מעגלים לווסת מתח אופנוע תלת פאזי

הפוסט דן ברשימה של מעגל רגולטור מתח אופנוע תלת פאזי פשוט מבוקר PWM אשר עשוי לשמש לשליטה במתח טעינת הסוללה ברוב הדו גלגלים. הרעיון התבקש על ידי מר ג'וניור.

מפרט טכני

שלום שמי ג'וניור חי בברזיל ועובד עם ייצור והתאוששות מייצב מתח אופנועים ומעריך עזרה u, אני צריך מעגל ויסות מוספ תלת פאזי לאופנועים, מתח אנטרה 80-150 וולט, קורט מקסימום 25A, צריכת מקסימום של המערכת 300 וואט,

אני ממתין לחזור
ל.
זוּטָר

העיצוב

ניתן לראות במעגל הרגולציה של מתח האופנוע התלת-פאזי לאופנוע בתרשים שלהלן.

הסכימטי קל למדי להבנה.

הפלט התלת-ממדי מהאלטרנטור מוחל ברצף על פני שלושה טרנזיסטורי כוח אשר בעצם מתנהגים כמו מכשירי העברה לזרם האלטרנטור.

ככל שכולנו במהלך ההפעלה, מתפתל אלטרנטור עלול להיפגע ל- EMF ענקי הפוך, במידה שתוכל לקרוע את כיסוי הבידוד של הפיתול ולהשמיד אותו לצמיתות.

ויסות פוטנציאל האלטרנטור באמצעות שיטת ההעברה או הקצר לקרקע עוזר לשמור על פוטנציאל האלטרנטור מבלי לגרום לתופעות שליליות בו.

עיתוי תקופת ההחלפה הוא מכריע כאן ומשפיע ישירות על גודל הזרם שעשוי להגיע סוף סוף למיישר ולסוללה הנמצאת בטעינה.

דרך פשוטה מאוד של שליטה על פרק זמן ההחלפה הוא על ידי שליטה על ההולכה של שלושת ה- BJT המחוברים על פני סלילת 3 של האלטרנטור, כפי שמוצג בתרשים.

Mosfets יכול לשמש גם במקום BJTs, אבל יכול להיות יקר יותר מאשר BJTs.

השיטה מיושמת באמצעות מעגל 555 IC PWM פשוט.

פלט ה- PWM המשתנה מסיכה 3 של ה- IC מוחל על בסיסי ה- BJT אשר בתורם נאלצים להתנהל באופן מבוקר בהתאם למחזור החובה של ה- PWM.

הסיר הקשור עם מעגל IC 555 מותאם כראוי לקבלת מתח RMS ממוצע נכון עבור הסוללה האחראית.

ניתן ליישם את השיטה המוצגת במעגל ויסות המתח באופנוע תלת פאזי באמצעות מוספטים עבור אלטרנטורים בודדים לקבלת תוצאות זהות.

התאמת מתח שיא

ניתן לכלול במעגל הנ'ל תכונת ויסות מתח שיא בהתאם לתרשים הבא, על מנת לשמור על רמת מתח טעינה בטוחה עבור הסוללה המחוברת.

כפי שניתן לראות, קו הקרקע של ה- IC 555 מועבר על ידי ה- NPN BC547 שבסיסו נשלט על ידי מתח השיא מהאלטרנטור.

כאשר מתח השיא עולה על 15 וולט, ה- BC547 מוליך ומפעיל את מעגלי IC 555 PWM.

MOSFET מוליך ומתחיל להעביר את המתח העודף מהאלטרנטור לקרקע, בקצב שנקבע על ידי מחזור החובה של PWM.

התהליך מונע את מתח האלטרנטור העולה על סף זה, ובכך מבטיח כי הסוללה לעולם אינה טעונה יתר על המידה.

הטרנזיסטור הוא BC547, וקבל pin5 הוא 10nF

מערכת טעינת סוללות לאופנוע

התכנון השני המוצג להלן הוא מיישר פלוס רגולטור למערכת טעינה תלת-פאזית של אופנועים. המיישר הוא גל מלא והווסת הוא רגולטור מסוג שאנט.

מאת: אבו חפס

מערכת הטעינה של האופנוע שונה מזו שבמכוניות. אלטרנטור המתח או הגנרטור במכוניות הם מסוג אלקטרו-מגנט שקל למדי לווסת אותם. ואילו הגנרטורים על האופנועים הם מסוג מגנטים קבוע.

תפוקת המתח של אלטרנטור היא פרופורציונלית ישירה לסל'ד, כלומר בסל'ד גבוה האלטרנטור יפיק מתחים גבוהים ביותר מ- 50 וולט, ולכן הרגולטור הופך להיות חיוני להגנה על כל מערכת החשמל ועל הסוללה.

בחלק מהאופניים הקטנים ו -3 גלגלים שאינם פועלים במהירות גבוהה, יש רק 6 דיודות (D6-D11) לביצוע תיקון גל מלא. הם אינם זקוקים לוויסות אך דיודות אלו מדורגות אמפר גבוה ומפיצות חום רב במהלך הפעולה.

באופניים עם מערכות טעינה מוסדרות מתאימות, משתמשים בדרך כלל בוויסות מסוג shunt. זה נעשה על ידי קיצור של פיתולי האלטרנטור למחזור אחד של צורת הגל AC. SCR או לפעמים טרנזיסטור משמש כמכשיר מעבר בכל שלב.

תרשים מעגל

מבצע מעגל

הרשת C1, R1, R2, ZD1, D1 ו- D2 יוצרת את מעגל גילוי המתח והיא מתוכננת להפעיל בערך 14.4 וולט. ברגע שמערכת הטעינה עוברת את מתח הסף הזה, T1 מתחיל להתנהל.

זה שולח זרם לכל שער משלושת SCRs S1, S2 ו- S3, באמצעות נגדי הגבלת הזרם R3, R5 ו- R7. D3, D4 ו- D5 חשובים כדי לבודד את השערים זה מזה. R4, R6 ו- R8 מסייעים בניקוז כל דליפה אפשרית מ- T1. S1, S2 & S3 צריכים להיות שקועים בחום ומבודדים זה מזה באמצעות מבודד נציץ, אם משתמשים בגוף קירור משותף.

עבור המיישר, ישנן שלוש אפשרויות:

א) שש דיודות רכב

ב) מיישר תלת פאזי אחד

ג) שני מיישרים גשרים

כולם חייבים להיות מדורגים לפחות 15A וכיור חום.

דיודות הרכב הן שני סוגים של גוף חיובי או גוף שלילי ולכן יש להשתמש בהתאם. אך ייתכן שיהיה מעט קשה ליצור קשר עם גוף הקירור.

שימוש בשני מיישרים גשרים

אם משתמשים בשני מיישרים גשרים, ניתן להשתמש בהם כמוצג.

מיישר גשר

דיודות רכב

מיישר תלת פאזי

מיישר גשר

טעינה יעילה של סוללות באמצעות ויסות אופנוע

שיחת הדואר האלקטרוני הבאה בין מר ליאונרד, חוקר / מהנדס נלהב לביני, עוזרת לנו ללמוד כמה עובדות מעניינות מאוד בנוגע לחסרונות ולמגבלות של ויסות האופנוע. זה גם עוזר לנו לדעת כיצד לשדרג את הקונספט פשוט לעיצוב יעיל אך זול.

לאונרד:

יש לך מעגל מעניין, אבל .....
באופנוע שלי יש אלטרנטור של 30 אמפר, שאני בטוח שהוא RMS, והוא מגיע לשיא של 43.2 אמפר. סביר להניח שמעגל 25 אמפר שלך לא יחזיק מעמד זמן רב בכלל.
למרות זאת.....
במקום המיישרים שאתה מציע, מדורג SQL50A 50 אמפר ב -1,000 וולט. זהו מודול מיישר תלת פאזי, ואין לו שום בעיה לטפל בשיא של 45 אמפר. (יש לי שניים בהישג יד.)
זה גם אומר שה- SCR יצטרכו להתמודד עם אמפרג 'ושלושה HS4040NAQ2 עם זרם RMS של 40 אמפר (גל לא חוזר על עצמו עד 520 אמפר) צריכים להתמודד עם זה די טוב. כמובן, הם ידרשו גוף קירור די בריא וזרימת אוויר טובה.
אני חושב שמעגל הבקרה צריך לעבוד בערך כמו שהוא.
החלפתי 3 רגולטורים בשלושת החודשים האחרונים ואני בערך ניסיתי לזרוק כסף טוב אחרי רע. האחרון נמשך בסך הכל עשר שניות לפני שגם הוא התקלקל. אני עומד לבנות את עצמי ואם אני אצטרך לבנות אותו להניע ספינת קרב, יהיה זה.
דבר נוסף ששמתי לב אליו, הלמינציות המשמשות באלטרנטור עבות במידה ניכרת מאלו המשמשות במנועים חשמליים. סלילה בת 18 מוטות, ומנוע הפועל במהירות מהירה פירושו תדירות גבוהה בהרבה, וזרמים אדליים רבים יותר במגהץ. מה תהיה ההשפעה על זרמי החוטים הללו אם משתמשים בווסת סדרתי שיאפשר למתח לעלות עד 70 וולט (RMS)? האם זה יגדיל את זרמי העצב עד כדי התחממות יתר של הברזל ויסכן נזק לפיתולי האלטרנטור? אם כן, יהיה זה הגיוני לא לאפשר למתח לעלות מעל 14 וולט, אך עדיין יש לי 20 אמפר המגיעים מהאלטרנטור ב 1500 סל'ד.

אני:

תודה! כן אתה חייב להיפטר מהמתח הגבוה שעשוי להפעיל לחץ עצום על מתפתל האלטרנטור, הדרך הטובה ביותר היא להעביר אותו דרך MOSFET כבד על גוף הקירור
https://homemade-circuits.com/wp-content/uploads/2012/10/shunt-3.png

לאונרד:

למעשה, אני כמעט לא מודאג מההשפעות של המתח על הפיתולים. נראה שהם מצופים בפולי-שריון ויניל, המשמש גם בגזרי פצע אקראיים הפועלים ב -480 וולט. אני מודאג הרבה יותר מהחום מזרמי האדינות בלמינציה מכיוון שהם עבים כל כך. כאן בארצות הברית, עם זרם קו 60 הרץ, עובי הלמינציות המוטוריות הוא חלק קטן ממה שהם נמצאים באלטרנטור. במהירות הכביש, התדירות מהאלטרנטור יכולה להיות 1.2 Khz ומעלה. ביישומים אחרים, זה יקרא ליבת פריט כדי לחסל את זרמי הערבול.
אני מנסה להבין את התפקיד של זרמי החוטים ביישום זה. ככל שהסל'ד עולה, כך גם התדירות גדלה, וגם זרמי העצב. עומס טפילי להפחתת המתח שנוצר? אמצעי ליישור זרם שנוצר בסל'ד גבוה? כמה חום זה מייצר? מספיק כדי לשרוף את המתפתל בסל'ד גבוה?
ממוקם בתוך המנוע, אני יכול להבין איך להשתמש בשמן מנוע כדי לקרר את ההרכבה, עם זאת, עם הכוח הצנטריפוגלי של גלגל התנופה, ואת הפיתולים שנמצאים בתוכו, אני לא יכול לדמיין שום כמות אמיתית של נפט שתגיע אליהם לקירור.
המתח הגבוה ביותר שיכולתי לקרוא הוא 70 וולט RMS. זה לא מספיק כדי לקשת באמצעות ציפוי PAV על החוט, אלא אם כן החום הופך מוגזם. עם זאת, בהסבת העודף לקרקע, האם קיים EMF נגדי המתנגד לשדה המגנטי מהמגנטים המסתובבים? ואם כן, עד כמה הוא יעיל?

אני:

כן, עלייה בתדירות תוליד זרם מערבולת יותר בליבה מבוססת ברזל, ועלייה בחום. קראתי ששיטת בקרת תותבים טובה לגנרטורים מבוססי מנוע, אך המשמעות היא גם עומס מוגבר על גלגל האלטרנטור ו צריכת דלק גבוהה יותר על ידי הרכב. האם קירור מאוורר הוא אופציה? ניתן לגשת לזרם למאוורר מהאלטרנטור עצמו.

לאונרד:

אני חושש שמאוורר קירור אינו אופציה עבור האלטרנטור. זה מותקן פנימי, בתוך המנוע ובוולקן שלי, יש שני כיסויי אלומיניום מעבר לזה. (החלפת מתפתל האלטרנטור פירושו להסיר את המנוע מהאופנוע.) אני לא רואה שום דרך להפחית את זרמי העצבון מכיוון שהם המושרה על ידי המגנטים המסתובבים בתוך גלגל התנופה. עם זאת, אני יכול להפחית את הזרם המונע לקרקע על ידי העלאת המתח של המחלף ל 24 וולט, ובעקבותיו עם רגולטור סדרתי המוגדר ל 14 וולט. בבדיקת האלטרנטור, אני לא רואה השפעה רבה מ- EMF נגד להפחתת זרם הקצר. אני יכול להעמיס את האלטרנטור ל -30 אמפר, ועל ידי קיצור הלידים אני עדיין קורא 29 אמפר.
עם זאת, אם משתמשים בזרמי המערבולת כעל עומס טפילי להפחתת המתח והזרם בסל'ד גבוה, נראה שזה יעיל למדי. ברגע שמתח המעגל הפתוח מגיע ל -70 וולט (RMS), הוא אינו עולה גבוה גם כאשר סל'ד המנוע מכפיל את עצמו. השנעה של 20 אמפר לקרקע (כפי שנעשה על ידי הרגולטורים במפעל), מגבירה את החום המתפתל בנוסף לזרמי האוויר. על ידי הפחתת הזרם דרך הפיתולים, יש להפחית גם את החום שנוצר על ידי הפיתולים. זה לא יפחית את זרמי האוויר, אבל צריך להפחית את החום הכולל שנוצר על ידי האלטרנטור, בתקווה לשמר את הבידוד המתפתל.
בהתחשב בציפוי על הפיתולים, אני לא מודאג כמעט מהמתח שנוצר. לאחר שעבדתי בבניית מנוע חשמלי במשך שנים, אני מודע לכך ש- HEAT הוא האויב הגרוע ביותר של הבידוד. איכות הבידוד פוחתת ככל שעולה טמפרטורת ההפעלה. בטמפרטורת הסביבה, ציפוי PAV יכול להכיל 100 וולט 'סיבוב לסיבוב'. אבל העלו את הטמפרטורה ב 100 צלזיוס, וייתכן שלא.
אני גם סקרן. מנועים חשמליים משתמשים בסגסוגת פלדה עם 3% סיליקון כדי להפחית את ההתנגדות להיפוך השדה המגנטי בתוך הברזל. האם הם כוללים את זה בלמינציה שלהם או משמיטים את הסיליקון כדי להפחית עוד יותר את עליית המתח והזרם בסל'ד גבוה? זה לא מוסיף לחום, אבל מפחית את יעילות הברזל, ככל שהסל'ד גבוה יותר. על ידי הגדלת ההתנגדות להיפוך שדה מגנטי בליבה, השדה המגנטי לא יכול לחדור עמוק לתוך הליבה לפני שיידרש להיפוך. לכן, ככל שהסל'ד גבוה יותר, כך פחות חדירת השדה המגנטי. זרמי המערבולות עשויים להפחית עוד יותר את החדירה הזו.

אני:

הניתוח שלך הגיוני ונראה מאוד טכני. בהיותי בעצם בחור אלקטרוניקה, הידע שלי בחשמל אינו טוב במיוחד, כך שההצעה על עבודה פנימית מוטורית ושינויים עלולים להיות קשים עבורי. אבל, כפי שאמרת במשפטים האחרונים שלך על ידי הגבלת המגנט שהוגש, ניתן למנוע מזרם החוטם להיכנס עמוק. ניסיתי לחפש נושא זה אך לא מצאתי שום דבר שימושי עד כה!

לאונרד:

אז, לאחר שעבדתי עם מנועים חשמליים במשך 13 שנים, יש לי חיסרון קל? אמנם, הלימודים שלי היו גם בתחום האלקטרוניקה, וכך גם כל עבודתי עד שגיליתי שאוכל להרוויח יותר כסף בעבודה עם מנועים. זה גם אומר שלא שמרתי על מעגלים משולבים, ו- MOSFET היו דברים קטנים ועדינים שניתן היה לפוצץ במהירות עם מטען סטטי קל. אז כשמדובר באלקטרוניקה, יש לך חיסרון. לא הצלחתי לעמוד בקצב ההתפתחויות החדשות.
מעניין שלא הצלחתי למצוא הרבה מהמידע שלי במקום אחד. בערך כאילו אף אחד מהמושגים לא קשור זה לזה. עם זאת, כשמרכיבים את כולם, הם מתחילים להיות הגיוניים. ככל שהתדירות גבוהה יותר, כך נדרשים פחות סיבובים לקבלת אותה תגובת אינדוקציה. כך שככל שהסל'ד גבוה יותר, כך השדה המגנטי יעיל פחות. זו הדרך היחידה שהם יכולים לשמור על תפוקה קבועה ברגע שההספק מגיע ל -70 וולט.
אבל כשמסתכלים על התבנית באוסילוסקופ, אני לא מתרשם. זמן טעינה של אלפית שנייה, ואחריו תפוקה מקורקעת של 6 עד 8 אלפיות השנייה. האם זו הסיבה שסוללות האופנוע לא מחזיקות זמן רב? שישה חודשים עד שנה, ואילו סוללות הרכב נמשכות חמש שנים ויותר. זו הסיבה שאני בוחר 'לקצץ' את רמת המתח לקרקע במתח גבוה יותר, והגזירה הזו קבועה. אחריו מווסת סדרות כדי לשמור על קצב טעינה קבוע בהתאם למה שהסוללה, האורות והמעגלים דורשים. ואז על ידי תכנון זה להתמודד עם 50 אמפר, לעולם לא אצטרך להחליף רגולטור שוב.
אני עובד עם דירוג של 50 אמפר, אך אני מצפה שבאמצעות 'גוזז' אמפרז 'צריך להיות נמוך בהרבה מ -20 אמפר לקרקע. אולי עד ארבעה אמפר. ואז רגולטור הסדרה מאפשר את השבעה אמפר (בערך) עבור הסוללה, האורות והמעגלים למנוע. הכל טוב בדירוג הספק של הרכיבים ולא מספיק מתח לאתגר את ציפוי הפיתולים.
כתבת מאמר טוב מאוד על רגולטורים להחלפה, אבל 25 אמפר הוא פשוט קטן מדי ליישום שלי. ובכל זאת, זו השראה טובה.

אני:

כן זה נכון, מחזור עבודה של 1/6 לא יטעין את הסוללה כראוי. אך ניתן לפתור זאת בקלות באמצעות מיישר גשר וקבל פילטר גדול, שיבטיח שהסוללה תקבל מספיק DC לטעינה יעילה. אני שמח שאהבתי את המאמר שלי. עם זאת ניתן לשדרג את מגבלת 25 אמפר בקלות על ידי הגדלת מפרט המגבר MOSFET. או יכול להיות על ידי הוספת מכשירים נוספים במקביל.

לאונרד:

במקביל, אני מנסה לשמור על הכל קומפקטי כדי להתאים לחדר זמין, כך שקבל קבלים מסנן גדול יהפוך לבעיה. זה גם לא נחוץ אם גוזרים את שלושת השלבים אחרי מיישר הגשר. כל האדווה נחתכת, וווסת ​​הסדרה שומר על זמן טעינה של 100%.
המעגל שלך שומר גם על זמן טעינה של 100%, אולם הזרם שתנעל לקרקע יהיה הרבה יותר גבוה מכיוון שאתה גוזר אותו במתח הסוללה.

כפי שאתה יכול לראות בצורות הגל, לא צריך להיות צורך בקבל. אך על ידי גזירה ברמה גבוהה יותר, הזרם המונע לקרקע צריך להיות נמוך יותר. ואז, ירידת המתח על פני רגולטור סדרה לא אמורה לפגוע בשום דבר. צריך להספיק כדי לשמור על טעינת הסוללה.
פתק אחד. מתח טעינה אופטימלי לסוללת עופרת / חומצה הוא למעשה 13.7 וולט. כדי להחזיק אותו ב 12 וולט אולי זה לא ייתן לסוללה מספיק כדי להניע את המנוע. והמעגל שלי ראשוני, ועדיין נתון לשינויים.

המפעל נראה כמעט פרימיטיבי, באופן שהוא עובד. המעגל שלהם טוען את הסוללה עד שהיא מגיעה לרמת ההדק. ואז הוא מתנער מכל הזרם לקרקע עד שהסוללה יורדת מתחת לרמת ההדק. התוצאה היא צורת גל עם פרץ מטען קצר וחזק שיכול להגיע עד 15 אמפר. (לא מדדתי את זה) ואחריו קו ארוך יותר עם שיפוע קל כלפי מטה, ופרץ נוסף.
ראיתי שמצברים לרכב מחזיקים מעמד 5 עד 10 שנים, או יותר. כילד בחווה, אבי הסב את אחד הטרקטורים הישנים משישה וולט למערכת של שתים עשרה וולט, באמצעות אלטרנטור ממכונית. 15 שנה אחר כך אותה סוללה עדיין הפעילה את הטרקטור. בבית הספר איתו אני עובד (מלמד בטיחות אופנועים), יש להחליף את כל הסוללות בתוך שנה אחת. למה ? ? ? הדבר היחיד שהצלחתי להמציא הוא מערכת הטעינה. מרבית הסוללות שעבדתי איתן מדורגות רק לטעינה של 2 אמפר, עד 70 וולט, המסוגלות ל -30 אמפר, המופעלות על מסופי הסוללה להתפרצויות קצרות, עשויות לגרום לנזק פנימי ולקיצור חיי הסוללה. במיוחד בסוללות בהן אינך יכול לבדוק את רמות הנוזל. הבעיה היחידה בסוללה עשויה להיות ברמת נוזלים, אך אין שום דבר שתוכל לעשות בעניין. אם אני מסוגל לבדוק ולשמור על רמות נוזלים, חיי הסוללה מתארכים במידה ניכרת.
ההובלות המגיעות מהאלטרנטור יהיו המקבילות המדדי של מספר 16. על פי טבלת AWG, זה טוב ל -3.7 אמפר כקו תמסורת, ו -22 אמפר בחיווט השלדה. על אלטרנטור של 30 אמפר עם וסת שאנט? מפלס השאנט והאמפרג 'צריכים להיות פרופורציוניים הפוכים, ולכן על ידי קטיעת המתח לחצי, עלי להפחית את האמפרג' באופן משמעותי. בהתבוננות בצורת הגל המתוקנת, הריכוז הגבוה ביותר של EMF נמצא במחצית התחתונה. ההיגיון יציע שהזרם יופחת לשבריר. אגלה כשאכניס אותו לשימוש.
במנוע 1500 סמ'ק אני לא מצפה להבחין בנגרר המנוע המופחת, אך צריכת הדלק שלי עשויה להשתפר. וכזכור, כשהתחילו לראשונה לשים רגולטורים של מצב מוצק על אלטרנטורים לרכב, מספר הקסם היה 13.7 וולט. עם זאת, תכננתי להעמיד את רגולטור הסדרה שלי לכ- 14.2 וולט. גבוה מדי והנוזל מתאדה מהר יותר. היית הרבה יותר מועיל ממה שאתה יודע. במקור, היו לי שישה מעגלים שונים ששקלתי ועמדתי על כל אחד מהם. המאמר שלך חיסל חמישה מהם, אז אני יכול לחסוך זמן לא מבוטל ולהתרכז רק באחד. זה חוסך לי כמות טובה של עבודה. זה מאוד שווה את הזמן לפנות אליך.
יש לך את האישור שלי להתנסות בסכמה שלי ולראות במה אתה מעלה. בפורומים שונים אני קורא איפה מספר אנשים מדברים על ללכת לרגולטורים בסדרה. זהירות אחרת מפני מתח גבוה מדי שיהרוס את הציפוי המבודד על החוט. אני חושד שהמדיום השמח עשוי להיות שילוב של שתי המערכות, אך לא להעביר את התפוקה המלאה לקרקע. המעגל עדיין פשוט, עם מעט רכיבים, אך לא ארכאי.
תודה רבה על הזמן ותשומת הלב שלך. אחד המקורות שלי למידע טכני הוא: OCW.MIT.EDU אני עושה שם קורסים הנדסיים כבר כמה שנים. אתה לא מקבל שום אשראי על שעשית אותם, אבל זה גם לגמרי בחינם.