Цепи регулятора напряжения 3-фазного мотоцикла

В посте обсуждается список простых трехфазных схем регулятора напряжения для мотоциклов с ШИМ-управлением, которые могут использоваться для управления напряжением зарядки аккумулятора в большинстве двухколесных транспортных средств. Идея была предложена мистером Джуниором.

Технические характеристики

привет, меня зовут младший, живу в Бразилии и работаю с производством и восстановлением выпрямителя напряжения мотоцикла и был бы признателен за помощь, мне нужна трехфазная схема регулятора МОП-транзистора для мотоциклов, напряжение Entreda 80-150 вольт, корректировка Максимум 25A, максимальное потребление системы 300 Вт,

Я жду возвращения
к.
младший

Дизайн

Предлагаемую схему трехфазного регулятора напряжения для мотоцикла можно увидеть на приведенной ниже схеме.

Схема довольно проста для понимания.

Трехфазный выходной сигнал генератора переменного тока последовательно подается на три силовых транзистора, которые в основном действуют как маневровые устройства для тока генератора.

Как и все это во время работы, обмотка генератора переменного тока может подвергнуться воздействию огромных обратных ЭДС, до такой степени, что может произойти разрыв изоляционного покрытия обмотки, что навсегда приведет к ее разрушению.

Регулировка потенциала генератора переменного тока методом шунтирования или замыкания на землю помогает удерживать потенциал генератора под контролем, не вызывая в нем неблагоприятных последствий.

Время периода шунтирования здесь имеет решающее значение и напрямую влияет на величину тока, который в конечном итоге может достичь выпрямителя и заряжаемой батареи.

Очень простой способ контроль периода времени маневрирования осуществляется путем управления проводимостью трех BJT, подключенных к 3 обмоткам генератора переменного тока, как показано на схеме.

МОП-транзисторы также могут использоваться вместо BJT, но могут быть намного дороже, чем BJT.

Метод реализован с использованием простая схема 555 IC PWM.

Выходной сигнал переменного ШИМ с вывода 3 ИС подается на базы BJT, которые, в свою очередь, вынуждены работать управляемым образом в зависимости от рабочего цикла ШИМ.

Связанный горшок с Схема IC 555 надлежащим образом отрегулирован для получения правильного среднего среднеквадратичного напряжения для заряжаемой батареи.

Метод, показанный в схеме трехфазного регулятора напряжения мотоцикла с использованием МОП-транзисторов, может быть также реализован для одиночных генераторов переменного тока для получения идентичных результатов.

Регулировка пикового напряжения

В приведенную выше схему может быть включена функция регулирования пикового напряжения в соответствии со следующей схемой, чтобы поддерживать безопасный уровень зарядного напряжения для подключенной батареи.

Как видно, линия заземления IC 555 переключается с помощью NPN BC547, база которого контролируется пиковым напряжением генератора.

Когда пиковое напряжение превышает 15 В, BC547 проводит и активирует схему ШИМ IC 555.

Теперь полевой МОП-транзистор проводит и начинает шунтировать избыточное напряжение от генератора на землю со скоростью, определяемой рабочим циклом ШИМ.

Этот процесс предотвращает превышение напряжения генератора выше этого порога, тем самым гарантируя, что аккумулятор никогда не будет перезаряжен.

Транзистор BC547, конденсатор pin5 10 нФ.

Система зарядки аккумулятора мотоцикла

Вторая конструкция, представленная ниже, - это выпрямитель плюс регулятор для трехфазной системы зарядки мотоциклов. Выпрямитель двухполупериодный, регулятор - шунтирующий.

Автор: Абу Хафсс

Система зарядки мотоцикла отличается от системы зарядки автомобилей. Генератор или генератор напряжения на автомобилях - это электромагнитный тип, который довольно легко регулировать. А генераторы на мотоциклах - с постоянными магнитами.

Выходное напряжение генератора переменного тока прямо пропорционально оборотам в минуту, то есть при высоких оборотах генератор будет вырабатывать высокое напряжение более 50 В, следовательно, регулятор становится важным для защиты всей электрической системы, а также батареи.

Некоторые маленькие велосипеды и трехколесные велосипеды, которые не работают на высоких скоростях, имеют только 6 диодов (D6-D11) для двухполупериодного выпрямления. Они не нуждаются в регулировании, но эти диоды рассчитаны на большой ток и во время работы рассеивают много тепла.

В велосипедах с надлежащими регулируемыми системами зарядки обычно используется регулирование шунтирующего типа. Это делается путем закорачивания обмоток генератора на один цикл формы волны переменного тока. SCR или иногда транзистор используется в качестве шунтирующего устройства в каждой фазе.

Принципиальная электрическая схема

Схема работы

Сеть C1, R1, R2, ZD1, D1 и D2 образует цепь обнаружения напряжения, и она предназначена для срабатывания при напряжении около 14,4 вольт. Как только система зарядки преодолевает это пороговое напряжение, T1 начинает проводить.

Он посылает ток на каждый затвор трех тиристоров S1, S2 и S3 через токоограничивающие резисторы R3, R5 и R7. D3, D4 и D5 важны для изоляции ворот друг от друга. R4, R6 и R8 помогают слить любую возможную утечку из T1. S1, S2 и S3 должны иметь теплоотвод и изолировать друг от друга слюдяным изолятором, если используется общий радиатор.

Для выпрямителя есть три варианта:

а) Шесть автомобильных диодов

б) Один трехфазный выпрямитель

в) Два мостовых выпрямителя

Все они должны быть рассчитаны на ток не менее 15 А и иметь теплоотвод.

Автомобильные диоды бывают двух типов: с положительным или отрицательным телом, поэтому их следует использовать соответственно. Но с ними может быть не так сложно контактировать с радиатором.

Использование двух мостовых выпрямителей

При использовании двух мостовых выпрямителей их можно использовать, как показано.

Мостовой выпрямитель

Автомобильные диоды

3-х фазный выпрямитель

Мостовой выпрямитель

Эффективная зарядка аккумулятора благодаря регулированию шунтирования мотоцикла

Следующая электронная переписка между мной и г-ном Леонардом, заядлым исследователем / инженером, помогает нам узнать некоторые очень интересные факты, касающиеся недостатков и ограничений шунтирующего регулятора мотоцикла. Это также помогает нам узнать, как просто улучшить концепцию до эффективного, но дешевого дизайна.

Леонард:

У вас интересная трасса, но ...
У моего мотоцикла есть генератор переменного тока на 30 ампер, который, я уверен, соответствует среднеквадратическому значению, а его максимальная мощность составляет 43,2 А. Ваша схема на 25 А вряд ли прослужит долго.
Тем не мение.....
Вместо выпрямителей, которые вы предлагаете, SQL50A рассчитан на 50 А при 1000 Вольт. Это 3-фазный выпрямительный модуль, и у него не должно возникнуть проблем с пиковым током 45 А. (У меня под рукой два.)
Это также означает, что тиристоры должны справиться с этой силой тока, а три HS4040NAQ2 со среднеквадратичным током 40 А (неповторяющийся скачок до 520 А) должны справиться с этим достаточно хорошо. Конечно, им потребуется довольно здоровый радиатор и хороший воздушный поток.
Я думаю, что схема управления должна работать практически как есть.
Я заменил 3 регулятора за последние три месяца, и я почти пытался бросить хорошие деньги за плохими. Последний длился в общей сложности десять секунд, прежде чем он тоже испортился. Я собираюсь построить свой собственный, и если мне придется построить его для питания линкора, пусть будет так.
Еще я заметил, что пластины, используемые в генераторе, значительно толще, чем в электродвигателях. 18-полюсная обмотка и двигатель, работающий на скоростях по шоссе, означают гораздо более высокую частоту и гораздо больше вихревых токов в утюге. Каким будет эффект на эти вихревые токи при использовании последовательного регулятора, который позволит напряжению достигать 70 вольт (RMS)? Не приведет ли это к увеличению вихревых токов до перегрева железа и риску повреждения обмоток генератора переменного тока? Если это так, имеет смысл не допускать превышения напряжения выше 14 вольт, но у меня все еще есть 20 ампер, исходящих от генератора при 1500 об / мин.

Я:

Спасибо! Да, вы должны избавиться от этого высокого напряжения, которое может оказать огромное давление на обмотку генератора, лучший способ - шунтировать его через сверхмощные полевые МОП-транзисторы на радиаторе.
https://homemade-circuits.com/wp-content/uploads/2012/10/shunt-3.png

Леонард:

На самом деле, меня не так сильно беспокоит влияние напряжения на обмотки. Похоже, что они покрыты виниловым покрытием Poly-Armor Vinyl, которое также используется в статорах с произвольной обмоткой, работающих на 480 вольт. Меня гораздо больше беспокоит тепло от вихревых токов в пластинах, поскольку они такие толстые. Здесь, в Штатах, при линейном токе 60 Гц толщина пластин двигателя составляет лишь небольшую часть от толщины генератора. При скорости движения частота генератора переменного тока может составлять 1,2 кГц или выше. В других приложениях для устранения вихревых токов потребуется ферритовый сердечник.
Я пытаюсь понять роль вихревых токов в этом приложении. По мере увеличения числа оборотов увеличивается частота и вихревые токи. Паразитная нагрузка для выравнивания генерируемого напряжения? Способ выравнивания тока, генерируемого при высоких оборотах? Сколько тепла это генерирует? Достаточно, чтобы пережечь обмотку на высоких оборотах?
Находясь внутри двигателя, я могу понять, как использовать моторное масло для охлаждения узла, однако, учитывая центробежную силу маховика и обмоток, расположенных внутри него, я не могу представить, чтобы какое-либо реальное количество масла попадало к ним для охлаждения.
Наибольшее напряжение, которое я смог прочитать, составляет 70 вольт RMS. Этого недостаточно, чтобы образовать дугу через покрытие PAV на проволоке, если только нагрев не станет чрезмерным. Однако при шунтировании избытка на землю, существует ли противо-ЭДС, которая противодействует магнитному полю вращающихся магнитов? И если да, то насколько это эффективно?

Я:

Да, увеличение частоты приведет к увеличению вихревого тока в сердечнике на основе железа и увеличению нагрева. Я читал, что метод управления шунтом хорош для генераторов на основе двигателей, но это также будет означать увеличение нагрузки на колесо генератора и больший расход топлива автомобилем. Можно ли использовать вентиляторное охлаждение? ток к вентилятору может быть получен от самого генератора.

Леонард:

Боюсь, что вентилятор охлаждения не вариант для генератора. Он установлен внутри двигателя, а на моем Vulcan поверх него есть две алюминиевые крышки (замена обмотки генератора означает снятие двигателя с мотоцикла). Я не вижу никакого способа уменьшить вихревые токи, потому что они индуцируется магнитами, вращающимися внутри маховика. Однако я могу уменьшить ток, шунтированный на землю, подняв напряжение шунта до 24 В, а затем установив последовательный стабилизатор на 14 Вольт. При тестировании генератора я не вижу особого эффекта от противо-ЭДС в уменьшении тока короткого замыкания. Я могу нагрузить генератор до 30 ампер, и, закоротив провода, я все еще получаю 29 ампер.
Однако, если использовать вихревые токи в качестве паразитной нагрузки для выравнивания напряжения и тока при высоких оборотах, это кажется довольно эффективным. Когда напряжение холостого хода достигает 70 В (среднеквадратичное значение), оно не повышается даже при удвоении числа оборотов двигателя. Шунтирование 20 ампер на землю (как это делается заводскими регуляторами) увеличивает тепло в обмотке в дополнение к вихревым токам. Уменьшая ток через обмотки, также следует уменьшить тепло, выделяемое обмотками. Это не уменьшит вихревые токи, но уменьшит общее количество тепла, выделяемого генератором, и, надеюсь, сохранит изоляцию обмотки.
Учитывая покрытие обмоток, меня не так беспокоит генерируемое напряжение. Проработав много лет в восстановлении электродвигателей, я знаю, что ТЕПЛО - злейший враг изоляции. Качество изоляции снижается при повышении рабочей температуры. Покрытие PAV при температуре окружающей среды выдерживает межвитковое напряжение 100 Вольт. Но поднимите эту температуру на 100 C, а может и нет.
Мне тоже любопытно. В электродвигателях используется стальной сплав с 3% кремния для уменьшения сопротивления изменению магнитного поля внутри железа. Включают ли они это в свои ламинаты или опускают силикон, чтобы еще больше снизить повышение напряжения и тока при высоких оборотах? Это не добавляет тепла, но снижает эффективность утюга, чем выше частота вращения. Увеличивая сопротивление реверсированию магнитного поля в сердечнике, магнитное поле может не проникнуть так глубоко в сердечник, прежде чем потребуется реверсирование. Таким образом, чем выше частота вращения, тем меньше проникающая способность магнитного поля. Вихревые токи могут еще больше уменьшить это проникновение.

Я:

Ваш анализ имеет смысл и кажется технически обоснованным. Поскольку я в основном разбираюсь в электронике, я не очень хорошо разбираюсь в электротехнике, поэтому предлагать внутреннюю работу и модификации двигателя для меня может быть сложно. Но, как вы сказали в своих последних предложениях, ограничивая магнитное поле, можно предотвратить проникновение вихревого тока на большую глубину. Я попытался найти эту проблему, но пока не нашел ничего полезного!

Леонард:

Итак, проработав с электродвигателями 13 лет, вы оказались в небольшом недостатке? Хотя я занимался также электроникой, как и вся моя работа, пока я не обнаружил, что могу зарабатывать больше денег, работая с двигателями. Это также означало, что я не успеваю за интегральными схемами, а полевые МОП-транзисторы - это тонкие мелочи, которые можно быстро взорвать при малейшем статическом заряде. Итак, когда дело доходит до электроники, вы ставите меня в невыгодное положение. Я не успевал за новыми разработками.
Интересно, что мне не удалось найти большую часть своей информации в одном месте. Как будто ни одно из понятий не связано друг с другом. Тем не менее, если собрать их все вместе, они начинают обретать смысл. Чем выше частота, тем меньше витков требуется для получения того же индуктивного сопротивления. Таким образом, чем выше частота вращения, тем менее эффективным становится магнитное поле. Это единственный способ сохранить выходную мощность постоянной, когда выходное напряжение достигнет 70 В.
Но глядя на рисунок на осциллографе, я не впечатлен. Время зарядки в миллисекундах, за которым следует выход заземления от 6 до 8 миллисекунд. Может быть, поэтому аккумуляторы для мотоциклов не работают долго? От шести месяцев до года, в то время как автомобильные аккумуляторы работают от пяти лет и более. Вот почему я предпочитаю «ограничивать» уровень напряжения относительно земли при более высоком напряжении, и это ограничение остается постоянным. За ним следует последовательный регулятор для поддержания постоянной скорости заряда в соответствии с требованиями батареи, освещения и цепей. Затем, спроектировав его для работы с током 50 А, мне больше никогда не придется заменять регулятор.
Я работаю с номиналом 50 ампер, но я ожидаю, что при использовании «клиппера» сила тока должна быть значительно ниже 20 ампер на землю. Возможно, всего четыре ампера. Затем последовательный регулятор позволяет (приблизительно) семь ампер для батареи, освещения и цепей для двигателя. Все в пределах номинальной мощности компонентов и недостаточного напряжения, чтобы бросить вызов покрытию обмоток.
Вы написали очень хорошую статью о шунтирующих регуляторах, но 25 А - это слишком мало для моего приложения. Тем не менее, это хорошее вдохновение.

Я:

Да, верно, рабочий цикл 1/6 не будет заряжать аккумулятор должным образом. Но это легко решается с помощью мостового выпрямителя и большого конденсатора фильтра, который гарантирует, что батарея получит достаточно постоянного тока для эффективной зарядки. Я рад, что моя статья понравилась. Однако предел в 25 ампер можно легко увеличить, увеличив характеристики усилителя MOSFET. Или, возможно, путем параллельного добавления дополнительных устройств.

Леонард:

В то же время я стараюсь, чтобы все было компактно, чтобы поместиться в доступную комнату, поэтому большой конденсатор фильтра становится проблемой. Это также не нужно, если все три фазы отключены после мостового выпрямителя. Вся пульсация отключена, и серийный регулятор поддерживает 100% время зарядки.
Ваша схема также поддерживает 100% время заряда, однако ток, который вы шунтируете на землю, будет намного выше, потому что вы ограничиваете его при напряжении батареи.

Как видно из осциллограмм, конденсатор не требуется. Но при ограничении на более высоком уровне ток, шунтируемый на землю, должен быть ниже. Тогда падение напряжения на последовательном стабилизаторе ничего не должно повредить. Этого должно быть более чем достаточно для поддержания заряда аккумулятора.
Одна нота. Оптимальное напряжение заряда для свинцово-кислотного аккумулятора на самом деле составляет 13,7 В. Удержание его на уровне 12 вольт может не дать батарее достаточно для запуска двигателя. А моя схема предварительная и может быть изменена.

Фабрика по принципу работы выглядит почти примитивно. Их схема заряжает батарею до уровня срабатывания триггера. затем он шунтирует весь ток на землю, пока батарея не опустится ниже уровня срабатывания. Результатом является форма волны с короткой резкой вспышкой заряда, которая может достигать 15 ампер. (Я не измерял) Затем последовала более длинная линия с небольшим наклоном вниз и еще один взрыв.
Я видел, как автомобильные аккумуляторы служат от 5 до 10 лет или дольше. В детстве на ферме мой отец переоборудовал один из старых тракторов с шести вольт на двенадцать вольт, используя генератор переменного тока от автомобиля. Пятнадцать лет спустя та же самая батарея все еще запускала трактор. В школе, с которой я работаю (обучает безопасности на мотоциклах), все батареи необходимо заменить в течение одного года. ПОЧЕМУ ? ? ? Единственное, что мне удалось придумать, это систему зарядки. Большинство аккумуляторов, с которыми я работал, рассчитаны только на ток заряда 2 А. До 70 В, способный к 30 А, приложенные к клеммам аккумулятора на короткие промежутки времени, могут вызывать внутренние повреждения и сокращать срок службы аккумулятора. Особенно в аккумуляторах, где нельзя проверить уровень жидкости. Единственная проблема с аккумулятором может заключаться в уровне жидкости, но с этим ничего не поделать. Если я могу проверять и поддерживать уровень жидкости, срок службы батареи значительно увеличивается.
Провода, идущие от генератора переменного тока, будут метрическим эквивалентом №16. Согласно таблице AWG, этого достаточно для 3,7 А в качестве линии передачи и 22 А для проводки шасси. На генераторе на 30 А с шунтирующим регулятором? Уровень шунта и сила тока должны быть обратно пропорциональны, поэтому, ограничив напряжение вдвое, я должен значительно уменьшить силу тока. Если смотреть на выпрямленную форму волны, самая высокая концентрация ЭДС находится в нижней половине. Логика подсказывает, что ток уменьшится до минимума. Узнаю, когда введу в эксплуатацию.
На двигателе объемом 1500 куб. См я не ожидаю увидеть уменьшение сопротивления двигателя, но моя экономия топлива может улучшиться. И, я помню, когда они впервые начали ставить твердотельные регуляторы на автомобильные генераторы переменного тока, магическое число составляло 13,7 Вольт. Однако я планировал установить свой серийный регулятор примерно на 14,2 В. Слишком высокая - жидкость испаряется быстрее. Вы были гораздо полезнее, чем думаете. Изначально у меня было шесть различных схем, которые я рассматривал, и собирался смонтировать каждую из них. В вашей статье исключено пять из них, так что я могу значительно сэкономить время и сосредоточиться только на одном. Это экономит мне много работы. Поэтому стоит потратить время на то, чтобы связаться с вами.
У вас есть разрешение поэкспериментировать с моей схемой и посмотреть, что у вас получится. На разных форумах я читаю, где одни говорят о переходе на регуляторы серии, другие предостерегают от слишком высокого напряжения, разрушающего изоляционное покрытие на проводе. Я подозреваю, что золотая середина может быть комбинацией обеих систем, но не шунтированием полного выхода на землю. Схема по-прежнему проста, с небольшим количеством компонентов, но не архаична.
Большое спасибо за ваше время и внимание. Один из моих источников технической информации: OCW.MIT.EDU Я прохожу там инженерные курсы уже несколько лет. Вы не получаете никаких кредитов за их выполнение, но это также совершенно бесплатно.