"Maskinistskolen": Motorens el-anlegg

"Maskinistskolen"

Motorens

el-anlegg

Av Tim Barlett
Norsk bearbeidelse og foto: Ingvar Johnsen

I motsetning til bensinmotoren, som tenner drivstoff/luftblandingen med en elektrisk gnist, kan en dieselmotor starte og gå uavhengig av strøm. For mange er dette en viktig årsak til å velge nettopp dieselmotoren. En sprut saltvann på det gale stedet i en bensinmotor, kan bety at motoren stopper fordi spenningen sniker seg forbi tennpluggene og velger en annen vei.
Men det elektriske anlegget er også viktig for en marinediesel. Både til start, motorkontroll og som kraftverk til alle strømbrukerne som er i en moderne båt.

Basissystemet

Det skal muskler til for å starte selv den enkleste dieselmotoren manuelt. Det skal også mye strøm til for å gjøre den samme jobben elektrisk. En startmotor som skal dra i gang en 200 hesters diesel, spiser fort noen hundre ampere, men over så kort tid at et normalt friskt startbatteri kan klare mange starter uten å bli utladet.
Et basissystem for en dieselmotor vil derfor bestå av et batteri, en starter, en generator til å lade batteriet og en regulator som skal sørge for korrekt ladespenning. En bryter må til for å kople inn startmotoren. Ingen ordinær bryter klarer å operere så mye strøm som skal til for å starte. Derfor styrer bryteren på instrumentbordet et relé eller en magnetbryter som er spesialbygget for disse store strømstyrkene. Systemet vil antakelig også ha en ladelampe, som vil fortelle om feil på ladesystemet. På en motor med indirekte innsprøytning vil du også finne en eller annen form for kaldstarthjelp (gløding).

Å lage og bruke strøm

Generatorer og elektriske motorer fungerer på grunn av det nære slektskapet mellom elektrisitet og magnetisme som kan forklares slik at hvis du beveger en kabel i et magnetfelt, vil du "lage" elektrisitet. Hvis du derimot lar elektrisitet strømme gjennom en kabel i et magnetfelt, vil dette lage bevegelse.
En enkel generator vil kunne se ut som på figur 1 a, der en spole med koppertråd er viklet rundt en kjerne som beveger seg mellom to magneter. Når denne går rundt, passerer spolen med kopperviklingene gjennom magnetfeltet og produserer elektrisitet. Elektrisiteten fraktes fra en metallring, via karbonbørster til kablene som fører strømmen ut dit den skal brukes som på figur 1b. Ulempen med dette systemet er at ettersom viklingene på kjernen passerer opp gjennom magnetfeltet den ene veien og ned den andre veien, vil elektrisiteten som produseres skifte retning hele tiden. Vekselstrømmen (alternating current, eller AC som du finner igjen på måleinstrumenter m.m.) er ubrukelig til å lade et batteri. Du trenger altså en strøm i "enveiskjøring" kjent under navnet likestrøm (direct current eller DC).
En måte å løse dette på er vist på figur 1c. I stedet for to av de ovennevnte ringene til å frakte elektrisiteten, brukes kun en og denne er splittet på tvers, slik at hver gang strømmen reverseres, skjer det samme mellom viklingene og "verden utenfor". Resultatet er en "hakkete", men en "enveiskjørt" strøm, og vår vekselstrømsgenerator er blitt en likestrømsdynamo.

Det virkelige liv

I virkeligheten er en dynamo mye mer komplisert enn vår demoskisse. Komponenten som spinner rundt i midten, rotoren, er bygget opp av mange spoler av koppertråd som er viklet rundt en kjerne av mykt stål, koplet til to deler av deleringen i messing på hver sin side av statoren. Figur 1d. Dette er for å lage en stabil strøm, der strømmen fra en spole øker, mens den andre reduseres.
Den andre vesentlige forbedringen er at man i stedet for å bruke permanente magneter for å skape magnetfeltet, brukes det elektromagneter der magnetismen blir produsert av spoler kalt feltviklinger som er lagt rundt en kjerne av mykt stål. Det kan virke bakvendt at man bruker strøm for å lage strøm, men dette gjør at man oppnår fordelen ved å kunne regulere spenningen fra generatoren uten at man behøver å forandre omdreiningshastigheten. En separat komponent som kalles regulatoren sørger for dette ved å "føle" hvor mye spenning som behøves, og ved å regulere spenningen på bakgrunn av dette.

Startmotoren

Hvis vi skulle finne på å kople konstruksjonen på figur 1c til et batteri, ville det bli en motor fordi strømmen som starter å gå gjennom spolene ville skape et magnetfelt som ville reagere med det andre magnetfeltet. Dette vil gjøre at motoren begynner å gå rundt.
I det virkelige liv, er startmotoren på mange vis den samme konstruksjonen som en generator. Hvis du tok den fra hverandre, ville du finne de samme typene viklinger med den samme typen overføringssystem via børster.

Dynastarteren

En motor og en dynamo har med andre ord stort sett samme konstruksjon og noen motorer - spesielt de eldre - har en enhet som utfører både starting og lading - kalt en dynastarter. Dessverre er ikke en bra motor en god dynamo og omvendt. Derfor er disse en sjeldenhet i våre dager, men fortsatt finner du dem i mange norske tresnekker med motorer fra for eks FM, Marna, Sabb o.s.v.

Den moderne generatoren

Likestrømsdynamoen er etterhvert blitt historie, og den moderne generatoren har overtatt. I praksis kan du si at en moderne generator er en dynamo som er “vrengt” eller snudd med innsiden ut, der de spolene som lager strøm er montert på en fast ikke bevegelig stator mens feltviklingene er montert på en roterende rotor for å lage et bevegelig magnetfelt. Men i stedet for å bruke børstesystemet og en strømvender for å lage likestrøm, har den en fordeler og en elektronisk likeretter uten bevegelige deler (Likeretterbru).
Det er viktig å huske på at den moderne generatoren fort blir ødelagt hvis den får gå uten at den har noe sted å gjøre av strømmen. Kople aldri en generator fra batteriene mens motoren går. Vær helt sikker på at motoren virkelig er stoppet før du vrir hovedbryteren til “off” eller “av” stilling.

Solenoid eller magnetbryter

En solenoid eller magnetbryter er rett og slett en elektrisk bryter som består av magnetspole rundt et s
bløtjernstempel. Når strømmen går gjennom spolen, blir den en magnet som trekker stempelet inn i seg selv. Denne trekkraften kan ha alle mulige funksjoner på en båtmotor. Den kan for eksempel brukes til å stoppe drivstofftilførselen. Dette gjør at motoren kan stoppes fra førerplassen, eller til å lukke og åpne en bryter som klarer å betjene den store strømmen mellom batteriet og starteren.
På lettere motorer som for eksempel mindre bensinmotorer, er dette det eneste startersolenoiden gjør - den tillater strøm å komme til startmotoren. Den fysiske koplingen mellom startmotor og hovedmotor gjøres av et arrangement kalt bendixen. Denne består av et tannhjul (ofte kalt pinjong) som kan bevege seg opp og ned på et dreid spiralspor på en aksel på startmotoren.
Når startmotoren ikke går, blir tannhjulet holdt inn mot motorhuset med en fjær. Når startmotoren begynner å gå rundt, er tregheten i tannhjulet såpass stor at det nøler litt med å følge med rundt. På en liten del av et sekund går den saktere rundt enn akselen. Som et resultat av dette, skrur akselen seg gjennom tannhjulet som tvinges fra motorhuset til det går i inngrep med “tannkransen” eller “startkransen” som er et stort tannhjul på motorens svinghjul. Med en gang motoren starter, gir denne startkransen tannhjulet på bendixen større fart enn startmotoren slik at det motsatte skjer. Tannhjulet skrur seg tilbake på akselen slik at det slipper inngrepet med startkransen og derved motoren.
Mange dieselmotorer har en noe kraftigere mekanisme. Her gjør solenoiden to jobber. Den første delen av bevegelsen til magnetstempelet blir brukt til å skyve starttannhjulet i inngrep med startkransen. Først når denne er i inngrep, kan stempelet fullføre sin bevegelse og åpner for strømmen til startmotoren.

Batterier

En av universets fundamentale lover er at energi ikke kan lages eller ødelegges - den kan bare konverteres fra en form til en annen. Det er hva en motor gjør. Den konverterer den kjemiske energien i drivstoffet til mekanisk energi og varme. I prinsippet omgjør et batteri elektrisk energi til kjemisk energi når det lades. Energien lagres kjemisk og omgjøres til elektrisk energi når dette forlanges. For båtbruk er det fortsatt bly/syrebatteriene som er ledende. Lettere og mer effektive batterier har konstruktørene drømt om og forsket på i årevis. Noen er kommet med bedre batterikonstruksjoner, men de er fortsatt alt for dyre og det er fortsatt langt igjen.
Inne i et konvensjonelt batteri er det flere lag/celler med blyplater. “Svampbly” er minusplatene mens plussplatenes “arbeidsdel” består av blydioksid. Disse står senket i et bad av svovelsyre. Syren anstrenger seg for å reagere med begge typer plater og prøver å omdanne dem til blysulfat mens syren “konverterer” til vann. Denne prosessen gjør grovt sett om den elektrisiteten generatoren har ladet inn i platene til elektrisitet vi kan bruke lenge etter at motoren og generatoren har stoppet. Når prosessen har gått langt nok, er syren i batteriet så tynn at prosessen er stoppet og batteriet er flatt. Det positive med systemet er at prosessen inne i batteriet kan reverseres slik at vi kan fylle det igjen. Ved å pumpe elektrisitet inn i batteriet igjen, lagres denne til kjemisk eller elektrokjemisk energi, og vi kan fylle lageret igjen.
Ingen ting er perfekt, dessverre, og en ulempe ved systemet er at ikke all blysulfaten lar seg konvertere hver gang, så evnen til å holde på ladingen begynner å bli dårligere allerede fra første gangen du tar batteriet i bruk. Vi skal komme nærmere tilbake til dette i en senere artikkel.

Sikringer og brytere

Sender du en elektrisk strøm gjennom en kabel, blir den varm. Jo mer strøm og tynnere kabel, jo varmere vil den bli. For å forhindre overheting og brann i systemet, skal man bruke kabler med en diameter stor nok til at varmen får anledning til å “flykte” naturlig. For å være sikker på at dette nivået aldri stiger over et sikkerhetsmessig forsvarlig nivå, er det alltid en sikring av vanlig type eller automatsikringer.
En sikring er en tynn metalleder bygget inn i en strømkrets som det svakeste leddet slik at den vil “gå” og bryte strømmen før resten av systemet vil ta skade. Automatsikringer tar nå over mer og mer ombord i båter. De er dyre, men er ofte koplet sammen med den manuelle bryteren til kretsene, slik at selve bryteren slås av automatisk når kretsen blir overbelastet.
Både vanlige sikringer og automatsikringer kan enkelte ganger ryke uten grunn. La deg ikke friste til å erstatte en gåen sikring med en kraftigere eller å stoppe automatsikringen med en fyrstikk eller liknende. Finn ut hva som skjer først.

Gjør det selv

Sikkerhet

Selv om voltstyrkene på anlegget ombord ikke gir de samme støtene som hjemme, er båtanleggene fullt kapable til å forårsake brann, eller lage gnister som kan være farlige - for eksempel ved en bensinlekkasje. Skru alltid av båtens hovedbryter før du skal jobbe i området rundt starteren eller generatoren, eller hvis du fysisk skal fjerne batterikablene fra batteriene. Tillat aldri ledende materialer som verktøy o.s.v. å komme i kontakt med begge batteripolene samtidig. Dekk til batteripolene når du skal jobbe i nærheten av batteriene. Dekk den ene polen hvis du jobber med den andre. Batteriene gir fra seg knallgass når de lades. Batteribokser skal ha skikkelig lufting. Husk høyt plassert ventilasjon for å ta tak i gassene som er lettere enn luft. Aldri røyk eller lag gnister i nærheten av et batteri. Batterisyre er sterkt etsende. Skulle du være uheldig å søle, skyll med mye vann umiddelbart.

Sjekke eller skifte kileremmer

Alternator, generator eller dynamo drives vanligvis av en kilerem (eller to) som får kraft fra en skive på veivakselen. Ofte driver den samme remmen vannpumpen, så hvis remmene sklir eller ryker, mister du både strømmen og får overheting samtidig. Hvis kileremmen er for stram, vil den gi så mye sideveis belastning på generator og pumpe at slitasjen på disse blir for stor eller at kileremmen ryker på kortere tid enn du hadde beregnet.

A: En gang i sesongen, eller ved hver 100 timers gange, sjekk om kileremmen har sår eller er frynsete. Sjekk strammingen ved å kjenne forsiktig med hånden der remmen er lengst mellom to av remhjulene. Hvor mye slakk den skal ha, finer du i håndboken, men vanligvis er det i overkant av en centimeter.

B: Juster remmen ved å løsne boltene som holder generatoren på plass. Ikke ta dem helt av, bare løsne forsiktig. Sett ett eller annet mellom generatoren og motoren - en vannpumpetang, stor skrutrekker eller et hammerskaft og stram generatoren til kileremmene har riktig stramming.

C: Hvis du må skifte en slitt, røket eller gjennomfettet rem som sklir, løsne generatoren helt og trykk den helt inn til motoren. Fjern den eller de gamle remmene. Bruk en avfetter eller remspray på remmen hvis den bare er fettete, eller skift til ny. Rens alle remskivene godt for skitt og korrosjon før du setter på de nye remmene og justerer. Det er viktig å sjekke strammingen etter et par timers kjøring.

Ettersyn av batteriene

A: Kontroller batteriets tilstand innimellom. En syremåler er grei, men ikke helt pålitelig. Det er bedre å bruke et multimeter og måle batteriets hvilespenning. Denne skal være 12,7 volt. Alt lavere enn det er tegn på sviktende tilstand.

B: Rens også batteripolene innimellom. Skrap av alt belegg, vask gjerne med varmt vann og såpe før du renser polene med en gryteskrubb eller stålbørste.

C: Gi polene en skikkelig sprut med kontaktspray, og dekk dem til med egnet fett, gjerne syrefri vaselin, for å holde unna fuktighet.

D: Etterfyll med batterivann - ikke vann fra springen. Har du et godt ladesystem og ligger med landstrøm, skal du være ekstra nøye med å kontrollere syrenivået.