ГОСТ Р ИСО 8854-2018 ТРАНСПОРТ ДОРОЖНЫЙ. ГЕНЕРАТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С РЕГУЛЯТОРАМИ НАПРЯЖЕНИЯ. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ И ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Road vehicles. Alternators with regulators. Test methods and general requirements

ОКС 43.060.50

Предисловие

1 Подготовлен Федеральным государственным унитарным предприятием "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ") и Обществом с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "Автоэлектроника" (ООО "НТЦ АЭ") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 56 "Дорожный транспорт"

3 Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 августа 2018 г. N 475-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 8854:2012 "Транспорт дорожный. Генераторы переменного тока с регуляторами напряжения. Методы испытаний и общие требования" (ISO 8854:2012 "Road vehicles - Alternators with regulators - Test methods and general requirements", IDT)

5 Введен впервые

Введение

Международная организация по стандартизации (ИСО) является всемирной федерацией национальных организаций по стандартизации (комитетов - членов ИСО). Разработка международных стандартов обычно осуществляется техническими комитетами ИСО. Каждый комитет-член, заинтересованный в деятельности, для которой был создан технический комитет, имеет право быть представленным в этом комитете. Международные правительственные и неправительственные организации, имеющие связи с ИСО, также принимают участие в работах. ИСО работает в тесном сотрудничестве с Международной электротехнической комиссией (МЭК) по всем вопросам стандартизации в области электротехники.

Процедуры, использованные для разработки настоящего стандарта и его дальнейшего технического обслуживания, описаны в директивах ИСО/МЭК, часть 2.

Основная задача технических комитетов состоит в подготовке международных стандартов. Проекты международных стандартов, принятые техническими комитетами, рассылаются комитетам-членам на голосование. Их опубликование в качестве международных стандартов требует одобрения не менее 75 % комитетов-членов, принимающих участие в голосовании.

Следует иметь в виду, что некоторые положения настоящего стандарта могут быть предметом патентных прав. ИСО не несет ответственность за идентификацию какого-либо одного или всех патентных прав.

Международный стандарт ИСО 8854 подготовлен Техническим комитетом ISO/TC 22 "Дорожный транспорт", подкомитет SC 3 "Электрическое и электронное оборудование".

Настоящее издание стандарта отменяет и заменяет первое издание (ISO 8854:1988), которое было технически пересмотрено.

Настоящий стандарт распространяется на генераторы переменного тока с регуляторами напряжения, предназначенные для использования с двигателями внутреннего сгорания колесных транспортных средств.

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

2.1 частота вращения ротора генератора n_G: Начальная частота вращения ротора генератора, обороты в минуту (мин^-1).

2.2 начальная эффективная частота вращения ротора генератора n_A: Частота вращения ротора генератора, обороты в минуту (мин^-1), при которой генератор начинает вырабатывать ток, в зависимости от нагрузки, ускорения вращения ротора, заряда аккумуляторной батареи, остаточной магнитной плотности и характеристик генератора.

2.3 эффективность η: Эффективность генератора, вычисленная на основании измеренных величин напряжения, тока, скорости и крутящего момента.

2.4 частота вращения ротора генератора n_L: Минимальная частота вращения ротора генератора, обороты в минуту (мин^-1), соответствующая числу оборотов двигателя на холостом ходу.

2.5 минимальная сила тока приложения I_L: Минимальная сила тока в амперах, который вырабатывается прогретым генератором при испытательном напряжении U_t и минимальной частоте вращения ротора генератора n_L.

2.6 номинальная сила тока I_R: Номинальная сила тока, в амперах, которую прогретый генератор отдает при частоте вращения ротора n_R = 6 000 мин^-1 и при испытательном напряжении U_t.

2.7 номинальная частота вращения ротора генератора n_R: Номинальная частота вращения ротора генератора, обороты в минуту (мин^-1), при которой генератор отдает номинальный ток I_R (принятое номинальное число оборотов n_R = 6 000 мин^-1).

2.8 тестовое напряжение U_t: Определенное значение напряжения в вольтах, при котором следует проводить измерения.

2.9 эффективность η_w: Среднее значение эффективности при различной частоте вращения ротора генератора.

2.10 частота вращения ротора генератора с нулевым увеличением n₀: Частота вращения ротора генератора, обороты в минуту (мин^-1), на которой генератор достигает конкретное испытательное напряжение U_t без выработки тока.

Примечание - При нанесении на рисунок это точка, в которой характеристика ток/скорость I = f(n) пересекает абсциссу.

Испытания следует проводить при температуре окружающей среды T_amb = (23 ± 5) °С.

Испытания следует проводить при атмосферном давлении от 84, 0 до 106, 7 кПа.

Значение атмосферного давления, при котором проводят испытания, должно быть зафиксировано.

Диапазон изменения частоты вращения ротора генератора при снятии характеристик должен быть указан в документации изготовителя.

Предельное отклонение частоты вращения ротора генератора при проведении испытаний должно быть (n_{G set} ± 5) мин^-1.

Предельное отклонение тока нагрузки при проведении испытаний должно быть (I_set ± 1, 0) А.

Измерительное оборудование должно обеспечивать измерения всех параметров, в пределах отклонений, указанных в таблице 1.

Параметр	Предел отклонений
Напряжение	± 0, 1 % измеряемой величины
Сила тока	± 0, 2 % измеряемой величины
Крутящий момент	± 0, 5 % номинального значения
Частота вращения	± 2 мин-1
Температура окружающей среды	± 1 °С
Атмосферное давление	± 5 кПа
Время испытания	± 1 с

Все измеренные параметры должны быть записаны на каждом этапе проведения испытаний.

Каждая запись данных должна содержать, как минимум, следующие измеренные значения:

n_{G actual} - частота вращения ротора генератора (реальное значение, равное измеренному значению);

I_{G actual} - сила тока, вырабатываемого генератором (реальное значение, равное измеренному значению);

U_G - напряжение генератора;

М - крутящий момент ротора генератора (если требуется);

T_amb - температура окружающей среды;

t_M - время получения измеренных значений от начала тестирования.

4.1.1 Скорость потока воздуха

Входной поток воздуха в месте установки генератора должен иметь постоянную скорость и иметь незамкнутый цикл. Максимально допустимая скорость потока должна быть не более 1 м/с.

4.1.2 Направление потока

Направление потока воздуха в месте установки генератора должно быть постоянным и непрерывным. Рекомендуемое направление потока воздуха - снизу вверх.

4.1.3 Измерение температуры окружающей среды

Точка измерения температуры находится у генератора на стороне расположения щеток на расстоянии (10 ± 1) см от выхода вала.

Датчик температуры должен иметь область чувствительности, ограниченную кубом с гранями длиной 20 мм.

Для проведения испытаний генератор должен быть подключен в соответствии с рисунком 1. В ходе испытаний зажигание должно быть в положении "вкл".

1 - лампа контроля нагрузки; 2 - D+ или L - контакты генератора; 3 - дополнительный конденсатор фильтра помех испытательного стенда; 4 - аккумуляторная батарея; 5 - замок зажигания (вывод 15); I_G - ток генератора; R_L - сопротивление нагрузки; U_G - напряжение генератора

Рисунок 1 - Схема подключения

4.2.1 Измерение напряжения

Вольтметр должен быть подключен непосредственно к выходным контактам генератора.

4.2.2 Конденсатор фильтра

Конденсатор следует подключить к выходным контактам генератора. Соединительный кабель должен быть как можно короче.

Тип конденсатора: электролитический.

Емкость: 68 000 мкф.

Соединительный кабель: кабель с медными жилами 2 x 4 мм² максимальной длиной 1 м.

Измерительная система регистрирует параметры, которые должны быть измерены. Напряжение, сила тока, частота вращения ротора и крутящий момент измеряются одновременно. Если параметры записываются последовательно, то промежуток времени между измерениями первого и последнего параметров должен быть не более 1 с.

Это измерение следует проводить при полной нагрузке. Генератор работает при полной нагрузке, когда скважность регулятора 100 %, т.е. когда достигается полный ток возбуждения.

Испытания проводят с применением устройства хранения мощности (например, свинцово-кислотный аккумулятор, литий-ионный аккумулятор).

Измерения следует проводить с использованием внутреннего или внешнего регулятора напряжения.

Чтобы предотвратить повреждения регулятора напряжения во время испытаний, замеры должны производиться при следующих испытательных напряжениях:

- (13, 5 ± 0, 1) В для 12-вольтных систем;

- (27 ± 0, 2) В для 24-вольтных систем.

Примечание - Измерения при других напряжениях не являются обязательными.

5.1.1 Рабочие тесты. Частоты вращения и точки измерения

Измерение силы тока производится при частотах вращения (мин^-1), указанных ниже. На каждой рабочей точке генератор должен достичь равновесия температуры в установившемся режиме, прежде чем текущие значения зафиксированы.

Упрощение измерений обеспечивают путем установления времени удержания для каждой рабочей точки: 1500 - 1800 - 2000 - 2500 - 3000 - 3500 - 4000 - 5000 - 6000 - 8000 - 10000 - 12000 - n_max.

Мощность, выработанная генератором, рассчитывается в этих точках измерения.

Характеристики тока/частоты вращения указываются в следующих четырех моментах:

a) Частота вращения начала генерации n_А

Медленно увеличивают частоту вращения генератора (от 50 до 100 мин^-1/с), пока системный индикатор заряда указывает на начало зарядки батареи, и записывают эту скорость.

b) Частота вращения без нагрузки n₀ (косвенные измерения)

Уменьшают частоту вращения ротора генератора до тока выходного генератора между 5 % I_R и 2А, но не менее, чем 2А. Измеряют частоту вращения и ток. Так как снятие характеристики начинают с тока нагрузки, то эта точка получается экстраполяцией снятой характеристики до пересечения с осью абсцисс.

c) Ток холостого хода I_L

Настраивают генератор на частоту вращения, соответствующую частоте вращения холостого хода двигателя (обычно n_L = 1800 мин^-1), и записывают выходной ток генератора I_L.

d) Номинальный ток I_R

Следует отрегулировать частоту вращения n_R = 6000 мин^-1 и записать выходной ток генератора I_R.

5.1.2 Короткий тест

5.1.2.1 Короткий теплый тест

Генератор должен быть разогрет до достижения теплового равновесия при фиксированной частоте вращения и температуре окружающей среды T_amb.

Напряжение должно быть постоянным и равным испытательному напряжению U_t, во время разогрева и всего периода измерения.

Измерения тока должны быть проведены при следующих значениях частоты вращения в оборотах в минуту (мин^-1): 1500 - 1800 - 2000 - 3000 - 4000 - 6000 - 8000 - 10000 - 12000 - n_max.

Время проведения измерений после прогрева не должно превышать 30 с, после изменения частоты вращения.

Время прогрева и частота вращения должны соответствовать спецификациям производителя транспортного средства (типичные значения от 20 до 45 мин при 3000; 5000 и 6000 мин^-1).

5.1.2.2 Короткий холодный тест

Все части и узлы генератора должны иметь температуру окружающей среды, значение которой должно быть (23 ± 5) °С.

Текущие измерения должны быть проведены при температуре окружающей среды Т_amb = (23 ± 5) °С при следующих значениях частоты вращения в оборотах в минуту (мин^-1): 1500 - 1800 - 2000 - 3000 - 4000 - 6000 - 8000 - 10000 - 12000 - n_max.

Время проведения измерений после прогрева не должно превышать 30 с, после изменения частоты вращения.

При тестировании ток должен поддерживаться на постоянном уровне путем регулирования нагрузки R_L. Напряжение поддерживается с помощью регулятора. Скважность регулятора должна быть не менее 100 %.

Генератор должен проработать на номинальной частоте вращения и номинальном токе до тех пор, пока температура регулятора не станет устоявшейся. Затем нагрузка медленно уменьшается до 5 А, и проводится проверка, чтобы убедиться, что выходное напряжение не поднимается выше напряжения генератора, указанного поставщиком.

Примечание - Настройка регулятора определяется производителем автомобиля.

Режим "сброса нагрузки" - это пик напряжения, вызванный электромагнитной энергией, запасенной в генераторе, и сбросом нагрузки или обрывом провода. Критический сброс нагрузки для генератора - это сброс большой нагрузки на высокой частоте вращения. Время сброса нагрузки измеряется как время от сброса нагрузки до возвращения регулятора в предыдущее состояние (см. рисунок. 3).

5.4.1 Условия измерения

5.4.1.1 Общие положения

Измерения проводят с помощью осциллографа или аналогичного оборудования. Провода должны быть подключены напрямую к генератору так, чтобы сопротивление было менее 10 мОм. Выводы регулятора должны быть соединены так, чтобы генератор работал на полную нагрузку (рисунок 2).

1 - контрольная лампа нагрузки; 2 - D+ или L - контакты генератора; 3 - переключатель В; 4 - переключатель А; 5 - замок зажигания, вывод 15; 6 - устройства хранения; I_G - ток генератора; R_el - электронное управление нагрузкой испытательного стенда; R_L - сопротивление нагрузки; U_G - генератор напряжения

Рисунок 2 - Схема подключения

5.4.1.2 Полный сброс нагрузки (до 0 В, обрыв кабеля)

Условия измерения в случае полного сброса нагрузки (до 0 В, обрыв кабеля) должны быть следующими:

- частота вращения ротора генератора (достигает максимума): n_G равна частоте вращения при стабильном и максимальном выходном токе, при устоявшейся температуре генератора (см. 5.1.1);

- электрическая нагрузка: полная нагрузка при устоявшейся температуре нагрузочного сопротивления;

- температура окружающей среды: T_amb = (23 ± 5) °С;

- рабочее напряжение: U_G = (13, 5 ± 0, 1) В (для других напряжений см. 5.1);

Примечание - U_G - это рабочее напряжение до сброса нагрузки.

- сброс нагрузки: до I_G = 0 А.

5.4.1.3 Частичный сброс нагрузки (до определенной нагрузки)

Условия измерения в случае частичного сброса нагрузки (до определенной нагрузки) должны быть следующими:

- частота вращения ротора генератора (достигает максимума): n_G равна частоте вращения при стабильном и максимальном выходном токе, при устоявшейся температуре генератора (см. 5.1.1);

- электрическая нагрузка: полная нагрузка, при устоявшейся температуре нагрузочного сопротивления;

- температура окружающей среды: T_amb = (23 ± 5) °С;

- рабочее напряжение: U_G = (13, 5 ± 0, 1) В (для других напряжений, см. 5.1).

Примечание - U_G - это рабочее напряжение до сброса нагрузки.

Сопротивление остаточной нагрузки вычисляют по формуле

R_L=U_G/(20% от I_R).

(1)

Для сравнения однотипных генераторов необходимо использовать одинаковые абсолютные значения силы тока, составляющие 20 % от номинального тока (I_R).

После измерений генератор должен быть работоспособным.

5.4.2 Измерения при плавном снижении нагрузки

5.4.2.1 Плавное снижение нагрузки до 0 А

Измерения в случае плавного снижения нагрузки до 0 А будут следующей:

- переключатель В открыт;

- переключатель А (время открытия < 20 мс):

Закрыт	Открыт	Закрыт	Открыт	Закрыт	Открыт
При устоявшейся температуре генератора	2-3 с	> 10 с	2-3 с	> 10 с	>2 с

Циклы должны быть последовательны.

5.4.2.2 Частичный сброс нагрузки до определенной нагрузки

Последовательность измерений в случае частичного сброса нагрузки до определенной нагрузки должна быть следующей:

- переключатель В закрыт, R_L доводят до соответствующего значения;

- переключатель А (время открытия < 20 мс):

Закрыт	Открыт	Закрыт	Открыт	Закрыт	Открыт
При устоявшейся температуре генератора	2-3 с	> 10 с	2-3 с	> 10 с	> 2 с

Циклы должны быть последовательны.

5.4.3 Результаты

Напряжением сброса нагрузки U_max считается максимальное напряжение, которое измеряется в трех циклах, показанных в таблицах выше. Время сброса нагрузки t_{load dump} принимается как длительность от сброса нагрузки до возвращения регулятора в предыдущее состояние (см. рисунок 3). Оба значения должны быть записаны.

1 - условия регулятора без аккумулятора и нагрузки; t - время в секундах; t_{load dump} - время сброса нагрузки в секундах; U_G - напряжение генератора в вольтах; U_max - напряжение сброса нагрузки в вольтах

Рисунок 3 - Пример кривой напряжения сброса нагрузки

Пульсация напряжения является переменной частью (АС) напряжения, генерируемого генератором.

Соответствующие данные, которые должны быть измерены, - это время основной пульсации и пики, вызванные заменой диодов.

Во время измерения регулятор должен быть полностью активирован и не должен влиять на результат.

5.5.1 Условия измерения

Выводы регулятора соединяют, как указано в каждом конкретном случае, чтобы генератор работал на полную нагрузку (рисунок 4).

1 - лампа контроля нагрузки; 2 - аккумулятор; 3 - провода; 4 - генератор; I_G - ток генератора; R_L - сопротивление нагрузки; U_G - напряжение генератора

Для L1, L2, q1 и q2 см. таблицу 2.

Рисунок 4 - Измерительные провода. Колебания напряжения

Провода	Индуктивность проводов, μH	Длина L1, м	Поперечное сечение q1, мм2	Длина L2, м	Поперечное сечение q2, мм2
12-вольтная система
Короткий	2, 2 ± 0, 2	2, 0	25	1, 5	50
Длинный	4, 0 ± 0, 2	4, 0	50	1, 5	50
24-вольтная система
Короткий	4, 0 ± 0, 2	4, 0	50	1, 5	50
Длинный	10, 0 ± 0, 2	13, 5	50	1, 5	50

Батарея должна быть новая и полностью заряжена (заряд 100 %), следующим образом:

- для 12-вольтной системы: 12 В, стандартная аккумуляторная батарея (например, 40 А•ч);

- для 24-вольтной системы: 24 В, стандартная аккумуляторная батарея (например, 150 А•ч).

Емкость аккумулятора записывают.

Провода В+ и В- располагают параллельно и близко друг к другу. Аккумуляторную батарею и генератор отсоединяют, выводы нагрузки подключают. Индуктивность жгута проводов должна соответствовать указанной в таблице 2. Расстояние между кабелями регулируют до достижения требуемой индуктивности.

Измерение тока проводят без изменения индуктивности жгута проводов (например, с учетом пробника тока). Измерительный прибор подключают к В-.

Измерение тока осуществляют при соблюдении следующих условий:

- сопротивление нагрузки: нагрузка с резистивным и линейным поведением;

- температура: T_amb = (23 ± 5) °С;

- рабочее напряжение: U_G = (13, 5 ± 0, 1) В (для других напряжений, см. 5.1).

5.5.2 Последовательность измерений

Измерения выполняют следующим образом:

- частота вращения ротора генератора: 1800; 3000; 6000; 9000; 12000; 15000 мин^-1 или n_max;

- для каждой частоты вращения корректируют сопротивление нагрузки R_L так, чтобы генератор работал при полной нагрузке, т.е. напряжение U_G соответствовало указанному в 5.1;

- измерения проводят при устоявшейся температуре генератора;

- количество зафиксированных колебаний напряжения должно соответствовать количеству пар полюсов, р (р = 6; 8 ...);

- частота измерения должна быть такой, чтобы отображались все пиковые напряжения.

t - время в миллисекундах; U_G - напряжение генератора в вольтах; U_PP - разность пиковых напряжений U_Gmax и U_Gmin

Рисунок 5 - Схематический вид колебаний напряжения (р = 6)

5.5.3 Результаты

Представление результатов - это огибающая кривая (см. рисунок 6).

1 - колебания напряжения; n_max - частота вращения в оборотах в минуту; U_G - напряжение генератора в вольтах; U_PP - разность пиковых напряжений U_Gmax и U_Gmin

Рисунок 6 - Пример схематического вида измеренных результатов

Тестирование включает в себя измерение параметров, установленных в разделе 3 на определенных рабочих точках (см. таблицу 3). Рабочие точки устанавливают в определенном порядке и последовательности и поддерживают на постоянном уровне в течение времени их тестирования.

Рабочая точка	Время тестирования tD, с	Частота вращения nG, мин-1	Ток генератора IG, А
1	1200	1800
2	1200	3000	IR/2
3	600	6000	IR/2
4	300	10000	IR/2

В каждой рабочей точке генератор достигает установившейся температуры. В целях упрощения измерений это обеспечивается определенным временем тестирования, указанным для каждой рабочей точки (см. таблицу 3).

Ток генератора является одинаковым для всех четырех рабочих точек и должен сохраняться постоянным в течение всего времени испытания.

Сила тока определяется как половина номинального тока I_R.

Вал генератора должен иметь прямое соединение с приводящим устройством без радиального усилия.

Если генератор не может обеспечить половину номинального тока (I_R/2 А) при 1800 мин^-1, значение КПД при 1800 мин^-1 измеряют при полной нагрузке с заданным напряжением, как указано в 5.1.

В каждой рабочей точке i эффективность (КПД) η_i в процентах вычисляют по формуле

,

(2)

где U_i - напряжение в рабочей точке i в вольтах;

I_i - это ток в рабочей точке i в амперах;

M_i - крутящий момент в рабочей точке i в ньютон-метрах;

n_i - частота вращения в рабочей точке i в оборотах в минуту.

Средневзвешенную эффективность η_w в процентах вычисляют по формуле

,

(3)

где η_i - эффективность в рабочей точке i в процентах;

h_i - частота в рабочей точке i, как в таблице 4.

Рабочая точка i	Частота вращения, мин-1	Частота hi
1	1800	h1
2	3000	h2
3	6000	h3
4	10000	h4

Частоту h_i настраивают под потребности производителя и регион.

Обычно используемые частоты для европейского региона: h₁ = 0, 25; h₂ = 0, 40; h₃ = 0, 25; h₄ = 0, 10.

Измерения тока/частоты вращения и характеристики полученной мощности должны быть представлены в соответствии с рисунком 7.

В результате испытаний, проведенных по методикам, описанным в 5.1.1 и 5.1.2, будут получены различные параметрические кривые, поэтому производитель должен указать, какой метод испытаний должен быть использован.

1 - ток; 2 - выходная мощность output power; 3 - эффективность; n - частота вращения ротора генератора в оборотах в минуту; n₀ - скорость нулевой амплитуды в оборотах в минуту; n_R - номинальная скорость = 6000 мин^-1; I - ток в амперах; I_R - номинальный ток в амперах; Р - выходная мощность в киловаттах; η - эффективность в процентах

Рисунок 7 - Представление результатов

Библиография

[1]	ISO 3745	Acoustics - Determination of sound power levels and sound energy levels of noise sources using sound pressure - Precision methods for anechoic rooms and hemi-anechoic rooms
[2]	ISO 7637-2	Road vehicles - Electrical disturbances from conduction and coupling - Part 2: Electrical transient conduction along supply lines only
[3]	ISO 16750-2	Road vehicles - Environmental conditions and testing for electrical and electronic equipment - Part 2: Electrical loads