevien piikkien huiput ovat nyt ne aaltomuodon osat, jotka oikeasti lataavat akkua. Akun sisäinen vastus on kuitenkin pienempi kuin 269 ohm testivastuksemme, joten latausjännite ei normaalikäytössä ole näin suuri.

Oskilloskooppimittaus 269 ohm vastuksen yli sen ollessa akun tilalla, tyhjäkäynti

Oskilloskooppimittaus 269 ohm vastuksen yli sen ollessa akun tilalla, tyhjäkäynti

Oskilloskooppimittaus 269 ohm vastuksen yli sen ollessa akun tilalla, puolikaasu

Oskilloskooppimittaus 269 ohm vastuksen yli sen ollessa akun tilalla, puolikaasu. Huomaa skoopin automaattinen alueen muutos jännitteen noustessa; nyt yksi pystyruutu Y-akselilla on 10V.

3) Akun jännitteen (latausjännite) mittaus akun ollessa kytkettynä

Mittasimme seuraavaksi akun yli olevan jännitteen (latausjännitteen) tyhjäkäynnillä ja puolikaasulla akun ollessa normaalisti kytkettynä sähköjärjestelmään. Edelleenkään, akku ei syöttänyt mitään laitetta, ts. se oli ilman kuormaa.

Tyhjäkäynnillä akku ei liiemmin lataudu, sillä jännite jää alle akun latausspeksin. Tämä tietenkin riippuu siitä, mihin tyhjäkäyntikierrokset on säädetty.

Yleismittarimittaus akun yli, tyhjäkäynti, ei kuormaa

Yleismittarimittaus akun yli, tyhjäkäynti, ei kuormaa

Oskilloskooppimittaus akun yli, tyhjäkäynti, ei kuormaa

Oskilloskooppimittaus akun yli, tyhjäkäynti, ei kuormaa

Jo neljänneskaasulla jännite nousee selvästi. Latausta tapahtuu varmasti viimeistään puolikaasulla.

Yleismittarimittaus akun yli, puolikaasu, ei kuormaa

Yleismittarimittaus akun yli, puolikaasu, ei kuormaa

Oskilloskooppimittaus akun yli, puolikaasu, ei kuormaa

Oskilloskooppimittaus akun yli, puolikaasu, ei kuormaa

Tutkimme myöhemmin akun latausvirtaa eri kuormilla ja päivitämme tulokset tähän artikkeliin.

Seuraavaksi on vuorossa mopon käyttöä tällä sähköjärjestelmällä ja lopulta valosähköjärjestelmän muutos, mikä tarkoittaa myös muutoksia tarvikejohtosarjaamme. Näistä artikkeli myöhemmin.

Mainokset

3 thoughts on “6V sähköjärjestelmän muuttaminen 12V järjestelmäksi – mittaukset

  1. Paluuviite: 6V sähköjärjestelmän muuttaminen 12V järjestelmäksi – johtosarjan muutokset | Suzuki PV 50 projekti

  2. Paluuviite: 6V sähköjärjestelmän muuttaminen 12V järjestelmäksi – kytkentäkotelo | Suzuki PV 50 projekti

  3. Paluuviite: 6V sähköjärjestelmän muuttaminen 12V järjestelmäksi – valosähköt, virtalukko | Suzuki PV 50 projekti

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s