3-fázové obvody regulátora napätia motocykla

Tento príspevok pojednáva o zozname jednoduchých 3fázových obvodov regulátora napätia motocykla riadených PWM, ktoré sa dajú použiť na riadenie nabíjacieho napätia batérie vo väčšine dvojkoliek. O nápad požiadal pán Junior.

Technické špecifikácie

ahoj, moje meno je junior, žijem v Brazílii a pracujem s výrobcom a regeneráciou regulátora napätia na motorke a ocenil by som pomoc u, potrebujem trojfázový obvod regulátora mosfet pre motocykle, entreda napätie 80-150 voltov, betón maximum 25A, maximálna spotreba systému 300 wattov,

Očakávam návrat
do.
junior

Dizajn

Navrhovaný trojfázový obvod regulátora napätia na motocykli pre motocykel je možné vidieť na nasledujúcom diagrame.

Schéma je ľahko pochopiteľná.

Trojfázový výstup z alternátora sa postupne aplikuje na tri výkonové tranzistory, ktoré v zásade fungujú ako posunovacie zariadenia pre alternátorový prúd.

Pretože sme všetci, že počas prevádzky by mohlo byť vinutie alternátora vystavené veľkým reverzným EMF, do tej miery, že by mohlo dôjsť k vytrhnutiu izolačného krytu vinutia a jeho trvalému zničeniu.

Regulácia potenciálu alternátora metódou posunovania alebo skratovania na zem pomáha udržiavať potenciál alternátora pod kontrolou bez toho, aby v ňom malo nepriaznivé účinky.

Tu je rozhodujúce načasovanie posunovacej periódy a priamo ovplyvňuje veľkosť prúdu, ktorý sa môže nakoniec dostať do usmerňovača a nabitej batérie.

Veľmi jednoduchý spôsob riadenie časového obdobia posunovania je riadením vedenia troch BJT pripojených cez 3 vinutie alternátora, ako je znázornené na schéme.

Namiesto BJT by sa mohli použiť aj mosfety, ale mohli by byť nákladnejšie ako BJT.

Metóda sa implementuje pomocou a jednoduchý obvod 555 IC PWM.

Variabilný výstup PWM z kolíka 3 integrovaného obvodu sa aplikuje na základne BJT, ktoré sú naopak nútené viesť riadeným spôsobom v závislosti od pracovného cyklu PWM.

Priradený hrniec s Obvod IC 555 je vhodne upravené na získanie správneho priemerného RMS napätia pre nabíjanú batériu.

Metóda zobrazená v trojfázovom obvode regulátora napätia motocykla pomocou mosfetov môže byť rovnako implementovaná pre jednotlivé alternátory pre získanie rovnakých výsledkov.

Úprava špičkového napätia

V nasledujúcom diagrame môže byť do vyššie uvedeného obvodu zahrnutá funkcia regulácie špičkového napätia, aby sa udržala bezpečná úroveň nabíjacieho napätia pre pripojenú batériu.

Ako je možné vidieť, uzemnenie IC 555 je prepínané NPN BC547, ktorého základňa je riadená špičkovým napätím z alternátora.

Keď špičkové napätie prekročí 15 V, BC547 vedie a aktivuje obvody IC 555 PWM.

MOSFET teraz vedie a začne posúvať prebytočné napätie z alternátora na zem rýchlosťou určenou pracovným cyklom PWM.

Proces zabraňuje tomu, aby napätie alternátora prekročilo túto hranicu, čím sa zabezpečí, že batéria nebude nikdy príliš nabitá.

Tranzistor je BC547 a kondenzátor pin5 je 10nF

Systém nabíjania batérií pre motocykle

Druhý dizajn uvedený nižšie je usmerňovač plus regulátor pre trojfázový systém nabíjania motocyklov. Usmerňovač má plnú vlnu a regulátor je bočníkový.

Autor: Abu Hafss

Systém nabíjania motocykla sa líši od systému automobilov. Napäťový alternátor alebo generátor na automobiloch sú typu elektromagnetu, ktorý sa dá ľahko regulovať. Zatiaľ čo generátory na motocykloch sú typu s permanentnými magnetmi.

Napäťový výstup alternátora je priamo úmerný otáčkam za minútu, to znamená, že pri vysokých otáčkach bude alternátor produkovať vysoké napätie viac ako 50 V, preto je nevyhnutný regulátor na ochranu celého elektrického systému a tiež batérie.

Niektoré malé bicykle a trojkolky, ktoré nejazdia pri vysokých rýchlostiach, majú na vykonanie celovlnovej nápravy iba 6 diód (D6-D11). Nepotrebujú reguláciu, ale tieto diódy majú vysoký prúd a počas prevádzky odvádzajú veľa tepla.

Na bicykloch so správne regulovaným systémom nabíjania sa zvyčajne používa regulácia typu bočníka. To sa deje skrátením vinutí alternátora pre jeden cyklus krivky striedavého prúdu. Ako posunovacie zariadenie sa v každej fáze používa SCR alebo niekedy tranzistor.

Schéma zapojenia

Prevádzka obvodu

Sieť C1, R1, R2, ZD1, D1 a D2 tvorí obvod na detekciu napätia a je navrhnutá na spúšťanie pri asi 14,4 voltoch. Len čo nabíjací systém prekoná toto prahové napätie, T1 začne viesť.

To posiela prúd do každej brány troch SCRs S1, S2 a S3 cez rezistory R3, R5 a R7 obmedzujúce prúd. D3, D4 a D5 sú dôležité na izolovanie brán od seba. R4, R6 a R8 pomáhajú pri odvádzaní možného úniku z T1. S1, S2 a S3 by mali byť chladené a izolované od seba pomocou sľudového izolátora, ak sa používa bežný chladič.

Pre usmerňovač existujú tri možnosti:

a) Šesť automobilových diód

b) Jeden 3-fázový usmerňovač

c) Dva mostné usmerňovače

Všetky musia byť dimenzované na najmenej 15A a chladené.

Automobilové diódy sú dva typy s pozitívnym alebo negatívnym telom, a preto by sa mali používať zodpovedajúcim spôsobom. Ale môže byť ťažké ich kontaktovať s chladičom.

Používanie dvoch premosťovacích usmerňovačov

Ak sa používajú dva mostné usmerňovače, môžu sa použiť tak, ako je to znázornené.

Mostový usmerňovač

Automobilové diódy

3-fázový usmerňovač

Mostový usmerňovač

Efektívne nabíjanie batérie prostredníctvom regulácie bočníka motocykla

Nasledujúca e-mailová konverzácia medzi pánom Leoneardom, zanieteným výskumníkom / inžinierom, a mnou, nám pomáha dozvedieť sa niektoré veľmi zaujímavé skutočnosti týkajúce sa nevýhod a obmedzení regulátora skratu motocykla. Pomáha nám tiež vedieť, ako inovovať tento koncept jednoducho na efektívny a zároveň lacný dizajn.

Leonard:

Máte zaujímavý okruh, ale .....
Môj motocykel má 30 ampérový alternátor, ktorý som si istý, že je RMS, a vrcholí hodnotou 43,2 ampéra. Je nepravdepodobné, že by váš obvod 25 A vydržal vôbec dlho.
Avšak .....
Namiesto navrhovaných usmerňovačov má transformátor SQL50A 50 A pri 1 000 voltoch. Jedná sa o 3-fázový usmerňovací modul a nemal by mať problém zvládnuť špičku 45 ampérov. (Mám dvoch po ruke.)
To tiež znamená, že SCR budú musieť zvládnuť tento prúd veľmi dobre a tri HS4040NAQ2 s RMS prúdom 40 A (neopakujúci sa nárast na 520 A). Samozrejme, budú vyžadovať celkom zdravý chladič a dobré prúdenie vzduchu.
Myslím, že riadiaci obvod by mal fungovať pekne tak, ako je.
Za posledné tri mesiace som vymenil 3 regulátory a asi sa pokúsim vyhodiť dobré peniaze za zlé. Posledná trvala celkovo desať sekúnd, kým sa tiež nepokazila. Chystám sa postaviť si vlastnú a ak ju budem musieť postaviť na pohon bitevnej lode, tak to bude.
Ďalšia vec, ktorú som si všimol, je, že laminácie použité v alternátore sú podstatne hrubšie ako laminácie použité v elektrických motoroch. 18-pólové vinutie a motor pracujúci pri diaľničných rýchlostiach znamenajú oveľa vyššiu frekvenciu a oveľa viac vírivých prúdov v žehličke. Aký by to malo vplyv na tieto vírivé prúdy, ak by sa použil sériový regulátor, ktorý by umožňoval zvýšenie napätia až na 70 voltov (RMS)? Zvýšilo by to vírivé prúdy do bodu prehriatia žehličky a hrozilo by riziko poškodenia vinutí alternátora? Ak je to tak, malo by zmysel nedovoliť, aby sa napätie dostalo nad 14 Voltov, ale stále mám 20 ampérov prichádzajúcich z alternátora pri 1500 ot / min.

Ja:

Ďakujem! Áno, musíte sa zbaviť toho vysokého napätia, ktoré by mohlo vyvinúť obrovský tlak na vinutie alternátora, najlepším spôsobom je prepínať ho cez výkonné MOSFETy na chladiči.
https://homemade-circuits.com/wp-content/uploads/2012/10/shunt-3.png

Leonard:

Vlastne ma ani tak nezaujímajú účinky napätia na vinutia. Zdá sa, že sú potiahnuté vinylom Poly-Armour Vinyl, ktorý sa tiež používa v náhodných statoroch vinutých pri 480 voltoch. Oveľa viac ma znepokojuje teplo z vírivých prúdov v lamináciách, pretože sú také silné. Tu v štátoch, s prúdom 60 Hz, je hrúbka laminácie motora zlomkom toho, čo v alternátore. Pri rýchlosti na ceste môže byť frekvencia od alternátora 1,2 Khtz alebo vyššia. V iných aplikáciách by to vyžadovalo feritové jadro na elimináciu vírivých prúdov.
Snažím sa pochopiť úlohu vírivých prúdov v tejto aplikácii. So zvyšovaním otáčok sa zvyšuje aj frekvencia a vírivé prúdy. Parazitická záťaž na vyrovnanie generovaného napätia? Prostriedok na vyrovnanie prúdu generovaného pri vysokých otáčkach za minútu? Koľko tepla to generuje? Dosť na to, aby ste spálili vinutie pri vysokých otáčkach?
Nachádza sa vo vnútri motora a nerozumiem použitiu motorového oleja na chladenie zostavy, ale vďaka odstredivej sile zotrvačníka a vinutiam umiestneným v jeho vnútri si neviem predstaviť, že by sa k nim dostalo nejaké skutočné množstvo oleja na chladenie.
Najvyššie napätie, ktoré som dokázal prečítať, je 70 voltov RMS. To nestačí na to, aby ste oblúkom prešli obalom PAV na drôte, pokiaľ nebude nadmerné teplo. Existuje však pri posunutí prebytku k zemi čítač EMF, ktorý sa stavia proti magnetickému poľu z rotujúcich magnetov? A ak áno, aká je efektívna?

Ja:

Áno, zvýšenie frekvencie spôsobí zvýšenie vírivých prúdov v jadre na báze železa a zvýšenie tepla. Čítal som, že metóda bočníkového riadenia je dobrá pre generátory na báze motora, ale to bude znamenať aj zvýšené zaťaženie kolesa alternátora a vyššia spotreba paliva vozidla. Je možnosť chladenia ventilátora? prúd do ventilátora je prístupný zo samotného alternátora.

Leonard:

Obávam sa, že chladiaci ventilátor nie je alternatívou alternátora. To je namontované interne vo vnútri motora a na mojom vulkáne sú dva hliníkové kryty. (Výmena vinutia alternátora znamená odstránenie motora z motocykla.) Nevidím žiadny spôsob, ako znížiť vírivé prúdy, pretože sú indukované magnetmi rotujúcimi vo vnútri zotrvačníka. Môžem však znížiť prúd posunutý na zem zvýšením napätia bočníka na 24 voltov a potom pomocou sériového regulátora nastaveného na 14 voltov. Pri testovaní alternátora nevidím veľký vplyv zníženia skratového prúdu z počítadla EMF. Môžem zaťažiť alternátor na 30 ampérov a skratom vodičov stále načítam 29 ampérov.
Ak sa však používajú vírivé prúdy ako parazitické zaťaženie na vyrovnanie napätia a prúdu pri vysokých otáčkach, zdá sa to byť celkom efektívne. Akonáhle napätie naprázdno dosiahne 70 voltov (RMS), nepôjde vyššie ani pri zdvojnásobení otáčok motora. Posun o 20 A na zem (ako to robia regulátory továrne) zvyšuje okrem vírivých prúdov aj teplo vo vinutí. Znížením prúdu cez vinutia by sa malo tiež znížiť teplo generované vinutiami. To nezníži vírivé prúdy, ale malo by sa znížiť celkové teplo generované alternátorom, dúfajme, že sa zachová izolácia vinutia.
Ak vezmeme do úvahy povlak na vinutí, nie som ani zďaleka taký znepokojený generovaným napätím. Roky som pracoval na prestavbe elektromotorov a som si vedomý, že HEAT je najhorším nepriateľom izolácie. Kvalita izolácie sa znižuje so zvyšovaním prevádzkovej teploty. Pri okolitej teplote môže PAV povlak držať 100 voltov „turn-to-turn“. Ale túto teplotu zvýšte o 100 ° C a nemusí.
Tiez som zvedavy. Elektrické motory používajú na zníženie odolnosti proti obráteniu magnetického poľa v železe oceľovú zliatinu s 3% kremíka. Zahŕňajú to do svojich laminácií alebo vynechávajú kremík, aby ďalej znižovali nárast napätia a prúdu pri vysokých otáčkach? Nepridáva sa do tepla, ale znižuje sa účinnosť železa, tým vyššie sú otáčky. Zvýšením odolnosti proti obráteniu magnetického poľa v jadre nemusí magnetické pole preniknúť tak hlboko do jadra, kým nebude potrebné obrátiť ho. Čím vyššie sú otáčky, tým menšie je prenikanie magnetickým poľom. Vírivé prúdy môžu túto penetráciu ďalej znižovať.

Ja:

Vaša analýza má zmysel a javí sa veľmi technicky spoľahlivá. Keďže som v podstate človek v oblasti elektroniky, moje elektrické znalosti nie sú veľmi dobré, takže navrhovanie vnútorných funkcií a úprav motora môže byť pre mňa ťažké. Ale ako ste povedali vo svojich posledných vetách obmedzením magnetického poľa, vírivému prúdu nemožno zabrániť preniknúť hlboko. Pokúsil som sa vyhľadať tento problém, ale zatiaľ som nenašiel nič užitočné!

Leonard:

Keď som teda pracoval 13 rokov s elektromotormi, mám ťa mierne znevýhodnený? Aj keď som sa tiež venoval elektronike, bola to aj moja práca, až kým som nezistil, že by som si mohol viac zarobiť prácou s motormi. To tiež znamenalo, že som nedržal krok s integrovanými obvodmi a MOSFETy boli jemné drobné veci, ktoré sa dali rýchlo vybiť pri najmenšom statickom náboji. Takže pokiaľ ide o elektroniku, máte ma v nevýhode. Nebol som schopný držať krok s novým vývojom.
Je zaujímavé, že som nedokázal nájsť veľa svojich informácií na jednom mieste. Je to tak, akoby žiadny z konceptov spolu nesúvisel. Keď ich však dajú dokopy, začnú dávať zmysel. Čím vyššia je frekvencia, tým menej závitov je potrebných na získanie rovnakej indukčnej reaktancie. Takže čím vyššie sú otáčky, tým menej efektívne je magnetické pole. Je to jediný spôsob, ako môžu udržiavať konštantný výstup, akonáhle výstup dosiahne 70 voltov.
Ale pri pohľade na vzor na osciloskope na mňa neurobí dojem. Milisekundová doba nabíjania, po ktorej nasleduje 6 až 8 milisekúnd uzemneného výstupu. Môže to byť dôvod, prečo batérie pre motocykle nevydržia dlho? Šesť mesiacov až rok, zatiaľ čo automobilové batérie vydržia päť a viac rokov. To je dôvod, prečo sa rozhodujem „pripnúť“ úroveň napätia na zem pri vyššom napätí a toto pripnutie je konštantné. Nasleduje sériový regulátor, ktorý udržuje konštantnú rýchlosť nabíjania podľa toho, čo vyžaduje batéria, svetlá a obvody. Potom, keď som to skonštruoval tak, aby zvládol 50 A, už by som nikdy nemusel musieť vymeniť regulátor.
Pracujem s hodnotením 50 Amp, ale očakávam, že pri použití „strojčeka“ by mala byť intenzita prúdu podstatne nižšia ako 20 A voči zemi. Možno až štyri zosilňovače. Potom sériový regulátor umožňuje (približne) sedem zosilňovačov pre batériu, svetlá a obvody pre motor. Všetko v rámci príkonu komponentov a nedostatočného napätia na napadnutie povlaku vinutí.
Napísali ste veľmi dobrý článok o regulátoroch bočníkov, ale 25 A je na moju aplikáciu príliš malých. Napriek tomu je to dobrá inšpirácia.

Ja:

Áno, je to tak, pracovný cyklus 1/6 nenabije batériu správne. Ale to sa dá ľahko vyriešiť pomocou mostíkového usmerňovača a veľkého filtračného kondenzátora, ktorý zabezpečí, že batéria dostane dostatok DC na efektívne nabíjanie. Som rád, že sa mi môj článok páčil. Limit 25 Amp je však možné ľahko upgradovať zvýšením parametrov zosilňovača MOSFET. Alebo môže byť pridaním viacerých zariadení paralelne.

Leonard:

Zároveň sa snažím udržiavať všetko kompaktné, aby sa zmestilo do dostupnej miestnosti, aby sa problém stal veľkým kondenzátorom filtra. Tiež to nie je potrebné, ak sú za mostíkovým usmerňovačom prerušené všetky tri fázy. Všetko zvlnenie je odrezané a regulátor série udržuje 100% čas nabíjania.
Váš obvod tiež udržuje 100% dobu nabíjania, avšak prúd, ktorý smerujete na zem, bude oveľa vyšší, pretože ho pripájate na napätie batérie.

Ako vidíte na priebehoch, nemal by byť potrebný žiadny kondenzátor. Ale pripnutím na vyššiu úroveň by mal byť prúd posunutý na zem nižší. Potom by pokles napätia na sériovom regulátore nemal nič ublížiť. Na udržanie nabitia batérie by ich malo byť viac než dosť.
Jedna poznámka. Optimálne nabíjacie napätie pre olovené / kyselinové batérie je v skutočnosti 13,7 voltov. Ak ho udržíte na 12 voltoch, nemusí to stačiť na naštartovanie motora. Môj okruh je predbežný a stále sa môže meniť.

Továreň vyzerá svojím spôsobom takmer primitívne. Ich obvod nabíja batériu, kým nedosiahne spúšťaciu úroveň. potom prepne všetok prúd na zem, kým batéria neklesne pod úroveň spúšťania. Výsledkom je tvar vlny s krátkym, prudkým výbuchom náboja, ktorý môže dosiahnuť až 15 ampérov. (Nemeral som to) Potom nasledovala dlhšia čiara s miernym klesaním a ďalší výbuch.
Videl som, že automobilové batérie vydržia 5 až 10 rokov alebo dlhšie. Ako dieťa na farme môj otec pomocou alternátora z auta prerobil jeden zo starých traktorov zo systému so šiestimi voltami na systém s dvanástimi voltami. O pätnásť rokov neskôr tá istá batéria stále naštartovala traktor. V škole, s ktorou pracujem (Teaches safety safety), je potrebné vymeniť všetky batérie do jedného roka. PREČO? ? ? Jediné, čo som dokázal vymyslieť, je systém nabíjania. Väčšina batérií, s ktorými som pracoval, je dimenzovaná iba na nabíjací prúd 2 A. Až 70 V, schopné prúdiť 30 A, privedené na svorky batérie kvôli krátkemu prasknutiu, môže spôsobiť vnútorné poškodenie a skrátiť životnosť batérie. Najmä v batériách, kde nemôžete skontrolovať hladinu kvapaliny. Jediným problémom s batériou môže byť hladina kvapaliny, ale nedá sa s tým nič robiť. Ak dokážem skontrolovať a udržiavať hladinu tekutín, výdrž batérie sa výrazne predĺži.
Vodiče prichádzajúce z alternátora by boli metrickým ekvivalentom čísla 16. Podľa tabuľky AWG je to dobré ako prenosové vedenie pri 3,7 A a pri zapojení do podvozku 22 A. Na alternátore 30 Amp s bočníkom? Úroveň bočníka a intenzita prúdu by mali byť inverznou mierou, takže znížením napätia na polovicu by som mal intenzitu prúdu výrazne znížiť. Pri pohľade na usmernený priebeh je najvyššia koncentrácia EMF v dolnej polovici. Logika navrhuje, aby sa prúd znížil na zlomok. Zistím, keď ho dám do používania.
Na motore s objemom 1 500 cm 3 neočakávam, že by som si všimol znížený odpor motora, ale moja spotreba paliva sa môže zlepšiť. A pamätám si, že keď začali s výrobou polovodičových regulátorov na automobilové alternátory, magické číslo bolo 13,7 voltov. Mal som však v pláne nastavenie môjho sériového regulátora na asi 14,2 voltov. Príliš vysoká a tekutina sa odparuje rýchlejšie. Boli ste oveľa nápomocnejší, ako viete. Pôvodne som mal šesť rôznych obvodov, o ktorých som uvažoval, a chystal som sa každý z nich pripraviť na pole. Váš článok vylúčil päť z nich, takže si môžem ušetriť veľa času a sústrediť sa iba na jeden. To mi šetrí poriadny kus práce. Preto sa oplatí kontaktovať vás.
Máte moje povolenie experimentovať s mojou schémou a zistiť, čo vymyslíte. Na rôznych fórach čítam, kde veľa ľudí hovorí o prechode na sériové regulátory. Iní varujú pred príliš vysokým napätím, ktoré zničí izolovaný povlak na vodiči. Mám podozrenie, že šťastné médium môže byť kombináciou oboch systémov, ale bez posunutia celého výkonu na zem. Obvod je stále jednoduchý, má málo komponentov, ale nie archaický.
Ďakujem pekne za váš čas a pozornosť. Jedným z mojich zdrojov technických informácií je: OCW.MIT.EDU Robím tam už pár rokov inžinierske kurzy. Za ich vykonanie nemáte žiadny kredit, ale je to tiež úplne zadarmo.