3-fasen motorfiets spanningsregelaarcircuits

De post bespreekt een lijst van PWM-gestuurde eenvoudige driefasige spanningsregelaarcircuits voor motorfietsen die kunnen worden gebruikt voor het regelen van de acculaadspanning in de meeste tweewielers. Het idee werd aangevraagd door de heer Junior.

Technische specificaties

hallo mijn naam is junior woon in Brazilië en werk met productie en herstel regulator gelijkrichter motorspanning en zou een hulp op prijs stellen u, ik heb een driefasig mosfet-regulatorcircuit voor motorfietsen nodig, entreda-spanning 80-150 volt, correte maximaal 25A, maximaal verbruik van het systeem 300 watt,

Ik wacht op terugkeer
naar.
junior

Het ontwerp

Het voorgestelde driefasige spanningsregelaarcircuit voor motorfietsen voor motorfietsen is te zien in het onderstaande diagram.

Het schema is vrij gemakkelijk te begrijpen.

De driefasige uitgang van de dynamo wordt achtereenvolgens aangelegd over drie vermogenstransistors werken in feite als rangeertoestellen voor de dynamostroom.

Zoals we dat allemaal doen tijdens het gebruik, kan een alternatorwikkeling worden blootgesteld aan enorme omgekeerde EMV's, in een mate waarin de isolatiekap van de wikkeling kan scheuren en deze permanent kan vernietigen.

Het reguleren van het dynamopotentieel door middel van shunten of kortsluiten naar aarde helpt om het dynamopotentieel onder controle te houden zonder er nadelige effecten in te veroorzaken.

De timing van de rangeerperiode is hier cruciaal en heeft een directe invloed op de grootte van de stroom die uiteindelijk de gelijkrichter en de opgeladen accu kan bereiken.

Een heel eenvoudige manier van het regelen van de rangeerperiode is door het regelen van de geleiding van de drie BJT's die zijn aangesloten over de 3 wikkelingen van de dynamo, zoals weergegeven in het diagram.

Mosfets kunnen ook worden gebruikt in plaats van de BJT's, maar kunnen veel duurder zijn dan de BJT's.

De methode wordt geïmplementeerd met behulp van een eenvoudig 555 IC PWM-circuit.

De variabele PWM-uitvoer van pin3 van de IC wordt toegepast over de bases van de BJT's die op hun beurt gedwongen worden om op een gecontroleerde manier te geleiden, afhankelijk van de PWM-duty-cycle.

De bijbehorende pot met de IC 555-schakeling is op de juiste manier afgesteld om de juiste gemiddelde RMS-spanning voor de opgeladen accu te verkrijgen.

De methode die wordt getoond in het driefasige spanningsregelaarcircuit voor motorfietsen met behulp van mosfets, kan evengoed worden geïmplementeerd voor enkele alternatoren om identieke resultaten te krijgen.

Piekspanning aanpassing

Een piekspanningsregelingsfunctie kan worden opgenomen in het bovenstaande circuit volgens het volgende diagram om een ​​veilig laadspanningsniveau voor de aangesloten batterij te behouden.

Zoals te zien is, wordt de aardingslijn van de IC 555 geschakeld door de NPN BC547 waarvan de basis wordt bestuurd door de piekspanning van de dynamo.

Wanneer de piekspanning 15 V overschrijdt, geleidt en activeert de BC547 het IC 555 PWM-circuit.

De MOSFET geleidt nu en begint de overtollige spanning van de dynamo naar aarde te shunten, met een snelheid die wordt bepaald door de PWM-werkcyclus.

Het proces voorkomt dat de alternatorspanning boven deze drempel komt, zodat de accu nooit te lang wordt opgeladen.

De transistor is BC547 en de pin5-condensator is 10nF

Oplaadsysteem voor motorfietsen

Het tweede ontwerp dat hieronder wordt gepresenteerd, is een gelijkrichter plus regelaar voor een driefasig oplaadsysteem voor motorfietsen. De gelijkrichter is dubbelfasig en de regelaar is een shunt-type regelaar.

Door: Abu Hafss

Het oplaadsysteem van een motorfiets is anders dan dat van auto's. De spanningsdynamo of -generator op auto's is van het elektromagnetische type en is vrij eenvoudig te regelen. Terwijl de generatoren op motorfietsen van het permanente magneettype zijn.

De uitgangsspanning van een dynamo is rechtevenredig met het toerental, d.w.z. bij hoog toerental zal de dynamo hoge spanningen van meer dan 50V produceren, vandaar dat een regelaar essentieel wordt om het hele elektrische systeem en ook de batterij te beschermen.

Sommige kleine fietsen en driewielers die niet op hoge snelheden rijden, hebben slechts 6 diodes (D6-D11) om dubbelfasige gelijkrichting uit te voeren. Ze hebben geen regeling nodig, maar die diodes hebben een hoge ampère en voeren tijdens het gebruik veel warmte af.

Bij fietsen met goed geregelde laadsystemen wordt normaal gesproken een shunt-type regeling gebruikt. Dit wordt gedaan door de wikkelingen van de dynamo gedurende één cyclus van de AC-golfvorm kort te sluiten. Een SCR of soms een transistor wordt in elke fase als rangeerapparaat gebruikt.

Schakelschema

Circuitwerking

Het netwerk C1, R1, R2, ZD1, D1 en D2 vormt het spanningsdetectiecircuit en is ontworpen om te triggeren bij ongeveer 14,4 volt. Zodra het laadsysteem deze drempelspanning passeert, begint T1 te geleiden.

Dit stuurt stroom naar elke poort van de drie SCR's S1, S2 en S3, via stroombegrenzende weerstanden R3, R5 en R7. D3, D4 en D5 zijn belangrijk om de poorten van elkaar te isoleren. R4, R6 en R8 helpen bij het afvoeren van mogelijke lekkage uit T1. S1, S2 en S3 moeten worden voorzien van warmteafvoer en van elkaar worden geïsoleerd met behulp van mica-isolator, als een gemeenschappelijke warmteafleider wordt gebruikt.

Voor de gelijkrichter zijn er drie opties:

a) Zes autodiodes

b) Een driefasige gelijkrichter

c) Twee bruggelijkrichters

Ze moeten allemaal een vermogen van minimaal 15A hebben en zijn voorzien van warmteafvoer.

De auto-diodes zijn twee soorten positief lichaam of negatief lichaam en moeten daarom dienovereenkomstig worden gebruikt. Maar ze zijn misschien een beetje moeilijk om in contact te komen met het koellichaam.

Twee bruggelijkrichters gebruiken

Als u twee bruggelijkrichters gebruikt, kunnen deze worden gebruikt zoals weergegeven.

Bruggelijkrichter

Automotive-diodes

3-fasen gelijkrichter

Bruggelijkrichter

Efficiënt opladen van de batterij door middel van shuntregeling voor motorfietsen

Het volgende e-mailgesprek tussen de heer Leoneard, een enthousiaste onderzoekers / ingenieur en mij, helpt ons enkele zeer interessante feiten te leren over de nadelen en beperkingen van de shuntregelaar van motorfietsen. Het helpt ons ook te weten hoe we het concept eenvoudig kunnen upgraden naar een effectief en toch goedkoop ontwerp.

Leonard:

Je hebt een interessant circuit, maar .....
Mijn motorfiets heeft een alternator van 30 ampère, waarvan ik zeker ben dat hij RMS is, en piekt op 43,2 ampère. Uw 25 Amp-circuit houdt het waarschijnlijk helemaal niet lang vol.
Echter.....
In plaats van de gelijkrichters die u suggereert, heeft een SQL50A een vermogen van 50 Ampère bij 1.000 Volt. Het is een driefasige gelijkrichtermodule en zou geen probleem moeten hebben met het verwerken van een piek van 45 ampère. (Ik heb er twee bij de hand.)
Dat betekent ook dat de SCR's die stroomsterkte zullen moeten verwerken en drie HS4040NAQ2 met een RMS-stroom van 40 Ampère (niet-repetitieve piek tot 520 Ampère) zouden dat redelijk goed moeten verwerken. Ze hebben natuurlijk een behoorlijk gezond koellichaam en een goede luchtstroom nodig.
Ik denk dat het regelcircuit ongeveer zou moeten werken zoals het is.
Ik heb de afgelopen drie maanden drie toezichthouders vervangen en ik sta op het punt om goed geld te gooien na slecht. De laatste duurde in totaal tien seconden voordat het ook slecht ging. Ik sta op het punt om mijn eigen schip te bouwen en als ik het moet bouwen om een ​​slagschip van stroom te voorzien, het zij zo.
Iets anders wat me opviel, is dat de lamellen die in de dynamo worden gebruikt, aanzienlijk dikker zijn dan die in elektromotoren. Een 18-polige wikkeling en een motor die op snelwegsnelheden werkt, betekent een veel hogere frequentie en veel meer wervelstromen in het ijzer. Wat zou het effect zijn op die wervelstromen als er een serieregelaar wordt gebruikt waarmee de spanning tot 70 volt (RMS) kan stijgen? Zou dit de wervelstromen verhogen tot het punt van oververhitting van het strijkijzer en het risico lopen de wikkelingen van de dynamo te beschadigen? Als dat zo is, zou het logisch zijn om de spanning niet boven de 14 Volt te laten komen, maar ik heb nog steeds 20 Ampère van de dynamo bij 1500 RPM.

IK:

Dank je! Ja, u moet af van die hoge spanning die een enorme druk op de alternatorwikkeling kan uitoefenen, de beste manier is om deze door zware MOSFET's op het koellichaam te leiden
https://homemade-circuits.com/wp-content/uploads/2012/10/shunt-3.png

Leonard:

Eigenlijk ben ik lang niet zo bezorgd over de effecten van spanning op de wikkelingen. Ze lijken te zijn bekleed met Poly-Armor Vinyl, dat ook wordt gebruikt in willekeurig gewikkelde stators die werken op 480 volt. Ik maak me veel meer zorgen over de hitte van de wervelstromen in de lamellen, omdat ze zo dik zijn. Hier in de Verenigde Staten, met een lijnstroom van 60 Hz, is de dikte van motorlaminaten een fractie van wat ze in de dynamo zijn. Bij wegsnelheid kan de frequentie van de dynamo 1,2 Khtz of hoger zijn. In andere toepassingen zou dat een ferrietkern vereisen om de wervelstromen te elimineren.
Ik probeer de rol van wervelstromen in deze toepassing te begrijpen. Naarmate het toerental toeneemt, neemt ook de frequentie toe, en ook de wervelstromen. Een parasitaire belasting om de opgewekte spanning af te vlakken? Een manier om de stroom die wordt gegenereerd bij een hoog toerental af te vlakken? Hoeveel warmte genereert dat precies? Genoeg om de wikkeling bij hoog toerental uit te branden?
Ik kan me voorstellen dat ik motorolie moet gebruiken om het geheel te koelen, maar ik kan me niet voorstellen dat het in de motor zit met de middelpuntvliedende kracht van het vliegwiel en de wikkelingen die zich daarin bevinden.
Het hoogste voltage dat ik heb kunnen aflezen is 70 volt RMS. Dat is niet genoeg om door de PAV-coating op de draad te buigen, tenzij de hitte overmatig wordt. Is er echter bij het omleiden van het overschot naar aarde een tegen-EMF die het magnetische veld van de roterende magneten tegenwerkt? En zo ja, hoe effectief is het?

IK:

Ja, een frequentieverhoging zal aanleiding geven tot meer wervelstroom in een op ijzer gebaseerde kern en een toename van de warmte. Ik heb gelezen dat de shuntbesturingsmethode goed is voor motorgebaseerde generatoren, maar dit betekent ook een verhoogde belasting van het dynamo-wiel en meer brandstofverbruik door het voertuig. is ventilatorkoeling een optie? de stroom naar de ventilator is toegankelijk via de dynamo zelf.

Leonard:

Ik ben bang dat een koelventilator geen optie is voor de dynamo. Dat zit intern, in de motor gemonteerd, en op mijn Vulcan zitten daar twee aluminium afdekkingen overheen. (Het vervangen van de alternatorwikkeling betekent het verwijderen van de motor van de motor.) Ik zie geen enkele manier om de wervelstromen te verminderen, omdat ze veroorzaakt door de magneten die in het vliegwiel draaien. Ik kan de stroom die naar aarde wordt geshunt echter verminderen door de spanning van de shunt te verhogen tot 24 volt, en daarna met een serieregelaar die is ingesteld op 14 volt. Bij het testen van de dynamo zie ik niet veel effect van tegen-EMF bij het verminderen van kortsluitstroom. Ik kan de dynamo laden tot 30 Ampère, en door de kabels kort te sluiten, lees ik nog steeds 29 Ampère.
Als je de wervelstromen echter als een parasitaire belasting gebruikt om de spanning en stroom bij hoge RPM af te vlakken, lijkt het behoorlijk effectief te zijn. Zodra de nullastspanning 70 volt (RMS) bereikt, gaat deze niet hoger, zelfs niet als het motortoerental verdubbelt. Door 20 Ampère naar aarde te rangeren (zoals gedaan door fabrieksregelaars), wordt naast de wervelstromen de warmte in de wikkeling verhoogd. Door de stroom door de wikkelingen te verminderen, moet ook de warmte die door de wikkelingen wordt gegenereerd, worden verminderd. Dat zal de wervelstromen niet verminderen, maar zou de algehele warmte die door de dynamo wordt gegenereerd moeten verminderen, waardoor hopelijk de isolatie van de wikkelingen behouden blijft.
Gezien de coating op de wikkelingen, ben ik lang niet zo bezorgd over de gegenereerde spanning. Ik heb jarenlang gewerkt aan het herbouwen van elektromotoren en ik ben me ervan bewust dat WARMTE de grootste vijand van de isolatie is. De kwaliteit van de isolatie neemt af naarmate de bedrijfstemperatuur stijgt. Bij omgevingstemperatuur kan PAV-coating 100 volt 'turn-to-turn' bevatten. Maar verhoog die temperatuur met 100 C, en misschien ook niet.
Ik ben ook benieuwd. Elektromotoren gebruiken een staallegering met 3% silicium om de weerstand tegen omkering van het magnetische veld in het ijzer te verminderen. Nemen ze dat op in hun lamellen of laten ze het silicium weg om de toename van spanning en stroom bij hoge RPM verder te verminderen? Het draagt ​​niet bij aan de warmte, maar vermindert wel de efficiëntie van het strijkijzer, hoe hoger het toerental. Door de weerstand tegen omkering van het magnetische veld in de kern te vergroten, kan het zijn dat het magnetische veld niet zo diep in de kern doordringt voordat het moet worden omgekeerd. Dus hoe hoger het toerental, hoe minder penetratie door het magnetische veld. De wervelstromen kunnen die penetratie verder verminderen.

IK:

Uw analyse is logisch en ziet er technisch zeer goed uit. Omdat ik eigenlijk een elektronica-man ben, is mijn elektrische kennis niet erg goed, dus het suggereren van interne motorwerking en modificaties kan voor mij moeilijk zijn. Maar, zoals je in je laatste zinnen zei, door het magnetisch veld te beperken, kan worden voorkomen dat de wervelstroom diep binnendringt. Ik heb geprobeerd naar dit probleem te zoeken, maar kon tot nu toe niets nuttigs vinden!

Leonard:

Dus, na 13 jaar met elektromotoren gewerkt te hebben, heb ik je een klein nadeel? Hoewel ik ook elektronica heb gestudeerd, en dat gold ook voor al mijn werk, totdat ik merkte dat ik meer geld kon verdienen door met motoren te werken. Dat betekende ook dat ik de geïntegreerde schakelingen niet bij kon houden, en MOSFET's waren delicate kleine dingen die snel konden worden uitgeblazen met de minste statische lading. Dus als het om elektronica gaat, heb je mij in het nadeel. Ik kon de nieuwe ontwikkelingen niet bijhouden.
Het is interessant dat ik niet veel van mijn informatie op één plek heb kunnen vinden. Een beetje alsof geen van de concepten aan elkaar gerelateerd is. Maar als je ze allemaal samenvoegt, beginnen ze logisch te worden. Hoe hoger de frequentie, hoe minder beurten er nodig zijn om dezelfde inductieve reactantie te krijgen. Dus hoe hoger het toerental, hoe minder effectief het magnetische veld wordt. Het is ongeveer de enige manier waarop ze de output constant kunnen houden zodra de output 70 volt bereikt.
Maar als ik naar het patroon op een oscilloscoop kijk, ben ik niet onder de indruk. Een milliseconde oplaadtijd, gevolgd door 6 tot 8 milliseconde geaarde output. Zou dit kunnen zijn waarom motoraccu's niet lang meegaan? Zes maanden tot een jaar, terwijl autobatterijen vijf jaar of langer meegaan. Dit is de reden waarom ik ervoor kies om het spanningsniveau te 'knippen' naar aarde bij een hogere spanning, en dat knippen is constant. Gevolgd door een serieregelaar om een ​​constante laadsnelheid te behouden in overeenstemming met wat de batterij, verlichting en circuits nodig hebben. Door het vervolgens te ontwerpen voor 50 Ampère, zou ik nooit meer een regelaar hoeven te vervangen.
Ik werk met een vermogen van 50 Amp, maar ik verwacht dat door het gebruik van een 'clipper' de stroomsterkte aanzienlijk lager moet zijn dan 20 Ampère naar aarde. Misschien zo laag als vier Ampère. Vervolgens laat de serieregelaar de (ongeveer) zeven Ampère toe voor de batterij, verlichting en circuits voor de motor. Allemaal ruim binnen het wattage van de componenten en niet genoeg spanning om de coating van de wikkelingen uit te dagen.
Je hebt een heel goed artikel geschreven over shuntregelaars, maar 25 Ampère is gewoon te klein voor mijn toepassing. Toch is het een goede inspiratie.

IK:

Ja dat klopt, een duty cycle van 1/6 laadt een accu niet goed op. Maar dit kan eenvoudig worden opgelost door een bruggelijkrichter en een grote filtercondensator, die ervoor zal zorgen dat de batterij voldoende DC krijgt om effectief op te laden. Ik ben blij dat ik mijn artikel leuk vond. De limiet van 25 Amp kan echter eenvoudig worden opgewaardeerd door de MOSFET-versterkerspecificaties te verhogen. Of misschien door meer apparaten parallel toe te voegen.

Leonard:

Tegelijkertijd probeer ik alles compact te houden om in de beschikbare ruimte te passen, zodat een grote filtercondensator een probleem wordt. Het is ook niet nodig als alle drie de fasen na de bruggelijkrichter worden afgekapt. Alle rimpel wordt afgekapt en de serieregelaar behoudt 100% oplaadtijd.
Uw circuit handhaaft ook een laadtijd van 100%, maar de stroom die u naar aarde shunt zal veel hoger zijn omdat u deze afknipt bij accuspanning.

Zoals je kunt zien in de golfvormen, zou er geen condensator nodig moeten zijn. Maar door op een hoger niveau te clippen, zou de stroom die naar aarde wordt geshunt lager moeten zijn. Dan zou het laten vallen van de spanning over een serieregelaar niets pijn doen. Er moet meer dan genoeg zijn om de batterij opgeladen te houden.
Een notitie. De optimale laadspanning voor een lood / zuur-accu is eigenlijk 13,7 volt. Om het op 12 volt te houden, geeft de batterij mogelijk niet genoeg om de motor te starten. En mijn circuit is voorlopig en nog aan verandering onderhevig.

De fabriek ziet er bijna primitief uit, in de manier waarop hij werkt. Hun circuit laadt de batterij op totdat deze het triggerniveau bereikt. vervolgens shunt het alle stroom naar aarde totdat de batterij onder het activeringsniveau zakt. Het resultaat is een golfvorm met een korte, harde uitbarsting van lading die wel 15 Ampère kan zijn. (Ik heb het niet gemeten) Dat gevolgd door een langere lijn met een lichte neerwaartse helling, en nog een burst.
Ik heb gezien dat auto-accu's 5 tot 10 jaar of langer meegaan. Als kind op een boerderij heeft mijn vader een van de oude tractoren omgebouwd van zes volt naar een twaalf volt systeem, met behulp van een dynamo uit een auto. Vijftien jaar later startte diezelfde accu de tractor nog steeds. Op de school waar ik mee werk (leert motorveiligheid) moeten alle accu's binnen een jaar vervangen worden. WAAROM ?​​Het enige dat ik heb kunnen bedenken, is het laadsysteem. De meeste batterijen waarmee ik heb gewerkt, zijn alleen geschikt voor een laadsnelheid van 2 ampère, tot 70 volt, in staat tot 30 ampère, toegepast op de accupolen voor korte bursts kan interne schade veroorzaken en de levensduur van de batterij verkorten. Vooral in de batterijen waar u de vloeistofniveaus niet kunt controleren. Het enige probleem met de batterij is mogelijk het vloeistofpeil, maar u kunt er niets aan doen. Als ik het vloeistofpeil kan controleren en handhaven, wordt de levensduur van de batterij aanzienlijk verlengd.
De kabels die van de dynamo komen, zijn het metrische equivalent van # 16. Volgens de AWG-tabel is dat goed voor 3,7 Ampère als transmissielijn en 22 Ampère in chassisbedrading. Op een alternator van 30 Amp met een shuntregelaar? Het shuntniveau en de stroomsterkte moeten een omgekeerde verhouding zijn, dus door de spanning te halveren, zou ik de stroomsterkte aanzienlijk moeten verlagen. Als we naar de gelijkgerichte golfvorm kijken, bevindt de hoogste concentratie EMF zich in de onderste helft. Logica zou suggereren dat de stroom tot een fractie wordt teruggebracht. Ik kom erachter wanneer ik het in gebruik neem.
Op een 1500cc-motor verwacht ik de verminderde weerstand op de motor niet te merken, maar mijn brandstofverbruik kan verbeteren. En, ik herinner me, toen ze voor het eerst begonnen met het plaatsen van solid-state regulatoren op auto-alternatoren, was het magische getal 13,7 volt. Ik was echter van plan mijn serieregelaar in te stellen op ongeveer 14,2 volt. Te hoog en de vloeistof verdampt sneller. Je was veel meer behulpzaam dan je denkt. Oorspronkelijk had ik zes verschillende circuits die ik overwoog en die ik elk van hen zou breadboard. Uw artikel heeft er vijf geschrapt, dus ik kan aanzienlijk tijd besparen en me op slechts één concentreren. Dat scheelt me ​​een hoop werk. Dat maakt het zeer de moeite waard om contact met u op te nemen.
Je hebt mijn toestemming om met mijn schema te experimenteren en te zien wat je bedenkt. Op verschillende fora lees ik waar een aantal mensen het hebben over het gaan naar serieregelaars, anderen waarschuwen voor een te hoge spanning die de geïsoleerde coating op de draad vernielt. Ik vermoed dat het gelukkige medium een ​​combinatie van beide systemen is, maar niet de volledige output naar aarde shunt. Het circuit is nog steeds eenvoudig, met weinig componenten, maar niet archaïsch.
Heel erg bedankt voor je tijd en aandacht. Een van mijn bronnen voor technische informatie is: OCW.MIT.EDU Ik volg daar nu een paar jaar technische cursussen. Je krijgt er geen krediet voor, maar het is ook helemaal gratis.