3-фазни вериги за регулиране на напрежението на мотоциклета

Постът обсъжда списък на управлявана с ШИМ проста верига на регулатора на напрежението на трифазен мотоциклет, която може да се използва за контролиране на напрежението на зареждане на батерията в повечето двуколесни. Идеята е поискана от г-н Джуниър.

Технически спецификации

здравей името ми е младши живея в Бразилия и работя с производство и възстановяване на регулатор на токоизправител напрежение на мотоциклета и ще се радвам на помощ u, имам нужда от трифазна схема на регулатора на MOSFET за мотоциклети, напрежение от 80 до 150 волта, корекция Максимум 25А, максимална консумация на системата 300 вата,

Очаквам връщане
да се.
младши

Дизайнът

Предложената трифазна схема на регулатора на напрежението на мотоциклета за мотоциклет може да бъде видяна на диаграмата по-долу.

Схемата е доста лесна за разбиране.

Трифазният изход от алтернатора се прилага последователно през три силови транзистора, които всъщност действат като маневрени устройства за тока на генератора.

Както всички ние, докато работим, намотката на алтернатора може да бъде подложена на огромни обратни ЕМП, до степен, която може да доведе до разкъсване на изолационния капак на намотката, разрушавайки го за постоянно.

Регулирането на потенциала на алтернатора чрез метода на шунтиране или късо към земята помага да се поддържа потенциалът на алтернатора под контрол, без да се причиняват неблагоприятни ефекти в него.

Тук времето на маневрения период е от решаващо значение и пряко влияе върху величината на тока, който най-накрая може да достигне до токоизправителя и заредената батерия.

Много прост начин за контролиране на маневрения период от време е чрез контролиране на проводимостта на трите BJT, свързани през 3-те намотки на алтернатора, както е показано на диаграмата.

Мосфетите също могат да се използват вместо BJT, но може да са по-скъпи от BJT.

Методът е реализиран с помощта на a проста 555 IC ШИМ верига.

Променливият PWM изход от pin3 на IC се прилага през основите на BJT, които от своя страна са принудени да провеждат контролирано в зависимост от работния цикъл на PWM.

Свързаният пот с IC 555 верига е подходящо настроен за получаване на правилното средно RMS напрежение за заредената батерия.

Методът, показан в схемата на трифазния регулатор на напрежение на мотоциклет, използващ MOSFET, може да бъде еднакво приложен за единични алтернатори за получаване на идентични резултати

Регулиране на пиково напрежение

В горната схема може да бъде включена функция за регулиране на пиковото напрежение, както е показано на следващата схема, за да се поддържа безопасно ниво на напрежение на зареждане за свързаната батерия.

Както се вижда, земната линия на IC 555 се превключва от NPN BC547, чиято основа се управлява от пиковото напрежение от алтернатора.

Когато пиковото напрежение надвишава 15 V, BC547 провежда и активира схемата PWM на IC 555.

MOSFET сега провежда и започва да шунтира излишното напрежение от алтернатора към земята, със скорост, определена от работния цикъл на ШИМ.

Процесът предотвратява напрежението на алтернатора надвишаващо този праг, като по този начин гарантира, че батерията никога не е презаредена.

Транзисторът е BC547, а кондензаторът pin5 е 10nF

Система за зареждане на батерията на мотоциклета

Вторият дизайн, представен по-долу, е токоизправител плюс регулатор за 3-фазна система за зареждане на мотоциклети. Токоизправителят е с пълна вълна, а регулаторът е шунтен тип регулатор.

От: Абу Хафс

Системата за зареждане на мотоциклета е различна от тази на автомобилите. Генераторът на напрежение или генераторът на автомобила са от тип електромагнит, които се регулират доста лесно. Докато генераторите на мотоциклети са с постоянен магнит.

Изходното напрежение на алтернатора е пряко пропорционално на оборотите в минута, т.е.при високи обороти в минута генераторът ще произвежда високо напрежение над 50V, следователно регулаторът става от съществено значение за защита на цялата електрическа система и батерията също.

Някои малки мотоциклети и триколесни мотоциклети, които не се движат с висока скорост, имат само 6 диода (D6-D11), за да извършват корекция на пълни вълни. Те не се нуждаят от регулиране, но тези диоди са с висок ампер и разсейват много топлина по време на работа.

При велосипеди с правилно регулирани системи за зареждане се използва нормално регулиране от тип шунт. Това се прави чрез скъсяване на намотките на генератора за един цикъл на променливотоковата форма. SCR или понякога транзистор се използва като маневрено устройство във всяка фаза.

Електрическа схема

Операция на веригата

Мрежата C1, R1, R2, ZD1, D1 и D2 образува верига за откриване на напрежение и е проектирана да задейства при около 14,4 волта. Веднага след като системата за зареждане премине това прагово напрежение, T1 започва да провежда.

Това изпраща ток към всяка порта на трите SCR S1, S2 и S3, чрез резистори за ограничаване на тока R3, R5 и R7. D3, D4 и D5 са важни, за да изолират портите един от друг. R4, R6 и R8 помагат за източване на евентуално изтичане от Т1. S1, S2 и S3 трябва да бъдат топлопотопени и изолирани един от друг с помощта на изолатор от слюда, ако се използва общ радиатор.

За токоизправителя има три опции:

а) Шест автомобилни диода

б) Един 3-фазен токоизправител

в) Два мостови токоизправителя

Всички трябва да са с номинална стойност най-малко 15A и да са топлопоглъщащи.

Автомобилните диоди са два типа положително или отрицателно тяло, следователно трябва да се използват съответно. Но може да е малко трудно да се свържете с радиатора.

Използване на два мостови токоизправителя

Ако използвате два мостови токоизправителя, те могат да се използват, както е показано.

Мостов токоизправител

Автомобилни диоди

3-фазен токоизправител

Мостов токоизправител

Ефективно зареждане на батерията чрез регулиране на шунт на мотоциклети

Следващият разговор по имейл между г-н Leoneard, запален изследовател / инженер и мен, ни помага да научим някои много интересни факти по отношение на недостатъците и ограниченията на регулатора на мотоциклетен шунт. Също така ни помага да знаем как да надградим концепцията просто в ефективен, но евтин дизайн.

Леонард:

Имате интересна схема, но .....
Мотоциклетът ми има 30 ампер генератор, който съм сигурен, че е RMS, и достига максимум от 43,2 ампера. Вашата 25-амперна верига изобщо няма да задържи дълго.
Въпреки това.....
На мястото на токоизправителите, които предлагате, SQL50A е с номинал 50 ампера при 1000 волта. Това е 3-фазен токоизправителен модул и не би трябвало да има проблем да се справи с 45 ампера пик. (Имам две под ръка.)
Това също означава, че SCR ще трябва да се справят с този ампераж и три HS4040NAQ2 с RMS ток от 40 ампера (неповтарящ се скок до 520 ампера) трябва да се справят доста добре с това. Разбира се, те ще изискват доста здравословен радиатор и добър въздушен поток.
Мисля, че контролната верига трябва да работи почти така, както е.
Замених 3 регулатора през последните три месеца и се опитвам да хвърлям добри пари след лоши. Последният продължи общо десет секунди, преди и той да се развали. На път съм да построя свой собствен и ако трябва да го построя, за да захранвам линеен кораб, така да бъде.
Друго нещо, което съм забелязал, слоевете, използвани в алтернатора, са значително по-дебели от тези, използвани в електрическите двигатели. 18-полюсната намотка и двигателят, работещ при магистрални скорости, означава много по-висока честота и много повече вихрови токове в ютията. Какъв би бил ефектът върху тези вихрови токове, ако се използва сериен регулатор, който ще позволи напрежението да достигне до 70 волта (RMS)? Това би ли увеличило вихровите токове до точката на прегряване на желязото и ще рискува повреда на намотките на алтернатора? Ако е така, би имало смисъл да не се позволява напрежението да надвишава 14 волта, но все още имам 20 ампера, идващи от алтернатора при 1500 об / мин.

Аз:

Благодаря ти! Да, трябва да се отървете от това високо напрежение, което може да окаже огромен натиск върху намотката на алтернатора, най-добрият начин е да го шунтирате през мощни MOSFET-та на радиатора
https://homemade-circuits.com/wp-content/uploads/2012/10/shunt-3.png

Леонард:

Всъщност не съм толкова загрижен за въздействието на напрежението върху намотките. Изглежда, че са покрити с винил Poly-Armor, който също се използва при случайни статори на рани, работещи при 480 волта. Много по-загрижен съм от топлината от вихровите течения в ламинациите, тъй като те са толкова дебели. Тук, в щатите, с линейния ток 60 htz, дебелината на ламинирането на двигателя е част от това, което е в алтернатора. При пътна скорост честотата от алтернатора може да бъде 1,2 Khtz или по-висока. В други приложения това би изисквало феритна сърцевина за премахване на вихровите токове.
Опитвам се да разбера ролята на вихровите токове в това приложение. С увеличаване на оборотите се увеличава и честотата, както и вихровите токове. Паразитен товар за изравняване на генерираното напрежение? Средство за изравняване на тока, генериран при високи обороти? Колко топлина генерира това? Достатъчно, за да изгори намотката при високи обороти?
Разположен вътре в двигателя, мога да разбера използването на моторно масло за охлаждане на сглобката, но с центробежната сила на маховика и намотките, разположени вътре в него, не мога да си представя каквото и да е реално количество масло, което да стигне до тях за охлаждане.
Най-високото напрежение, което успях да прочета, е 70 волта RMS. Това не е достатъчно, за да се извие през PAV покритие върху проводника, освен ако топлината не стане прекомерна. Въпреки това, при шунтиране на излишъка към земята, има ли брояч EMF, който се противопоставя на магнитното поле от въртящите се магнити? И ако да, колко е ефективен?

Аз:

Да, увеличаването на честотата ще доведе до повече вихрови ток в сърцевината, базирана на желязо, и увеличаване на топлината. Прочетох, че методът за управление на шунта е добър за генератори, базирани на двигатели, но това също ще означава увеличено натоварване на колелото на алтернатора и повече разход на гориво от автомобила. Възможно ли е охлаждане с вентилатор? токът към вентилатора може да бъде достъпен от самия алтернатор.

Леонард:

Опасявам се, че охлаждащият вентилатор не е опция за алтернатора. Това е монтирано вътрешно, вътре в двигателя, а на моя Vulcan има два алуминиеви капака над него. (Подмяната на намотката на алтернатора означава отстраняване на двигателя от мотоциклета.) Не виждам начин за намаляване на вихровите токове, защото те са индуцирани от магнитите, въртящи се вътре в маховика. Въпреки това мога да намаля тока, шунтиран към земята, като повиша напрежението на шунта до 24 волта и след това със сериен регулатор, настроен на 14 волта. При тестването на алтернатора не виждам голям ефект от брояча EMF при намаляване на тока на късо съединение. Мога да заредя алтернатора до 30 ампера и като скъсявам проводниците, пак чета 29 ампера.
Ако обаче вихровите токове се използват като паразитно натоварване за изравняване на напрежението и тока при високи обороти, изглежда доста ефективно. След като напрежението в отворена верига достигне 70 волта (RMS), то не се повишава дори когато оборотите на двигателя се удвоят. Шунтирането на 20 ампера към земята (както е направено от фабричните регулатори), увеличава топлината в намотката в допълнение към вихровите токове. Чрез намаляване на тока през намотките, топлината, генерирана от намотките, също трябва да бъде намалена. Това няма да намали вихровите токове, но трябва да намали общата топлина, генерирана от алтернатора, надявайки се да запази изолацията на намотките.
Като се има предвид покритието на намотките, не съм толкова загрижен за генерираното напрежение. Работейки в реконструкция на електродвигатели от години, съм наясно, че ТЕПЛОТО е най-големият враг на изолацията. Качеството на изолацията се намалява с увеличаване на работната температура. При температура на околната среда, PAV покритието може да задържи 100 волта „от завой до завой“. Но повишете тази температура със 100 C и може и да не стане.
Аз също съм любопитен. Електрическите двигатели използват стоманена сплав с 3% силиций, за да намалят устойчивостта на обръщане на магнитното поле в желязото. Включват ли това в ламинирането си или пропускат силиция, за да намалят допълнително нарастването на напрежението и тока при високи обороти? Той не добавя към топлината, но намалява ефективността на ютията, колкото по-висок е оборотите в минута. Чрез увеличаване на съпротивлението на обръщане на магнитното поле в сърцевината, магнитното поле може да не проникне толкова дълбоко в сърцевината, преди да се наложи да се обърне. И така, колкото по-висок е RPM, толкова по-малко е проникването от магнитното поле. Вихровите токове могат допълнително да намалят това проникване.

Аз:

Вашият анализ има смисъл и изглежда много технически издържан. Тъй като всъщност съм човек от електрониката, моите електрически познания не са много добри, така че предлагането на вътрешна работа и модификации на двигателя може да бъде трудно за мен. Но, както казахте в последните си изречения чрез ограничаване на магнитното подаване, вихровият ток може да бъде предотвратен от навлизане дълбоко. Опитах се да търся по този въпрос, но засега не можах да намеря нищо полезно!

Леонард:

И така, след като съм работил с електрически двигатели в продължение на 13 години, имам ви в малко неблагоприятно положение? Въпреки това, моите проучвания също са били с електроника, както и цялата ми работа, докато не открих, че мога да печеля повече пари, работейки с двигатели. Това също означаваше, че не съм в крак с интегралните схеми и MOSFET бяха деликатни малки неща, които бързо можеха да бъдат издухани с най-малкия статичен заряд. Така че, що се отнася до електрониката, вие сте в неравностойно положение. Не успях да вляза в крак с новите разработки.
Интересно е, че не успях да намеря голяма част от информацията си на едно място. Като че ли нито една от концепциите не е свързана помежду си. И все пак, когато ги събира всички, те започват да имат смисъл. Колкото по-висока е честотата, толкова по-малко обороти са необходими, за да се получи същото индуктивно съпротивление. Така че колкото по-висок е RPM, толкова по-малко ефективно става магнитното поле. Това е единственият начин те да поддържат изхода постоянен, след като изходът достигне 70 волта.
Но като гледам модела на осцилоскоп, не съм впечатлен. Милисекунда време за зареждане, последвано от 6 до 8 милисекунди заземен изход. Може ли това да е причината мотоциклетите да не издържат дълго? Шест месеца до една година, докато автомобилните батерии продължават пет или повече години. Ето защо избирам да 'закача' нивото на напрежението към земята при по-високо напрежение и това отрязване да е постоянно. Последвано от сериен регулатор за поддържане на постоянна скорост на зареждане в съответствие с изискванията на батерията, осветлението и веригите. Тогава, като го проектирам да обработва 50 ампера, никога повече не трябва да сменя регулатор.
Работя с 50 Amp рейтинг, но очаквам, че с помощта на 'клипер' Amperage трябва да бъде значително по-нисък от 20 Amps към земята. Може би толкова ниски, колкото четири ампера. Тогава серийният регулатор позволява (приблизително) седем ампера за батерията, светлините и схемите за двигателя. Всичко е в границите на мощността на компонентите и няма достатъчно напрежение, за да предизвика покритието на намотките.
Написахте много добра статия за шунтовите регулатори, но 25 ампера са твърде малки за моето приложение. И все пак това е добро вдъхновение.

Аз:

Да, така е, работният цикъл от 1/6 няма да зареди батерията правилно. Но това може лесно да бъде решено чрез мостов токоизправител и голям филтриращ кондензатор, което ще гарантира, че батерията получава достатъчно постоянен ток за ефективно зареждане. Радвам се, че харесах статията си. Ограничението от 25 Amp обаче може лесно да бъде надстроено чрез увеличаване на спецификациите на MOSFET усилвателя. Или може да бъде чрез добавяне на повече устройства паралелно.

Леонард:

В същото време се опитвам да запазя всичко компактно, за да се побере в помещението, така че кондензаторът с голям филтър да се превърне в проблем. Също така не е необходимо, ако и трите фази са подрязани след мостовия токоизправител. Цялата пулсация се отрязва и серийният регулатор поддържа 100% време за зареждане.
Вашата схема също поддържа 100% време за зареждане, но токът, който пренасочвате към земята, ще бъде много по-висок, тъй като го отрязвате при напрежение на батерията.

Както можете да видите във вълновите форми, не трябва да е необходим кондензатор. Но чрез отрязване на по-високо ниво токът, шунтиран към земята, трябва да бъде по-нисък. Тогава, падането на напрежението през сериен регулатор не би трябвало да навреди на нищо. Трябва да има повече от достатъчно, за да поддържа батерията заредена.
Една бележка. Оптималното напрежение на заряда за оловна / киселинна батерия всъщност е 13,7 волта. Задържането му на 12 волта може да не даде на батерията достатъчно, за да стартира двигателя. И моята схема е предварителна и все още подлежи на промяна.

Фабриката изглежда почти примитивна по начина, по който работи. Тяхната верига зарежда батерията, докато достигне нивото на спусъка. след това шунтира целия ток към земята, докато батерията падне под нивото на спусъка. Резултатът е форма на вълната с кратък, суров заряд, който може да достигне до 15 ампера. (Не го измерих) Последва по-дълга линия с лек наклон надолу и още един изблик.
Виждал съм автомобилни батерии да издържат от 5 до 10 години или повече. Като дете във ферма, баща ми преобразува един от старите трактори от шест волта в система от дванадесет волта, използвайки алтернатор от кола. Петнадесет години по-късно същата тази батерия все още пускаше трактора. В училището, с което работя (преподава безопасност на мотоциклетите), всички батерии трябва да бъдат заменени в рамките на една година. ЗАЩО ? ? ? Единственото нещо, което успях да измисля, е системата за зареждане. Повечето от батериите, с които съм работил, са оценени само за степен на зареждане от 2 Amp. До 70 волта, способни на 30 ампера, приложени към клемите на батерията за кратки изблици, може да причинят вътрешни повреди и да съкратят живота на батерията. Особено в батериите, където не можете да проверите нивата на течността. Единственият проблем с батерията може да е нивото на течността, но нищо не можете да направите. Ако мога да проверя и поддържам нивата на течности, животът на батерията се удължава значително.
Кабелите, идващи от алтернатора, ще бъдат метричен еквивалент на # 16. Според таблицата AWG това е добре за 3,7 ампера като преносна линия и 22 ампера в окабеляване на шасито. На генератор от 30 ампера с шунтов регулатор? Нивото на шунт и силата на тока трябва да бъде обратно пропорционално, така че като подрязвам напрежението наполовина, трябва да намаля значително силата на тока. При разглеждането на коригираната форма на вълната най-високата концентрация на ЕМП е в долната половина. Логиката предполага, че токът ще бъде намален до дроб. Ще разбера, когато го пусна в употреба.
При 1500 кубиков двигател не очаквам да забележа намаленото съпротивление на двигателя, но икономията на гориво може да се подобри. И, спомням си, когато за първи път започнаха да поставят стабилизатори на твърдо състояние на автомобилните алтернатори, магическото число беше 13,7 волта. Въпреки това планирах да настроя моя сериен регулатор на около 14,2 волта. Твърде високо и течността се изпарява по-бързо. Бяхте много по-полезни, отколкото знаете. Първоначално имах шест различни схеми, които обмислях и щях да поставя макет на всяка от тях. Вашата статия елиминира пет от тях, така че успявам да спестя значително време и да се концентрирам само върху един. Това ми спестява добра работа. Това си заслужава времето, за да се свържем с вас.
Имате моето разрешение да експериментирате с моята схема и да видите какво сте измислили. На различни форуми чета, когато редица хора говорят, че отиват на серийни регулатори. Други предпазват от твърде високо напрежение, разрушаващо изолираното покритие на проводника. Подозирам, че щастливата среда може да е комбинация от двете системи, но не и да шунтира пълния изход към земята. Веригата е все още проста, с малко компоненти, но не архаична.
Благодаря ви много за отделеното време и внимание. Един от източниците ми за техническа информация е: OCW.MIT.EDU Вече няколко години правя там инженерни курсове. Не получавате никакъв кредит за извършването им, но също така е напълно безплатно.