Circuite de reglare a tensiunii pentru motociclete trifazate

Postul discută o listă a circuitului regulatorului de tensiune pentru motociclete trifazat controlat PWM, care poate fi utilizat pentru controlul tensiunii de încărcare a bateriei la majoritatea celor două roți. Ideea a fost cerută de domnul Junior.

Specificatii tehnice

salut numele meu este junior live în Brazilia și lucrez cu regulatorul de fabricație și recuperare redresor tensiune motocicletă și aș aprecia un ajutor u, am nevoie de un circuit trifazat de regulator mosfet pentru motociclete, tensiune entreda 80-150 volți, corete maxim 25A, consum maxim din sistem 300 de wați,

Aștept întoarcerea
la.
Junior

Design-ul

Circuitul regulator de tensiune pentru motocicletă trifazat propus pentru motocicletă poate fi observat în diagrama de mai jos.

Schema este destul de ușor de înțeles.

Ieșirea trifazată de la alternator este aplicată secvențial pe trei tranzistoare de putere care practic acționează ca dispozitive de manevră pentru curentul alternatorului.

În timp ce funcționăm, o înfășurare a alternatorului ar putea fi supusă unor EMF imense invers, într-o măsură care ar putea rupe capacul de izolație al înfășurării, distrugându-l permanent.

Reglarea potențialului alternatorului prin metoda de manevrare sau scurtcircuitare la sol ajută la menținerea potențialului alternatorului sub control fără a provoca efecte adverse în acesta.

Momentul perioadei de manevră este crucial aici și influențează direct magnitudinea curentului care poate ajunge în cele din urmă la redresor și la bateria sub încărcare.

Un mod foarte simplu de controlând perioada de manevră este prin controlul conducerii celor trei BJT conectate la cele 3 înfășurări ale alternatorului, așa cum se arată în diagramă.

Mosfeturile ar putea fi, de asemenea, utilizate în locul BJT-urilor, dar ar putea fi mai costisitoare decât BJT-urile.

Metoda este implementată utilizând un circuit simplu 555 IC PWM.

Ieșirea variabilă PWM de la pinul 3 al IC este aplicată pe bazele BJT-urilor care, la rândul lor, sunt forțate să conducă într-un mod controlat, în funcție de ciclul de funcționare PWM.

Potul asociat cu Circuitul IC 555 este reglat corespunzător pentru a obține tensiunea medie corectă RMS pentru bateria încărcată.

Metoda prezentată în circuitul regulatorului de tensiune trifazic al motocicletei folosind mosfete poate fi implementată în mod egal pentru alternatoarele simple pentru a obține rezultate identice.

Reglarea tensiunii de vârf

O caracteristică de reglare a tensiunii de vârf poate fi inclusă în circuitul de mai sus, conform schemei următoare, pentru a menține un nivel de tensiune de încărcare sigur pentru bateria conectată.

După cum se poate vedea, linia de masă a IC 555 este comutată de NPN BC547 a cărui bază este controlată de tensiunea de vârf de la alternator.

Când tensiunea de vârf depășește 15 V, BC547 conduce și activează circuitele IC 555 PWM.

MOSFET conduce și începe să manevreze excesul de tensiune de la alternator la masă, la o rată determinată de ciclul de funcționare PWM.

Procesul previne tensiunea alternatorului peste acest prag, asigurându-se astfel că bateria nu este niciodată supraîncărcată.

Tranzistorul este BC547, iar condensatorul pin5 este 10nF

Sistem de încărcare a bateriei pentru motociclete

Al doilea design prezentat mai jos este un redresor plus regulator pentru un sistem de încărcare trifazat al motocicletelor. Redresorul este cu undă completă, iar regulatorul este un regulator de tip șunt.

De: Abu Hafss

Sistemul de încărcare al unei motociclete este diferit de cel de pe mașini. Alternatorul de tensiune sau generatorul de pe mașini sunt de tip electro-magnetic, care sunt destul de ușor de reglat. În timp ce, generatoarele de pe motociclete sunt de tip permanent.

Tensiunea de ieșire a unui alternator este direct proporțională cu RPM, adică la RPM mare, alternatorul va produce tensiuni ridicate mai mari de 50V, prin urmare, un regulator devine esențial pentru a proteja întregul sistem electric și bateria.

Unele biciclete mici și 3 roți care nu rulează la viteze mari, au doar 6 diode (D6-D11) pentru a efectua rectificarea undelor complete. Nu au nevoie de reglare, dar acele diode au un amper mare și disipă multă căldură în timpul funcționării.

La bicicletele cu sisteme de încărcare reglementate corespunzător, se utilizează în mod normal reglarea de tip șunt. Acest lucru se realizează prin scurtcircuitarea înfășurărilor alternatorului pentru un ciclu al formei de undă AC. Un SCR sau uneori un tranzistor este folosit ca dispozitiv de manevrare în fiecare fază.

Diagrama circuitului

Funcționarea circuitului

Rețeaua C1, R1, R2, ZD1, D1 și D2 formează circuitul de detectare a tensiunii și este proiectată să declanșeze la aproximativ 14,4 volți. De îndată ce sistemul de încărcare trece această tensiune prag, T1 începe să conducă.

Aceasta trimite curent către fiecare poartă a celor trei SCR-uri S1, S2 și S3, prin intermediul rezistențelor de limitare a curentului R3, R5 și R7. D3, D4 și D5 sunt importante pentru a izola porțile unul de celălalt. R4, R6 și R8 ajută la drenarea oricărei scurgeri posibile din T1. S1, S2 și S3 ar trebui să fie scufundate termic și izolate unele de altele folosind un izolator de mică, dacă se utilizează un radiator comun.

Pentru redresor, există trei opțiuni:

a) Șase diode auto

b) Un redresor trifazat

c) Două redresoare de punte

Toate trebuie să fie de cel puțin 15A și să fie scufundate.

Diodele auto sunt două tipuri de corp pozitiv sau corp negativ, prin urmare, ar trebui utilizate în mod corespunzător. Dar s-ar putea să fie puțin dificil de contactat pentru radiator.

Utilizarea a două redresoare Bridge

Dacă utilizați două redresoare cu punte, acestea pot fi utilizate așa cum se arată.

Redresor de pod

Diodele auto

Redresor trifazat

Redresor de pod

Încărcare eficientă a bateriei prin Regulamentul șuntului motocicletei

Următoarea conversație prin e-mail între domnul Leoneard, un cercetător / inginer îndrăgostit și eu, ne ajută să aflăm câteva fapte foarte interesante cu privire la dezavantajele și limitările regulatorului șuntului motocicletei. De asemenea, ne ajută să știm cum să modernizăm conceptul într-un design eficient, dar ieftin.

Leonard:

Ai un circuit interesant, dar .....
Motocicleta mea are un alternator de 30 de amperi, care sunt sigur că este RMS, și atinge vârfurile la 43,2 Amperi. Este puțin probabil ca circuitul dvs. de 25 Amperi să reziste deloc mult timp.
In orice caz.....
În locul rectificatoarelor pe care le sugerați, un SQL50A este evaluat cu 50 Amperi la 1.000 Volți. Este un modul redresor trifazat și nu ar trebui să aibă nicio problemă la manipularea vârfului de 45 amperi. (Am două la îndemână.)
Asta înseamnă, de asemenea, că SCR-urile vor trebui să facă față acelui Amperaj și trei HS4040NAQ2 cu curent RMS de 40 Amperi (creștere non-repetitivă la 520 Amperi) ar trebui să se descurce destul de bine. Desigur, vor necesita un radiator destul de sănătos și un flux de aer bun.
Mă gândesc că circuitul de control ar trebui să funcționeze cam așa cum este.
Am înlocuit 3 autorități de reglementare în ultimele trei luni și am încercat să arunc bani buni după rău. Ultima a durat în total zece secunde înainte de a deveni și ea rea. Sunt pe cale să-mi construiesc propria mea și dacă trebuie să o construiesc pentru a conduce o corăbie, așa să fie.
Un alt lucru pe care l-am observat, laminările utilizate în alternator sunt considerabil mai groase decât cele utilizate în motoarele electrice. O înfășurare cu 18 poli și un motor care funcționează la viteze de autostradă înseamnă o frecvență mult mai mare și mult mai mulți curenți turbionari în fier. Care ar fi efectul asupra acelor curenți turbionari dacă se utilizează un regulator de serie care ar permite tensiunii să ajungă la 70 de volți (RMS)? Ar crește acest lucru curenții turbionari până la supraîncălzirea fierului și ar risca deteriorarea înfășurărilor alternatorului? Dacă da, ar avea sens să nu permit tensiunii să depășească 14 volți, dar mai am 20 de amperi care vin de la alternator la 1500 RPM.

Eu:

Mulțumesc! Da, trebuie să scăpați de tensiunea ridicată care ar putea exercita o presiune uriașă pe înfășurarea alternatorului, cel mai bun mod este să-l treceți prin MOSFET-uri rezistente pe radiator.
https://homemade-circuits.com/wp-content/uploads/2012/10/shunt-3.png

Leonard:

De fapt, nu sunt la fel de îngrijorat de efectele tensiunii asupra înfășurărilor. Se pare că sunt acoperite cu vinil poli-armor, care este, de asemenea, utilizat în statori aleatori ai plăgii care funcționează la 480 volți. Sunt mult mai îngrijorat de căldura din curenții turbionari din laminări, deoarece sunt atât de groase. Aici, în state, cu curent de linie de 60 htz, grosimea laminărilor motorului este o fracțiune din ceea ce sunt în alternator. La viteza rutieră, frecvența de la alternator poate fi de 1,2 kHz sau mai mare. În alte aplicații, aceasta ar necesita un miez de ferită pentru a elimina curenții turbionari.
Încerc să înțeleg rolul curenților turbionari în această aplicație. Pe măsură ce RPM crește, crește și frecvența și curenții turbionari. O sarcină parazită pentru a reduce nivelul tensiunii generate? Un mijloc de nivelare a curentului generat la RPM ridicat? Cât de multă căldură generează asta? Suficient pentru a arde înfășurarea la RPM mare?
Situat în interiorul motorului, pot înțelege utilizarea uleiului de motor pentru a răci ansamblul, cu toate acestea, cu forța centrifugă a volantului și înfășurările situate în interiorul acestuia, nu-mi pot imagina nicio cantitate reală de ulei care să ajungă la ele pentru răcire.
Cea mai mare tensiune pe care am putut să o citesc este de 70 de volți RMS. Acest lucru nu este suficient pentru a arcui prin acoperirea PAV pe fir, cu excepția cazului în care căldura devine excesivă. Cu toate acestea, în deplasarea excesului la sol, există un contor EMF care să se opună câmpului magnetic de la magneții rotativi? Și dacă da, cât de eficient este?

Eu:

Da, creșterea frecvenței va da naștere la mai mult curent turbionar într-un nucleu pe bază de fier și la o creștere a căldurii. Am citit că metoda de control al șuntului este bună pentru generatoarele pe bază de motor, dar acest lucru va însemna și o sarcină crescută pe roata alternatorului și consum mai mare de combustibil de către vehicul. Răcirea ventilatorului este o opțiune? curentul către ventilator poate fi accesat de la alternatorul însuși.

Leonard:

Mă tem că un ventilator de răcire nu este o opțiune pentru alternator. Aceasta este montată intern, în interiorul motorului, iar pe Vulcanul meu sunt peste două capace din aluminiu. (Înlocuirea înfășurării alternatorului înseamnă îndepărtarea motorului de pe motocicletă.) Nu văd nicio modalitate de a reduce curenții turbionari, deoarece aceștia sunt indusă de magneții care se rotesc în interiorul volantului. Cu toate acestea, pot reduce curentul manevrat la masă ridicând tensiunea șuntului la 24 de volți și urmând asta cu un regulator de serie setat la 14 volți. La testarea alternatorului, nu văd prea mult efect din contra EMF în reducerea curentului de scurtcircuit. Pot încărca alternatorul la 30 Amperi și, prin scurtcircuitarea cablurilor, citesc încă 29 Amperi.
Cu toate acestea, dacă utilizați curenții turbionari ca o sarcină parazitară pentru a reduce tensiunea și curentul la RPM ridicat, pare a fi destul de eficient. Odată ce tensiunea circuitului deschis atinge 70 de volți (RMS), aceasta nu crește chiar și atunci când RPM-ul motorului se dublează. Manevrarea a 20 Amperi la sol (așa cum se face de către autoritățile de reglementare din fabrică), mărește căldura înfășurată pe lângă curenții turbionari. Prin reducerea curentului prin înfășurări, căldura generată de înfășurări ar trebui, de asemenea, redusă. Acest lucru nu va reduce curenții turbionari, dar ar trebui să reducă căldura generală generată de alternator, păstrând, sperăm, izolația înfășurării.
Având în vedere acoperirea de pe înfășurări, nu sunt la fel de îngrijorat de tensiunea generată. Lucrând de ani de zile la reconstrucția motoarelor electrice, sunt conștient că HEAT este cel mai rău dușman al izolației. Calitatea izolației este redusă pe măsură ce temperatura de funcționare crește. La temperatura ambiantă, învelișul PAV poate deține 100 de volți „întoarcere-întoarcere”. Dar creșteți această temperatură cu 100 C și poate că nu.
Sunt și curios. Motoarele electrice folosesc un aliaj de oțel cu siliciu de 3% pentru a reduce rezistența la inversarea câmpului magnetic din fier. Includ acestea în laminările lor sau omit siliciu pentru a reduce în continuare creșterea tensiunii și curentului la RPM ridicat? Nu se adaugă la căldură, dar reduce eficiența fierului de călcat, cu cât este mai mare RPM. Prin creșterea rezistenței la inversarea câmpului magnetic în miez, este posibil ca câmpul magnetic să nu pătrundă la fel de adânc în miez înainte de a fi necesar să se inverseze. Deci, cu cât este mai mare RPM, cu atât este mai mică penetrarea câmpului magnetic. Curenții turbionari pot reduce în continuare acea penetrare.

Eu:

Analiza dvs. are sens și pare foarte sănătoasă din punct de vedere tehnic. Fiind practic un tip de electronică, cunoștințele mele electrice nu sunt foarte bune, așa că sugerarea funcționării interne a motorului și modificările pot fi dificile pentru mine. Dar, după cum ați spus în ultimele propoziții prin restricționarea magnetului depus, curentul turbionar poate fi împiedicat să intre în adâncime. Am încercat să caut despre această problemă, dar nu am găsit nimic util până acum!

Leonard:

Așadar, după ce am lucrat cu motoare electrice timp de 13 ani, vă am un ușor dezavantaj? Deși, studiile mele s-au referit și la electronică, la fel și toată munca mea până când am descoperit că pot câștiga mai mulți bani lucrând cu motoare. Asta a însemnat, de asemenea, că nu țin pasul cu circuitele integrate, iar MOSFET-urile erau lucruri mici delicate care puteau fi rapid suflate cu cea mai mică încărcare statică. Deci, când vine vorba de electronică, mă aveți în dezavantaj. Nu am fost în stare să țin pasul cu noile evoluții.
Este interesant că nu am reușit să găsesc multe informații dintr-un singur loc. Un fel ca și cum niciunul dintre concepte nu ar fi legate între ele. Cu toate acestea, atunci când le reunesc pe toate, încep să aibă sens. Cu cât frecvența este mai mare, cu atât sunt necesare mai puține rotații pentru a obține aceeași reactanță inductivă. Deci, cu cât este mai mare RPM, cu atât câmpul magnetic devine mai puțin eficient. Este vorba despre singurul mod în care pot menține ieșirea constantă odată ce ieșirea atinge 70 de volți.
Dar, uitându-mă la modelul de pe un osciloscop, nu mă impresionează. O milisecundă de timp de încărcare, urmată de 6 până la 8 milisecunde de ieșire la pământ. Ar putea fi acesta motivul pentru care bateriile pentru motociclete nu durează mult? De la șase luni la un an, în timp ce bateriile auto funcționează timp de cinci ani sau mai mult. Acesta este motivul pentru care optez să „fixez” nivelul de tensiune la masă la o tensiune mai mare, iar această decupare fiind constantă. Urmat de un regulator de serie pentru a menține o rată de încărcare constantă în funcție de ceea ce necesită bateria, luminile și circuitele. Apoi, proiectându-l pentru a gestiona 50 Amperi, nu ar trebui să mai înlocuiesc niciodată un regulator.
Lucrez cu un rating de 50 Amperi, dar mă aștept ca, folosind un „tăietor”, Amperajul să fie considerabil mai mic de 20 Amperi la sol. Poate la fel de mic ca patru amperi. Apoi, regulatorul de serie permite (aproximativ) șapte amperi pentru baterie, lumini și circuite pentru motor. Totul se încadrează în puterea nominală a componentelor și nu este suficientă tensiune pentru a provoca acoperirea înfășurărilor.
Ați scris un articol foarte bun despre regulatorii de șunt, dar 25 Amperi este prea mic pentru aplicația mea. Totuși, este o inspirație bună.

Eu:

Da, așa este, ciclul de funcționare de 1/6 nu va încărca corect bateria. Dar acest lucru poate fi rezolvat cu ușurință printr-un redresor de punte și un condensator mare de filtru, care va asigura că bateria primește suficient CC pentru o încărcare eficientă. Mă bucur că mi-a plăcut articolul meu. Cu toate acestea, limita de 25 Amperi poate fi actualizată cu ușurință prin creșterea specificațiilor amplificatorului MOSFET. Sau poate fi prin adăugarea mai multor dispozitive în paralel.

Leonard:

În același timp, încerc să păstrez totul compact pentru a se potrivi în încăpere disponibilă, astfel încât condensatorul cu condensator de filtru mare să devină o problemă. De asemenea, nu este necesar dacă toate cele trei faze sunt tăiate după redresorul de punte. Toate ondulațiile sunt decupate, iar regulatorul de serie menține 100% timp de încărcare.
Circuitul dvs. menține, de asemenea, 100% timp de încărcare, cu toate acestea, curentul pe care îl deplasați la masă va fi mult mai mare, deoarece îl tăiați la tensiunea bateriei.

După cum puteți vedea în formele de undă, nu ar trebui să fie necesar condensator. Dar prin tăierea la un nivel superior, curentul deviat la sol ar trebui să fie mai mic. Apoi, scăderea tensiunii pe un regulator de serie nu ar trebui să afecteze nimic. Ar trebui să existe mai mult decât suficient pentru a menține bateria încărcată.
O nota. Tensiunea optimă de încărcare pentru o baterie cu plumb / acid este de fapt de 13,7 volți. Dacă îl mențineți la 12 volți, este posibil ca bateria să nu fie suficientă pentru a porni motorul. Și circuitul meu este preliminar și încă poate fi modificat.

Fabrica arată aproape primitivă, în modul în care funcționează. Circuitul lor încarcă bateria până ajunge la nivelul declanșatorului. apoi trece tot curentul la masă până când bateria scade sub nivelul declanșatorului. Rezultatul este o formă de undă cu o explozie de sarcină scurtă și dură care ar putea ajunge la 15 Amperi. (Nu l-am măsurat) Aceasta a urmat de o linie mai lungă, cu o ușoară pantă descendentă și o altă explozie.
Am văzut bateriile auto durând 5 sau 10 ani sau mai mult. Când era copil la o fermă, tatăl meu a transformat unul dintre tractoarele vechi de la șase volți la un sistem de doisprezece volți, folosind un alternator dintr-o mașină. Cincisprezece ani mai târziu, aceeași baterie pornea încă tractorul. La școala cu care lucrez (Învață siguranța motocicletelor), toate bateriile trebuie înlocuite în decurs de un an. DE CE ? ? ? Singurul lucru pe care am reușit să-l vin este sistemul de încărcare. Majoritatea bateriilor cu care am lucrat sunt evaluate doar pentru o rată de încărcare de 2 Amperi, până la 70 de volți, capabil de 30 de Amperi, aplicat la bornele bateriei pentru scurgeri scurte, poate provoca daune interne și scurtarea duratei de viață a bateriei. Mai ales în bateriile în care nu puteți verifica nivelurile de lichid. Singura problemă cu bateria poate fi nivelul lichidului, dar nu puteți face nimic în acest sens. Dacă pot verifica și menține nivelurile de lichid, durata de viață a bateriei este prelungită considerabil.
Conductorii care vin de la alternator ar fi echivalentul metric al # 16. Potrivit tabelului AWG, acest lucru este bun pentru 3,7 Amperi ca linie de transmisie și 22 Amperi în cablajul șasiului. Pe un alternator de 30 Amperi cu un regulator de șunt? Nivelul de șunt și Amperajul ar trebui să fie o proporție inversă, deci prin tăierea tensiunii în jumătate, ar trebui să reduc Amperajul în mod semnificativ. Privind forma de undă rectificată, cea mai mare concentrație de EMF este în jumătatea inferioară. Logica ar sugera că curentul va fi redus la o fracțiune. Voi afla când îl voi folosi.
La un motor de 1500cc, nu mă aștept să observ rezistența redusă la motor, dar consumul meu de combustibil se poate îmbunătăți. Și, îmi amintesc, când au început să pună regulatoarele în stare solidă pe alternatoarele auto, numărul magic era de 13,7 volți. Cu toate acestea, intenționam să setez regulatorul de serie la aproximativ 14,2 volți. Prea mare și fluidul se evaporă mai repede. Ai fost mult mai util decât știi. Inițial, aveam șase circuite diferite pe care le aveam în vedere și aveam de gând să trec la fiecare dintre ele. Articolul dvs. a eliminat cinci dintre ele, așa că pot economisi timp considerabil și mă voi concentra pe unul singur. Asta îmi economisește multă muncă. Acest lucru face ca merită foarte mult timpul să vă contactăm.
Aveți permisiunea mea să experimentați schema mea și să vedeți cu ce veniți. Pe diferite forumuri, citesc în care un număr de oameni vorbesc despre accesarea regulatoarelor de serie. Alții avertizează împotriva unei tensiuni prea mari care distruge acoperirea izolată a firului. Bănuiesc că mediul fericit poate fi o combinație a ambelor sisteme, dar care nu trece la ieșirea completă la sol. Circuitul este încă simplu, cu puține componente, dar nu arhaic.
Vă mulțumesc foarte mult pentru timp și atenție. Una dintre sursele mele de informații tehnice este: OCW.MIT.EDU Fac cursuri de inginerie acolo de câțiva ani acum. Nu primiți niciun credit pentru a le face, dar este, de asemenea, complet gratuit.