Circuits de regulador de voltatge de motos trifàsics

El missatge analitza una llista de circuits reguladors de tensió de motocicletes trifàsics simples controlats per PWM que es poden utilitzar per controlar la tensió de càrrega de la bateria en la majoria de les dues rodes. La idea va ser sol·licitada pel senyor Junior.

Especificacions tècniques

hola, em dic júnior, viu al Brasil i treballo amb un regulador de fabricació i recuperador de tensió per a motocicletes i us agrairia una ajuda. Necessito un circuit regulador de mosfet trifàsic per a motocicletes, tensió entreda de 80 a 150 volts, correta Màxim 25A, consum màxim del sistema 300 watts,

Espero el retorn
a.
júnior

El disseny

El circuit regulador de voltatge de la motocicleta trifàsica proposat per a la motocicleta es pot veure en el diagrama següent.

L’esquema és bastant fàcil d’entendre.

La sortida trifàsica de l'alternador s'aplica seqüencialment a través de tres transistors de potència que bàsicament actuen com a dispositius de derivació per al corrent de l'alternador.

Com tot això durant el funcionament, un bobinatge alternador podria ser sotmès a enormes CEM inverses, fins a un punt que podria arrencar la coberta d’aïllament del bobinatge destruint-la permanentment.

La regulació del potencial de l’alternador mitjançant el mètode de derivació o curtcircuit a terra ajuda a mantenir el potencial de l’alternador sota control sense provocar-ne efectes adversos.

El moment del període de derivació és crucial aquí i influeix directament en la magnitud de corrent que pot arribar finalment al rectificador i a la bateria carregada.

Una forma molt senzilla de controlar el període de temps de derivació és mitjançant el control de la conducció dels tres BJT connectats a través dels 3 bobinats de l'alternador, tal com es mostra al diagrama.

També es podrien utilitzar Mosfets en lloc dels BJT, però podrien ser més costosos que els BJT.

El mètode s’implementa mitjançant un fitxer circuit senzill 555 IC PWM.

La sortida PWM variable del pin3 de l'IC s'aplica a les bases dels BJT que, al seu torn, es veuen obligats a dur a terme de manera controlada en funció del cicle de treball PWM.

El pot associat amb el Circuit IC 555 s'ajusta adequadament per obtenir el voltatge RMS mitjà correcte per a la bateria carregada.

El mètode mostrat al circuit regulador de voltatge de la motocicleta trifàsica mitjançant mosfets es pot implementar igualment per a alternadors simples per obtenir resultats idèntics.

Ajust de la tensió màxima

Es pot incloure una funció de regulació de la tensió màxima al circuit anterior segons el diagrama següent, per tal de mantenir un nivell de voltatge de càrrega segur per a la bateria connectada.

Com es pot veure, la línia de terra de l'IC 555 la commuta el NPN BC547, la base del qual està controlada per la tensió màxima de l'alternador.

Quan la tensió màxima supera els 15 V, el BC547 condueix i activa els circuits IC 555 PWM.

El MOSFET ara condueix i comença a derivar l'excés de tensió de l'alternador a terra, a una velocitat determinada pel cicle de treball PWM.

El procés evita que la tensió de l'alternador superi aquest llindar, garantint així que la bateria mai no estigui sobrecarregada.

El transistor és BC547 i el condensador pin5 10nF

Sistema de càrrega de bateries de motocicletes

El segon disseny que es presenta a continuació és un rectificador més regulador per a un sistema de càrrega trifàsica de motocicletes. El rectificador és d’ona completa i el regulador és regulador de tipus derivació.

Per: Abu Hafss

El sistema de càrrega d’una motocicleta és diferent del dels cotxes. L’alternador o generador de tensió dels cotxes és de tipus electroimant que és bastant fàcil de regular. Mentre que, els generadors de motocicletes són de tipus imant permanent.

La sortida de tensió d’un alternador és directament proporcional a la RPM, és a dir, a altes revolucions, l’alternador produirà tensions altes de més de 50 V, per tant, un regulador esdevé essencial per protegir tot el sistema elèctric i la bateria també.

Algunes bicicletes petites i 3 rodes que no funcionen a gran velocitat, només tenen 6 díodes (D6-D11) per realitzar la rectificació d’ona completa. No necessiten regulació, però aquests díodes tenen un alt amper nominal i dissipen molta calor durant el funcionament.

En les bicicletes amb sistemes de càrrega regulats adequadament, s’utilitza normalment una regulació de tipus derivació. Això es fa curtcircuitant els bobinats de l’alternador durant un cicle de la forma d’ona de corrent altern. Un SCR o de vegades un transistor s'utilitza com a dispositiu de derivació en cada fase.

Esquema de connexions

Funcionament del circuit

La xarxa C1, R1, R2, ZD1, D1 i D2 forma el circuit de detecció de tensió i està dissenyada per activar-se a uns 14,4 volts. Tan bon punt el sistema de càrrega supera aquest voltatge llindar, T1 comença a conduir-se.

Això envia corrent a cada porta dels tres SCR S1, S2 i S3, mitjançant resistències limitadores de corrent R3, R5 i R7. D3, D4 i D5 són importants per aïllar les portes les unes de les altres. R4, R6 i R8 ajuden a drenar qualsevol possible fuita de T1. S1, S2 i S3 s’han de dissipar i aïllar-se l’un de l’altre mitjançant un aïllant de mica, si s’utilitza dissipador de calor comú.

Per al rectificador, hi ha tres opcions:

a) Sis díodes per a automoció

b) Un rectificador trifàsic

c) Dos rectificadors de pont

Tots han de tenir una classificació mínima de 15A i ser dissipats per calor.

Els díodes per a automoció són dos tipus de cos positiu o cos negatiu, per tant, s’han d’utilitzar en conseqüència. Però pot ser que siguin poc difícils de contactar per dissipar la calor.

Ús de dos rectificadors de pont

Si s'utilitzen dos rectificadors de pont, es poden utilitzar com es mostra.

Rectificador de ponts

Diodes per a automoció

Rectificador trifàsic

Rectificador de ponts

Càrrega eficient de la bateria mitjançant el reglament de derivació de motocicletes

La següent conversa per correu electrònic entre el senyor Leoneard, un àvid investigador / enginyer i jo, ens ajuda a conèixer fets molt interessants sobre els inconvenients i limitacions del regulador de derivació de motocicletes. També ens ajuda a saber actualitzar el concepte simplement a un disseny eficaç però econòmic.

Leonard:

Tens un circuit interessant, però .....
La meva moto té un alternador de 30 amperes, que estic segur que és RMS, i arriba a 43,2 amperes. És probable que el vostre circuit de 25 Ampers no aguanti gens.
Malgrat això.....
En lloc dels rectificadors que suggeriu, un SQL50A té una potència de 50 amperes a 1.000 volts. És un mòdul rectificador trifàsic i no hauria de tenir problemes per manejar un pic de 45 amperes. (En tinc dos a mà.)
Això també significa que els SCR hauran de manejar que l'amperatge i tres HS4040NAQ2 amb un corrent RMS de 40 amperes (pujada no repetitiva a 520 amperes) haurien de gestionar-ho bastant bé. Per descomptat, requeriran un dissipador de calor força saludable i un bon flux d’aire.
Estic pensant que el circuit de control hauria de funcionar gairebé tal com és.
He substituït 3 reguladors en els darrers tres mesos i estic a punt de provar de llançar bons rere danys. L'últim va durar deu segons en total abans que també anés malament. Estic a punt de construir el meu propi i si l’he de construir per alimentar un cuirassat, també ho serà.
Una altra cosa que he observat és que les laminacions que s’utilitzen a l’alternador són considerablement més gruixudes que les que s’utilitzen en motors elèctrics. Un bobinatge de 18 pols i un motor que funciona a velocitats de carretera suposa una freqüència molt més elevada i molt més corrents de Foucault al ferro. Quin seria l’efecte d’aquests corrents de Foucault si s’utilitza un regulador de sèrie que permetria arribar a una tensió de fins a 70 volts (RMS)? Això augmentaria els corrents de Foucault fins al punt de sobreescalfar la planxa i arriscaria a danyar els bobinats de l’alternador? Si fos així, tindria sentit no permetre que el voltatge superés els 14 volts, però encara tinc 20 amperes procedents de l’alternador a 1500 RPM.

em:

Gràcies! Sí, heu de desfer-vos d’aquesta alta tensió que podria exercir una pressió enorme sobre l’enrotllament de l’alternador, la millor manera és passar-la a través de MOSFET de resistència al dissipador de calor.
https://homemade-circuits.com/wp-content/uploads/2012/10/shunt-3.png

Leonard:

De fet, no estic tan preocupat pels efectes de la tensió sobre els bobinats. Sembla que estan recoberts de vinil poli-armat, que també s’utilitza en estatores de ferides aleatòries que funcionen a 480 volts. Em preocupa molt més la calor dels corrents de Foucault de les laminacions, ja que són tan gruixudes. Aquí als Estats Units, amb un corrent de línia de 60 htz, el gruix de les laminacions del motor són una fracció del que són a l’alternador. A la velocitat de la carretera, la freqüència de l’alternador pot ser de 1,2 Khtz o superior. En altres aplicacions, això requeriria un nucli de ferrita per eliminar els corrents de Foucault.
Intento entendre el paper dels corrents de Foucault en aquesta aplicació. A mesura que augmenta la RPM, també augmenta la freqüència i els corrents de Foucault. Una càrrega paràsita per reduir la tensió generada? Un mitjà per anivellar el corrent generat a RPM elevats? Quina calor genera això? N’hi ha prou per cremar l’enrotllament a RPM elevades?
Situat a l’interior del motor, puc entendre l’ús d’oli del motor per refredar el conjunt, però, amb la força centrífuga del volant i els bobinats situats al seu interior, no puc imaginar cap quantitat real d’oli que arribi per refredar-se.
El voltatge més alt que he pogut llegir és de 70 volts RMS. Això no és suficient per arquejar-se a través del recobriment PAV del cable, tret que la calor es faci excessiva. No obstant això, en derivar l'excés cap a terra, hi ha un comptador EMF que s'oposi al camp magnètic dels imants que giren? I si és així, quina efectivitat té?

em:

Sí, l’augment de freqüència donarà lloc a més corrent de Foucault en un nucli a base de ferro i a un augment de la calor. He llegit que el mètode de control de derivació és bo per als generadors basats en motors, però això també significarà un augment de la càrrega a la roda de l’alternador i Més consum de combustible per part del vehicle. El ventilador és una opció de refrigeració? es pot accedir al corrent del ventilador des del propi alternador.

Leonard:

Em temo que un ventilador de refrigeració no és una opció per a l’alternador. Això està muntat a l'interior, dins del motor i al meu Vulcan, hi ha dues tapes d'alumini a sobre (substituir el bobinatge de l'alternador significa treure el motor de la motocicleta). No veig cap manera de reduir els corrents de Foucault perquè són induïda pels imants que giren a l’interior del volant. Tanmateix, puc reduir el corrent derivat a terra elevant el voltatge de la derivació a 24 volts i, després, amb un regulador de sèrie configurat a 14 volts. En provar l'alternador, no veig gaire efecte del comptador EMF en la reducció del corrent de curtcircuit. Puc carregar l'alternador a 30 amperes i, en curtcircuitar els cables, encara llegeixo 29 amperes.
Tanmateix, si s’utilitzen els corrents de Foucault com a càrrega parasitària per reduir la tensió i el corrent a RPM elevats, sembla ser força eficaç. Una vegada que el voltatge del circuit obert arriba a 70 volts (RMS), no puja fins i tot quan es duplica la RPM del motor. El desplaçament de 20 A a terra (com fan els reguladors de fàbrica) augmenta la calor del bobinat a més dels corrents de Foucault. En reduir el corrent a través dels bobinats, també s’hauria de reduir la calor generada pels bobinats. Això no reduirà els corrents de Foucault, però hauria de reduir la calor general generada per l'alternador, amb la intenció de preservar l'aïllament del bobinatge.
Tenint en compte el recobriment dels bobinatges, no em preocupa tant la tensió generada. Després d’haver treballat durant anys en la reconstrucció de motors elèctrics, sé que HEAT és el pitjor enemic de l’aïllament. La qualitat de l'aïllament es redueix a mesura que augmenta la temperatura de funcionament. A temperatura ambient, el recobriment PAV pot contenir 100 volts 'gir a volta'. Però augmenteu aquesta temperatura en 100 ° C i potser no.
També tinc curiositat. Els motors elèctrics utilitzen un aliatge d’acer amb un 3% de silici per reduir la resistència a la inversió del camp magnètic dins del ferro. Inclouen això en les seves laminacions o ometen el silici per reduir encara més l’augment de tensió i corrent a RPM elevats? No s’afegeix a la calor, però redueix l’eficiència del ferro, com més alt és el nombre de revolucions. En augmentar la resistència a la inversió del camp magnètic al nucli, és possible que el camp magnètic no penetri tan profundament dins del nucli abans que es requereixi la seva inversió. Per tant, com més gran sigui el RPM, menys penetració del camp magnètic. Els corrents de Foucault poden reduir encara més aquesta penetració.

em:

La vostra anàlisi té sentit i sembla molt tècnicament sòlida. Essent bàsicament un home d’electrònica, els meus coneixements elèctrics no són molt bons, de manera que em pot resultar difícil suggerir un funcionament intern del motor i modificacions. Però, tal com vau dir a les vostres darreres frases restringint el magnètic arxivat, es pot evitar que el corrent de Foucault entri en profunditat. He provat de buscar aquest problema, però fins ara no he trobat res útil.

Leonard:

Per tant, després d’haver treballat amb motors elèctrics durant 13 anys, tinc un lleuger desavantatge? Tot i que els meus estudis també han estat relacionats amb l’electrònica, així com tota la meva feina fins que vaig trobar que podia guanyar més diners treballant amb motors. Això també significava que no seguia els circuits integrats, i els MOSFET eren petites coses delicades que es podien explotar ràpidament amb la mínima càrrega estàtica. Per tant, quan es tracta d’electrònica, em teniu en desavantatge. No vaig poder estar al dia de les novetats.
És interessant que no hagi pogut trobar gran part de la meva informació en un sol lloc. Una mena de com si cap dels conceptes estigués relacionat entre si. Tot i això, quan els uneixen tots, comencen a tenir sentit. Com més alta és la freqüència, es necessiten menys girs per obtenir la mateixa reactància inductiva. Per tant, com més alt sigui el RPM, menys efectiu serà el camp magnètic. Es tracta de l’única manera de mantenir constant la sortida un cop la sortida arriba als 70 volts.
Però en mirar el patró en un oscil·loscopi, no m’impressiona. Un mil·lisegon de temps de càrrega, seguit de 6 a 8 mil·lisegons de sortida a terra. Podria ser per això que les bateries de les motos no duren gaire? De sis mesos a un any, mentre que les bateries d’automòbil funcionen durant cinc o més anys. És per això que estic optant per 'retallar' el nivell de voltatge a terra a una tensió més alta i que aquest retall sigui constant. Seguit d’un regulador de sèrie per mantenir una velocitat de càrrega constant segons el que requereixen la bateria, els llums i els circuits. Llavors, dissenyant-lo per gestionar 50 amperes, no hauria de tornar a substituir mai cap regulador.
Estic treballant amb una classificació de 50 Amperes, però espero que si utilitzeu un 'clipper' l'Amperatge hauria de ser considerablement inferior a 20 Amperes respecte a terra. Potser tan baix com quatre amperes. A continuació, el regulador de la sèrie permet (aproximadament) set amperes per a la bateria, els llums i els circuits del motor. Tot dins de la potència nominal dels components i no hi ha prou tensió per desafiar el recobriment dels bobinats.
Heu escrit un article molt bo sobre reguladors de derivació, però 25 Amps és massa petit per a la meva aplicació. Tot i això, és una bona inspiració.

em:

Sí, és cert, el cicle de treball de 1/6 no carregarà correctament la bateria. Però això es pot solucionar fàcilment mitjançant un rectificador de pont i un condensador de filtre gran, que assegurarà que la bateria tingui prou CC per a una càrrega efectiva. M’alegra que m’hagi agradat el meu article. No obstant això, el límit de 25 amperis es pot actualitzar fàcilment augmentant les especificacions de l'ampli MOSFET. O pot ser afegint més dispositius en paral·lel.

Leonard:

Al mateix temps, intento que tot sigui compacte perquè s’adapti a l’espai disponible, de manera que el condensador de condensador de filtre gran es converteixi en un problema. Tampoc és necessari si les tres fases es retallen després del rectificador de pont. Es retalla tota ondulació i el regulador de la sèrie manté un temps de càrrega del 100%.
El vostre circuit també manté un temps de càrrega del 100%, però el corrent que torneu a terra serà molt més gran perquè el retalleu a la tensió de la bateria.

Com podeu veure a les formes d'ona, no hauria de ser necessari cap condensador. Però si es retalla a un nivell superior, el corrent derivat a terra hauria de ser inferior. Aleshores, deixar caure el voltatge a través d’un regulador de la sèrie no hauria de fer mal a res. N’hi hauria d’haver més que suficient per mantenir la bateria carregada.
Una nota. El voltatge de càrrega òptim per a una bateria de plom / àcid és en realitat de 13,7 volts. Mantenir-la a 12 volts pot no donar la bateria suficient per engegar el motor. I el meu circuit és preliminar i encara pot canviar.

La fàbrica sembla gairebé primitiva, en el seu funcionament. El seu circuit carrega la bateria fins que arriba al nivell d’activació. a continuació, traspassa tot el corrent a terra fins que la bateria caigui per sota del nivell d’activació. El resultat és una forma d’ona amb una ràpida i dura explosió de càrrega que pot arribar a ser de fins a 15 amperes. (No el vaig mesurar), seguit d'una línia més llarga amb un lleuger pendent descendent i una altra esclat.
He vist que les bateries per a automòbils duren de cinc a deu anys o més. Quan era nen a una granja, el meu pare va convertir un dels tractors antics de sis volts a un sistema de dotze volts, mitjançant un alternador d’un cotxe. Quinze anys després, la mateixa bateria encara arrencava el tractor. A l’escola amb la qual treballo (Ensenya la seguretat de les motos), cal canviar totes les bateries en un any. PER QUÈ ? ? ? L’únic que he pogut arribar és el sistema de càrrega. La majoria de les bateries amb les quals he treballat només tenen una taxa de càrrega de 2 amperis. Fins a 70 volts, amb capacitat per a 30 amperes, aplicades als terminals de la bateria per a ràfegues curtes poden causar danys interns i reduir la vida de la bateria. Especialment a les bateries on no es poden comprovar els nivells de líquid. L'únic problema amb la bateria pot ser el nivell de fluid, però no hi podeu fer res. Si puc comprovar i mantenir els nivells de fluid, la durada de la bateria s’amplia considerablement.
Els cables que provenen de l’alternador serien l’equivalent mètric del número 16. Segons la taula AWG, això és bo per a 3,7 A com a línia de transmissió i per a 22 A en el cablejat del xassís. En un alternador de 30 A amb regulador de derivació? El nivell de derivació i l'amperatge haurien de ser una proporció inversa, de manera que, reduint la tensió a la meitat, hauria de reduir l'amperatge significativament. En mirar la forma d’ona rectificada, la concentració més alta de CEM es troba a la meitat inferior. La lògica suggeriria que el corrent es reduirà a una fracció. Ho descobriré quan el posi en ús.
En un motor de 1500 cc, no espero notar l’arrossegament reduït del motor, però la meva economia de combustible pot millorar. I, recordo, quan van començar a posar reguladors d’estat sòlid en alternadors d’automòbils, el nombre màgic era de 13,7 volts. Tot i això, tenia previst establir el regulador de la meva sèrie a uns 14,2 volts. Massa alt i el fluid s’evapora més ràpidament. Va ser molt més útil del que sap. Originalment, tenia sis circuits diferents que estava considerant i anava a redactar cadascun d'ells. El vostre article n'ha eliminat cinc, de manera que puc estalviar temps considerable i concentrar-me en només un. Això m’estalvia molta feina. Això fa que valgui la pena molt de temps per contactar-vos.
Teniu el meu permís per experimentar amb el meu esquema i veure què us ocorre. Estic llegint en diversos fòrums on hi ha diverses persones que parlen d’anar a reguladors de la sèrie. Altres precaucions contra una tensió massa alta que destrueixi el recobriment aïllat del cable. Sospito que el mitjà feliç pot ser una combinació d'ambdós sistemes, però no desplaçar tota la sortida a terra. El circuit encara és senzill, amb pocs components, però no arcaic.
Moltes gràcies pel vostre temps i atenció. Una de les meves fonts d'informació tècnica és: OCW.MIT.EDU Fa uns anys que hi faig cursos d’enginyeria. No obtingueu cap crèdit per fer-los, però també és completament gratuït.