Trójfazowe obwody regulatora napięcia motocykla

Trójfazowe obwody regulatora napięcia motocykla

W poście omówiono listę prostego trójfazowego obwodu regulatora napięcia motocyklowego sterowanego PWM, który można wykorzystać do sterowania napięciem ładowania akumulatora w większości jednośladów. Pomysł został zgłoszony przez pana Juniora.



Specyfikacja techniczna

witam, nazywam się junior, mieszkam w Brazylii i pracuję przy produkcji i odzyskiwaniu napięcia motocykla prostownika i byłbym wdzięczny za pomoc u, potrzebuję trójfazowego obwodu regulatora mosfet do motocykli, napięcie entreda 80-150 woltów, korret Maksymalne 25A, maksymalne zużycie systemu 300 watów,

Czekam na powrót
do.
junior





Projektowanie

Proponowany trójfazowy obwód regulatora napięcia motocyklowego dla motocykla można zobaczyć na poniższym schemacie.

obwód stabilizatora napięcia alternatora motocykla

Schemat jest raczej łatwy do zrozumienia.



Wyjście 3-fazowe z alternatora jest sekwencyjnie podawane na trzy tranzystory mocy, które zasadniczo działają jak urządzenia manewrowe dla prądu alternatora.

Jak my to wszystko robimy, uzwojenie alternatora mogłoby zostać poddane ogromnym odwrotnym EMF, do takiego stopnia, że ​​mogłoby dojść do zerwania osłony izolacyjnej uzwojenia i jego trwałego zniszczenia.

Regulacja potencjału alternatora metodą przetaczania lub zwarcia do masy pomaga w utrzymaniu potencjału alternatora pod kontrolą bez powodowania w nim negatywnych skutków.

Kluczowe znaczenie ma tutaj synchronizacja okresu bocznikowania, która bezpośrednio wpływa na wielkość prądu, który może ostatecznie dotrzeć do prostownika i do ładowanego akumulatora.

Bardzo prosty sposób kontrolowanie okresu manewrowania polega na kontrolowaniu przewodzenia trzech BJT podłączonych do 3 uzwojenia alternatora, jak pokazano na schemacie.

Zamiast BJT można również zastosować mosfety, ale mogą być one droższe niż BJT.

Metoda jest implementowana przy użyciu pliku prosty obwód PWM 555 IC.

Zmienne wyjście PWM ze styku 3 układu scalonego jest stosowane do podstaw BJT, które z kolei są zmuszone do prowadzenia w kontrolowany sposób w zależności od cyklu pracy PWM.

Skojarzona pula z Obwód IC 555 jest odpowiednio dostosowana w celu uzyskania prawidłowego średniego napięcia RMS dla ładowanego akumulatora.

Metoda pokazana w trójfazowym obwodzie regulatora napięcia motocykla przy użyciu mosfetów może być również wdrożona dla pojedynczych alternatorów, aby uzyskać identyczne wyniki.

Regulacja napięcia szczytowego

W powyższym obwodzie można zastosować funkcję regulacji napięcia szczytowego, zgodnie z poniższym schematem, w celu utrzymania bezpiecznego poziomu napięcia ładowania dla podłączonego akumulatora.

Jak widać, linia uziemienia IC 555 jest przełączana przez NPN BC547, którego podstawa jest kontrolowana przez napięcie szczytowe z alternatora.

Kiedy napięcie szczytowe przekracza 15 V, BC547 przewodzi i aktywuje obwód IC 555 PWM.

Tranzystor MOSFET przewodzi teraz i zaczyna bocznikować nadmierne napięcie z alternatora do masy, z szybkością określoną przez cykl pracy PWM.

Proces ten zapobiega przekroczeniu tego progu przez napięcie alternatora, zapewniając w ten sposób, że akumulator nigdy nie zostanie przeładowany.

Tranzystor to BC547, a kondensator pin5 to 10nF

System ładowania akumulatorów motocyklowych

Drugi projekt przedstawiony poniżej to Prostownik plus Regulator do trójfazowego systemu ładowania motocykli. Prostownik jest pełnookresowy, a regulator bocznikowy.

Autor: Abu Hafss

System ładowania motocykla różni się od tego w samochodach. Alternator napięcia lub prądnica w samochodach są typu elektromagnetycznego, które są dość łatwe do regulacji. Natomiast generatory w motocyklach są typu z magnesami trwałymi.

Napięcie wyjściowe alternatora jest wprost proporcjonalne do prędkości obrotowej, tj. Przy wysokich obrotach alternator będzie wytwarzał wysokie napięcie powyżej 50 V, dlatego też regulator staje się niezbędny do ochrony całego układu elektrycznego, a także akumulatora.

Niektóre małe rowery i trójkołowce, które nie jeżdżą z dużą prędkością, mają tylko 6 diod (D6-D11) do rektyfikacji pełnej fali. Nie wymagają regulacji, ale te diody są bardzo amperowe i podczas pracy rozpraszają dużo ciepła.

W rowerach z odpowiednio regulowanymi systemami ładowania stosuje się zwykle regulację bocznikową. Odbywa się to poprzez zwieranie uzwojeń alternatora na jeden cykl przebiegu prądu przemiennego. SCR lub czasami tranzystor jest używany jako urządzenie bocznikowe w każdej fazie.

Schemat obwodu

Prostownik plus regulator do 3-fazowego systemu ładowania motocykli

Działanie obwodu

Sieć C1, R1, R2, ZD1, D1 i D2 tworzy obwód wykrywania napięcia i jest zaprojektowana do wyzwalania przy około 14,4 wolta. Gdy tylko układ ładowania przekroczy to napięcie progowe, T1 zaczyna przewodzić.

To wysyła prąd do każdej bramki trzech tyrystorów S1, S2 i S3, poprzez rezystory ograniczające prąd R3, R5 i R7. D3, D4 i D5 są ważne, aby odizolować bramy od siebie. R4, R6 i R8 pomagają w odprowadzaniu ewentualnych wycieków z T1. S1, S2 i S3 powinny być rozproszone i odizolowane od siebie za pomocą izolatora mikowego, jeśli używany jest wspólny radiator.

W przypadku prostownika istnieją trzy opcje:

a) Sześć diod samochodowych

b) Jeden trójfazowy prostownik

c) Dwa prostowniki mostkowe

Wszystkie muszą mieć co najmniej 15 A i mieć radiator.

Diody samochodowe są dwoma typami ciał dodatnich lub ujemnych, dlatego należy je odpowiednio stosować. Ale kontakt z radiatorem może być trochę trudny.

Korzystanie z dwóch prostowników mostkowych

W przypadku korzystania z dwóch mostków prostowniczych można je stosować tak, jak pokazano.

Korzystanie z dwóch prostowników mostkowych

Mostek prostowniczy

Diody samochodowe

Diody samochodowe

Prostownik trójfazowy

Prostownik trójfazowy

Mostek prostowniczy

Wydajne ładowanie akumulatora dzięki regulacji bocznika motocyklowego

Poniższa rozmowa e-mailowa między panem Leoneardem, zapalonym badaczem / inżynierem i mną, pomaga nam poznać kilka bardzo interesujących faktów dotyczących wad i ograniczeń regulatora bocznikowego motocykla. Pomaga nam również dowiedzieć się, jak ulepszyć koncepcję w prosty, ale tani projekt.

Leonard:

Masz ciekawy tor, ale .....
Mój motocykl ma alternator 30 A, który na pewno ma wartość skuteczną RMS i osiąga szczyt przy 43,2 A. Twój obwód 25 A raczej nie wytrzyma długo.
Jednak.....
Zamiast sugerowanych przez ciebie prostowników, SQL50A ma moc znamionową 50 A przy 1000 woltów. Jest to 3-fazowy moduł prostownika i nie powinien mieć problemu z obsługą szczytu 45 amperów. (Mam dwa pod ręką.)
Oznacza to również, że SCR będą musiały poradzić sobie z tym natężeniem prądu i trzema HS4040NAQ2 z prądem RMS 40 A (niepowtarzalny wzrost do 520 A) powinny sobie z tym całkiem dobrze radzić. Oczywiście będą wymagały całkiem zdrowego radiatora i dobrego przepływu powietrza.
Myślę, że obwód sterujący powinien działać prawie tak, jak jest.
Wymieniłem 3 regulatory w ciągu ostatnich trzech miesięcy i próbuję wyrzucić dobre pieniądze za złymi. Ostatnia trwała w sumie dziesięć sekund, zanim też się zepsuła. Mam zamiar zbudować swój własny i jeśli będę musiał go zbudować, aby zasilić pancernik, niech tak będzie.
Kolejna rzecz jaką zauważyłem to laminaty zastosowane w alternatorze są znacznie grubsze niż te stosowane w silnikach elektrycznych. 18-biegunowe uzwojenie i silnik pracujący przy prędkościach autostradowych oznacza znacznie wyższą częstotliwość i znacznie więcej prądów wirowych w żelazie. Jaki byłby wpływ na te prądy wirowe, gdyby zastosowano regulator szeregowy, który pozwoliłby na osiągnięcie napięcia nawet do 70 woltów (RMS)? Czy zwiększyłoby to prądy wirowe do poziomu przegrzania żelazka i groziłoby uszkodzeniem uzwojeń alternatora? Jeśli tak, rozsądnie byłoby nie dopuścić do wzrostu napięcia powyżej 14 woltów, ale nadal mam 20 A z alternatora przy 1500 obr / min.

JA:

Dziękuję Ci! Tak, musisz pozbyć się tego wysokiego napięcia, które może wywierać ogromny nacisk na uzwojenie alternatora, najlepszym sposobem jest przepompowanie go przez wytrzymałe tranzystory MOSFET na radiatorze
https://homemade-circuits.com/wp-content/uploads/2012/10/shunt-3.png

Leonard:

Właściwie nie przejmuję się wpływem napięcia na uzwojenia. Wydaje się, że są pokryte winylem Poly-Armor, który jest również używany w statanach losowych ran działających przy 480 woltach. O wiele bardziej martwi mnie ciepło prądów wirowych w warstwach, ponieważ są one tak grube. Tutaj, w Stanach Zjednoczonych, przy prądzie liniowym 60 Hz, grubość warstw silnika jest ułamkiem tego, co występuje w alternatorze. Przy prędkości drogowej częstotliwość alternatora może wynosić 1,2 kHz lub więcej. W innych zastosowaniach wymagałoby to rdzenia ferrytowego w celu wyeliminowania prądów wirowych.
Próbuję zrozumieć rolę prądów wirowych w tej aplikacji. Wraz ze wzrostem obrotów rośnie częstotliwość, a także prądy wirowe. Pasożytnicze obciążenie wyrównujące generowane napięcie? Sposób na wyrównanie prądu generowanego przy wysokich obrotach? Jak dużo ciepła to generuje? Wystarczająco dużo, aby wypalić uzwojenie przy wysokich obrotach?
Umieszczony wewnątrz silnika, rozumiem użycie oleju silnikowego do chłodzenia zespołu, jednak przy sile odśrodkowej koła zamachowego i znajdujących się w nim uzwojeniach nie wyobrażam sobie żadnej rzeczywistej ilości oleju docierającego do nich w celu ochłodzenia.
Najwyższe napięcie, jakie udało mi się odczytać, to 70 woltów RMS. To nie wystarczy, aby przejść łukiem przez powłokę PAV na drucie, chyba że nagrzewa się nadmiernie. Jednak czy w przetaczaniu nadmiaru do ziemi istnieje przeciwdziałająca siła elektromagnetyczna, która przeciwstawia się polu magnetycznemu z obracających się magnesów? A jeśli tak, na ile jest skuteczny?

JA:

Tak, wzrost częstotliwości spowoduje wzrost prądu wirowego w rdzeniu na bazie żelaza i wzrost ciepła. Czytałem, że metoda sterowania bocznikiem jest dobra dla generatorów silnikowych, ale będzie to również oznaczać zwiększone obciążenie koła alternatora i większe zużycie paliwa przez pojazd Czy jest opcja chłodzenia wentylatorem? prąd do wentylatora można uzyskać z samego alternatora.

Leonard:

Obawiam się, że wentylator chłodzący nie jest opcją dla alternatora. To jest zamontowane wewnątrz silnika, a na moim Vulcanie są nad nim dwie aluminiowe osłony. (Wymiana uzwojenia alternatora oznacza zdjęcie silnika z motocykla). Nie widzę żadnego sposobu na zmniejszenie prądów wirowych, ponieważ są wywołane przez magnesy obracające się wewnątrz koła zamachowego. Mogę jednak zmniejszyć prąd bocznikowany do masy, podnosząc napięcie bocznika do 24 woltów, a następnie z regulatorem szeregowym ustawionym na 14 woltów. Podczas testowania alternatora nie widzę dużego wpływu przeciwdziałania EMF na zmniejszenie prądu zwarciowego. Mogę obciążyć alternator do 30 A, a zwierając przewody nadal odczytałem 29 A.
Jeśli jednak używa się prądów wirowych jako obciążenia pasożytniczego w celu wyrównania napięcia i prądu przy wysokich obrotach, wydaje się to być dość skuteczne. Gdy napięcie w obwodzie otwartym osiągnie 70 woltów (RMS), nie wzrośnie nawet przy podwojeniu obrotów silnika. Przetaczanie 20 amperów do ziemi (tak jak robią to regulatory fabryczne), oprócz prądów wirowych zwiększa również ciepło w uzwojeniu. Zmniejszając prąd płynący przez uzwojenia, należy również zmniejszyć ciepło wytwarzane przez uzwojenia. To nie zmniejszy prądów wirowych, ale powinno zmniejszyć ogólne ciepło generowane przez alternator, miejmy nadzieję, zachowując izolację uzwojenia.
Biorąc pod uwagę powłokę uzwojeń, nie przejmuję się generowanym napięciem. Pracując od lat przy odbudowie silników elektrycznych, zdaję sobie sprawę, że CIEPŁO jest największym wrogiem izolacji. Jakość izolacji spada wraz ze wzrostem temperatury roboczej. W temperaturze otoczenia powłoka PAV może utrzymywać napięcie 100 woltów w ruchu obrotowym. Ale podnieś tę temperaturę o 100 ° C, a może nie.
Jestem też ciekawa. Silniki elektryczne wykorzystują stop stali z 3% zawartością krzemu w celu zmniejszenia odporności na odwrócenie pola magnetycznego w żelazie. Czy uwzględniają to w swoich laminatach, czy też pomijają krzem, aby jeszcze bardziej zmniejszyć wzrost napięcia i prądu przy wysokich obrotach? Nie dodaje ciepła, ale zmniejsza wydajność żelazka, im wyższe obroty. Zwiększając odporność na odwrócenie pola magnetycznego w rdzeniu, pole magnetyczne może nie wnikać tak głęboko do rdzenia, zanim będzie wymagane do odwrócenia. Zatem im wyższa prędkość obrotowa, tym mniejsza penetracja przez pole magnetyczne. Prądy wirowe mogą dodatkowo zmniejszyć tę penetrację.

JA:

Twoja analiza ma sens i wydaje się bardzo poprawna technicznie. Ponieważ jestem zasadniczo elektronikiem, moja wiedza elektryczna nie jest zbyt dobra, więc sugerowanie pracy silnika i modyfikacji może być dla mnie trudne. Ale, jak powiedziałeś w swoich ostatnich zdaniach, ograniczając pole magnetyczne, można zapobiec przedostawaniu się prądu wirowego w głąb. Próbowałem poszukać informacji o tym problemie, ale do tej pory nie mogłem znaleźć nic przydatnego!

Leonard:

Czyli pracując z silnikami elektrycznymi przez 13 lat, mam pewną wadę? Chociaż moje studia również dotyczyły elektroniki, tak samo jak cała moja praca, dopóki nie odkryłem, że mogę zarabiać więcej, pracując z silnikami. Oznaczało to również, że nie nadążałem za układami scalonymi, a tranzystory MOSFET były delikatnymi drobiazgami, które można było szybko zdmuchnąć przy najmniejszym ładunku elektrostatycznym. Więc jeśli chodzi o elektronikę, masz mnie na niekorzyść. Nie byłem w stanie nadążyć za nowymi osiągnięciami.
Ciekawe, że nie udało mi się znaleźć wielu informacji w jednym miejscu. Tak jakby żadne z pojęć nie były ze sobą powiązane. Jednak kiedy je wszystkie razem, zaczynają mieć sens. Im wyższa częstotliwość, tym mniej zwojów jest wymaganych, aby uzyskać taką samą reaktancję indukcyjną. Zatem im wyższe obroty, tym mniej efektywne staje się pole magnetyczne. Jest to jedyny sposób, w jaki mogą utrzymać stałą moc wyjściową, gdy moc wyjściowa osiągnie 70 woltów.
Ale patrząc na wzór na oscyloskopie, nie jestem pod wrażeniem. Milisekunda czasu ładowania, po której następuje 6 do 8 milisekund uziemionego wyjścia. Czy może to dlatego akumulatory motocyklowe nie wystarczają na długo? Sześć miesięcy do roku, podczas gdy akumulatory samochodowe działają przez pięć lat lub dłużej. Dlatego decyduję się na „obcięcie” poziomu napięcia do masy przy wyższym napięciu i to obcięcie jest stałe. Po nim następuje szeregowy regulator utrzymujący stałą szybkość ładowania w zależności od tego, czego wymaga bateria, światła i obwody. Następnie, projektując go do obsługi 50 A, nie powinienem już nigdy więcej wymieniać regulatora.
Pracuję z wartością znamionową 50 A, ale spodziewam się, że przy użyciu „clippera” natężenie prądu powinno być znacznie niższe niż 20 A do masy. Może tak niskie, jak cztery ampery. Następnie regulator szeregowy pozwala na (w przybliżeniu) siedem amperów dla akumulatora, świateł i obwodów silnika. Wszystko dobrze mieści się w zakresie mocy komponentów i niewystarczającego napięcia, aby zakwestionować powłokę uzwojeń.
Napisałeś bardzo dobry artykuł o regulatorach bocznikowych, ale 25 amperów to po prostu za małe dla mojej aplikacji. Mimo wszystko jest to dobra inspiracja.

JA:

Tak, zgadza się, cykl pracy wynoszący 1/6 nie spowoduje prawidłowego ładowania baterii. Ale można to łatwo rozwiązać za pomocą prostownika mostkowego i dużego kondensatora filtrującego, który zapewni akumulatorowi wystarczającą ilość prądu stałego do skutecznego ładowania. Jednak limit 25 A można łatwo zaktualizować, zwiększając specyfikację wzmacniacza MOSFET. Lub równolegle dodając więcej urządzeń.

Leonard:

Jednocześnie staram się, aby wszystko było zwarte, aby zmieściło się w dostępnym pomieszczeniu, tak aby duży kondensator z filtrem stał się problemem. Nie jest również potrzebne, jeśli wszystkie trzy fazy są obcięte za mostkiem prostowniczym. Wszystkie tętnienia są odcięte, a regulator szeregowy utrzymuje 100% czasu ładowania.
Twój obwód również utrzymuje 100% czasu ładowania, jednak prąd, który bocznikujesz do masy, będzie znacznie wyższy, ponieważ obcinasz go przy napięciu akumulatora.

Jak widać na przebiegach, kondensator nie powinien być potrzebny. Ale przez obcinanie na wyższym poziomie prąd przetaczany do ziemi powinien być niższy. Wtedy spadek napięcia na szeregowym regulatorze nie powinien niczego boleć. Powinno być więcej niż wystarczająco, aby utrzymać naładowany akumulator.
Jedna uwaga. Optymalne napięcie ładowania akumulatora ołowiowo-kwasowego wynosi w rzeczywistości 13,7 wolta. Utrzymanie go przy 12 woltach może nie dać baterii wystarczającej do uruchomienia silnika. Mój obwód jest wstępny i wciąż może ulec zmianie.

W sposobie działania fabryka wygląda prawie prymitywnie. Ich obwód ładuje baterię, aż osiągnie poziom wyzwalania. następnie bocznikuje cały prąd do masy, aż bateria spadnie poniżej poziomu wyzwalania. Rezultatem jest przebieg o krótkim, gwałtownym wyładowaniu, który może dochodzić do 15 amperów. (Nie mierzyłem tego) Potem nastąpiła dłuższa linia z lekkim spadkiem i kolejny wybuch.
Widziałem akumulatory samochodowe działające od 5 do 10 lat lub dłużej. Jako dziecko na farmie mój ojciec przerobił jeden ze starych traktorów z 6 V na 12 V, używając alternatora z samochodu. Piętnaście lat później ten sam akumulator nadal uruchamiał ciągnik. W szkole, w której pracuję (uczy bezpieczeństwa motocykli) wszystkie baterie należy wymienić w ciągu jednego roku. DLACZEGO ? ? ? Jedyne, co udało mi się wymyślić, to system ładowania. Większość akumulatorów, z którymi pracowałem, jest przystosowana tylko do ładowania 2 A, do 70 woltów, zdolnych do 30 A, przykładane do zacisków akumulatora w przypadku krótkich serii, mogą powodować wewnętrzne uszkodzenia i skracać żywotność akumulatora. Szczególnie w akumulatorach, w których nie można sprawdzić poziomu płynów. Jedynym problemem z akumulatorem może być poziom płynu, ale nic nie możesz na to poradzić. Jeśli jestem w stanie sprawdzić i utrzymać poziomy płynów, żywotność baterii znacznie się wydłuża.
Przewody wychodzące z alternatora byłyby metrycznym odpowiednikiem # 16. Zgodnie z tabelą AWG jest to dobre dla 3,7 A jako linia transmisyjna i 22 A dla okablowania podwozia. Na alternatorze 30 A z regulatorem bocznikowym? Poziom bocznika i natężenie prądu powinny być odwrotnie proporcjonalne, więc obcinając napięcie o połowę, powinienem znacznie zmniejszyć natężenie prądu. Patrząc na wyprostowany kształt fali, najwyższe stężenie pola elektromagnetycznego występuje w dolnej połowie. Logika sugerowałaby, że prąd zostanie zredukowany do ułamka. Dowiem się, kiedy go uruchomię.
W silniku 1500 cm3 nie spodziewam się zmniejszenia oporu silnika, ale moja oszczędność paliwa może się poprawić. I pamiętam, kiedy po raz pierwszy zaczęli montować półprzewodnikowe regulatory w samochodowych alternatorach, magiczna liczba wynosiła 13,7 wolta. Jednak planowałem ustawić regulator szeregowy na około 14,2 V. Za wysoka i płyn szybciej odparowuje. Byłeś o wiele bardziej pomocny niż wiesz. Początkowo miałem sześć różnych obwodów, które rozważałem i zamierzałem do każdego z nich dołączyć. Twój artykuł wyeliminował pięć z nich, więc mogę zaoszczędzić sporo czasu i skoncentrować się tylko na jednym. Oszczędza mi to sporo pracy. Dlatego warto się z tobą skontaktować.
Masz moje pozwolenie na eksperymentowanie z moim schematem i zobaczenie, co wymyślisz. Na różnych forach czytam, gdzie wiele osób mówi o chodzeniu do regulatorów serii, inni ostrzegają przed zbyt wysokim napięciem niszczącym izolowaną powłokę na przewodzie. Podejrzewam, że szczęśliwym medium może być kombinacja obu systemów, ale nie przetaczanie pełnej mocy wyjściowej do masy. Obwód jest nadal prosty, z kilkoma elementami, ale nie archaiczny.
Bardzo dziękuję za poświęcony czas i uwagę. Jednym z moich źródeł informacji technicznych jest: OCW.MIT.EDU Od kilku lat prowadzę tam kursy inżynierskie. Nie otrzymujesz za to żadnego uznania, ale jest to również całkowicie bezpłatne.




Poprzedni: Zbadano obwód zmiękczacza wody Dalej: Obwód generatora 3-fazowej fali sinusoidalnej oparty na tranzystorze