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Circuitos do regulador de tensão de motocicleta trifásica

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 O post discute uma lista de circuitos reguladores de tensão de motocicleta trifásicos simples controlados por PWM que podem ser usados ​​para controlar a tensão de carga da bateria na maioria dos veículos de duas rodas. A ideia foi solicitada pelo Sr. Junior.

 Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc...
Veja na FONTE até ser revisado o post. -status (revisado 50% 15/10/2019)-
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Especificações técnicas

Olá, meu nome é junior vivo no Brasil eu trabalho com retificador de regulador de fabricação e recuperação de voltagem de motocicleta e gostaria de receber uma ajuda u, preciso de um circuito regulador de mosfet trifásico para motocicletas, voltagem entreda de 80 a 150 volts, correta Máximo 25A, consumo máximo do sistema 300 watts,

Aguardo retorno
att.
júnior

O design

O circuito regulador de tensão de motocicleta trifásico proposto para motocicleta pode ser observado no diagrama abaixo.

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O esquema é bastante fácil de entender.

A saída trifásica do alternador é aplicada sequencialmente em três transistores de potência que atuam basicamente como dispositivos de manobra para a corrente do alternador.

Como tudo isso durante a operação, um enrolamento do alternador pode ser sujeito a enormes CEM reversos, a uma extensão que pode rasgar a tampa de isolamento do enrolamento, destruindo-o permanentemente.

A regulação do potencial do alternador através do método de manobra ou curto-circuito no solo ajuda a manter o potencial do alternador sob controle sem causar efeitos adversos nele.

O momento do período de manobra é crucial aqui e influencia diretamente a magnitude da corrente que pode finalmente atingir o retificador e a bateria sob carga.

Uma maneira muito simples de controlar o período de manobra é controlar a condução dos três BJTs conectados através dos 3 enrolamentos do alternador, conforme mostrado no diagrama.

Mosfets também podem ser usados ​​no lugar dos BJTs, mas podem ser muito mais caros que os BJTs.

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O método é implementado usando um circuito simples 555 IC PWM.

A saída PWM variável do pino3 do IC é aplicada nas bases dos BJTs, que por sua vez são forçados a conduzir de maneira controlada, dependendo do ciclo de trabalho do PWM.

O pote associado ao circuito IC 555 é ajustado adequadamente para obter a tensão RMS média correta para a bateria carregada.

Procure outros circuitos

O método mostrado no circuito regulador de tensão de motocicleta trifásico usando mosfets pode ser igualmente implementado para alternadores únicos para obter resultados idênticos.

Ajuste de tensão de pico

Um recurso de regulação de tensão de pico pode ser incluído no circuito acima, conforme o diagrama a seguir, para manter um nível seguro de tensão de carga para a bateria conectada.

Uma rápida revisão dos projetos revela que os BJTs estão posicionados incorretamente, o que nunca lhes permitiria desviar ambas as metades da corrente do alternador.
No entanto, os designs podem ser modificados adequadamente para corrigir o problema mencionado acima, conforme mostrado abaixo:

Diagrama do circuito finalizado

O segundo projeto apresentado abaixo é um retificador mais um regulador para um sistema de carregamento trifásico de motocicletas. O retificador é de onda completa e o regulador é do tipo shunt.

Por: Abu Hafss 

Sistema de carregamento de bateria de motocicleta

O sistema de carregamento de uma motocicleta é diferente daquele dos carros. O alternador ou gerador de tensão nos carros é do tipo eletroímã, fácil de regular. Visto que os geradores de motocicletas são do tipo ímã permanente;

A saída de tensão de um alternador é diretamente proporcional à RPM, ou seja, a altas RPM, o alternador produzirá altas tensões acima de 50V, portanto, um regulador se torna essencial para proteger todo o sistema elétrico e a bateria.

Algumas bicicletas pequenas e veículos de três rodas que não correm em alta velocidade, possuem apenas 6 diodos (D6-D11) para executar a retificação de onda completa. Eles não precisam de regulagem, mas esses diodos são de alta amperagem e dissipam muito calor durante a operação.

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Em bicicletas com sistemas de carregamento regulados adequados, normalmente é usada a regulação do tipo shunt. Isso é feito através do curto-circuito dos enrolamentos do alternador por um ciclo da forma de onda CA. Um SCR ou, às vezes, um transistor é usado como dispositivo de derivação em cada fase.

 Diagrama de circuito

Operação em Circuito

A rede C1, R1, R2, ZD1, D1 e D2 forma o circuito de detecção de tensão e foi projetada para disparar a cerca de 14,4 volts. Assim que o sistema de carregamento ultrapassar esse limiar de tensão, T1 começa a conduzir.

Isso envia corrente para cada porta dos três SCRs S1, S2 e S3, através dos resistores limitadores de corrente R3, R5 e R7. D3, D4 e D5 são importantes para isolar os portões um do outro. R4, R6 e R8 ajudam a drenar qualquer possível vazamento de T1. S1, S2 e S3 devem ser dissipados pelo calor e isolados um do outro usando isolador de mica, se estiver usando um dissipador de calor comum.

Para o retificador, existem três opções:

a) Seis diodos automotivos

b) Um retificador trifásico

c) Dois retificadores em ponte

Todos devem ter classificação de pelo menos 15 A e dissipador de calor.

Os diodos automotivos são dois tipos de corpo positivo ou negativo, portanto, devem ser usados ​​em conformidade. Mas pode ser um pouco difícil entrar em contato com o dissipador de calor.

Usando dois retificadores de ponte

Se estiver usando dois retificadores de ponte, eles podem ser usados ​​como mostrado.

Retificador de ponte

Diodos automotivos

Retificador trifásico

Retificador de ponte

Carregamento eficiente da bateria através do regulamento de derivação da motocicleta

A seguinte conversa por e-mail entre o Sr. Leoneard, um pesquisador / engenheiro ávido e eu, nos ajuda a aprender alguns fatos muito interessantes sobre as desvantagens e limitações dos reguladores de derivação de motocicleta. Também nos ajuda a saber como atualizar o conceito simplesmente em um design eficaz e barato.

Leonard:

Você tem um circuito interessante, mas …
Minha moto tem um alternador de 30 A, que tenho certeza que é RMS, e atinge um pico de 43,2 Amps. É provável que seu circuito de 25 A não aguente muito.
No entanto …
No lugar dos retificadores que você sugere, um SQL50A é classificado como 50 Amps a 1.000 Volts. É um módulo retificador trifásico e não deve ter problemas para lidar com o pico de 45 amperes. (Eu tenho dois em mãos.)
Isso também significa que os SCRs terão que lidar com essa amperagem e três HS4040NAQ2 com corrente RMS de 40 Amps (aumento não repetitivo para 520 Amps) deve lidar com isso muito bem. Obviamente, eles exigirão um dissipador de calor bastante saudável e um bom fluxo de ar.
Estou pensando que o circuito de controle deve funcionar praticamente como está.
Substituí três reguladores nos últimos três meses e estou quase tentando jogar um bom dinheiro depois do mau. O último durou um total de dez segundos antes de ficar ruim também. Estou prestes a construir o meu próprio e, se tiver que construí-lo para alimentar um navio de guerra, que assim seja.  
Outra coisa que eu notei, as laminações usadas no alternador são consideravelmente mais espessas do que as usadas em motores elétricos. Um enrolamento de 18 polos e um motor operando em velocidades de rodovia significam frequência muito mais alta e muito mais correntes no ferro. Qual seria o efeito nessas correntes de Foucault se usasse um regulador em série que permitisse que a tensão chegasse a 70 Volts (RMS)? Isso aumentaria as correntes de Foucault a ponto de superaquecer o ferro e correria o risco de danificar os enrolamentos do alternador? Nesse caso, faria sentido não permitir que a tensão ficasse acima de 14 volts, mas ainda tenho 20 ampères vindos do alternador a 1500 rpm.

Swagatam :

Obrigado! Sim, você deve se livrar da alta tensão que pode exercer enorme pressão no enrolamento do alternador, a melhor maneira é desviá-la através de MOSFETs pesados ​​no dissipador de calor

Leonard:

Na verdade, não estou tão preocupado com os efeitos da tensão nos enrolamentos. Eles parecem revestidos com Poly-Armor Vinyl, que também é usado em estatores de feridas aleatórios operando a 480 Volts. Estou muito mais preocupado com o calor das correntes de Foucault nas laminações, pois elas são muito espessas. Aqui nos Estados Unidos, com corrente de linha de 60 htz, a espessura das laminações de motores é uma fração do que são no alternador. Na velocidade da estrada, a frequência do alternador pode ser de 1,2 Khtz ou superior. Em outras aplicações, isso exigiria um núcleo de ferrita para eliminar as correntes de Foucault.
Estou tentando entender o papel das correntes parasitas nesta aplicação. À medida que o RPM aumenta, o mesmo acontece com a frequência e as correntes de Foucault. Uma carga parasita para nivelar a tensão gerada? Um meio de nivelar a corrente gerada em altas RPM? Quanto calor isso gera? O suficiente para queimar o enrolamento em alta rotação?
Localizado no interior do motor, eu posso entender o uso de óleo do motor para resfriar a montagem, no entanto, com a força centrífuga do volante e os enrolamentos localizados no interior, não consigo imaginar uma quantidade real de óleo para esfriar.
A tensão mais alta que pude ler é de 70 Volts RMS. Isso não é suficiente para passar pelo revestimento PAV no fio, a menos que o calor se torne excessivo. No entanto, ao desviar o excesso para o solo, existe um campo eletromagnético oposto ao campo magnético dos ímãs em rotação? E se sim, qual é a eficácia?  

Swagatam :

Sim, o aumento na frequência dará origem a mais correntes parasitas em um núcleo à base de ferro e a um aumento no calor. Li que o método de controle de derivação é bom para geradores a motor, mas isso também significa aumento da carga na roda do alternador e mais consumo de combustível do veículo. O ventilador é uma opção? a corrente do ventilador pode ser acessada a partir do próprio alternador.

Leonard:

Receio que um ventilador de refrigeração não seja uma opção para o alternador. Isso é montado interno, dentro do motor, e no meu Vulcan, existem duas tampas de alumínio (substituir o enrolamento do alternador significa remover o motor da motocicleta.) Não vejo como reduzir as correntes de Foucault porque induzida pelos ímãs girando dentro do volante. No entanto, posso reduzir a corrente desviada para o terra aumentando a tensão da derivação para 24 Volts e, em seguida, com um regulador de série definido para 14 Volts. Ao testar o alternador, não vejo muito efeito do contador EMF na redução da corrente de curto-circuito. Posso carregar o alternador em 30 A e, ao curto-circuitar os fios, ainda leio 29 A.
No entanto, se o uso de correntes parasitas como carga parasitária para nivelar a tensão e a corrente em altas RPM, parece ser bastante eficaz. Quando a tensão do circuito aberto atinge 70 Volts (RMS), ela não aumenta, mesmo quando a rotação do motor dobra. O desvio de 20 A para o terra (como é feito pelos reguladores de fábrica) aumenta o calor no enrolamento, além das correntes de Foucault. Ao reduzir a corrente através dos enrolamentos, o calor gerado pelos enrolamentos também deve ser reduzido. Isso não reduz as correntes de Foucault, mas reduz o calor geral gerado pelo alternador, preservando, com sorte, o isolamento do enrolamento.
Considerando o revestimento dos enrolamentos, não estou tão preocupado com a tensão gerada. Tendo trabalhado na reconstrução de motores elétricos por anos, estou ciente de que o HEAT é o pior inimigo do isolamento. A qualidade do isolamento é reduzida à medida que a temperatura operacional aumenta. À temperatura ambiente, o revestimento PAV pode conter 100 Volts “turn-to-turn”. Mas aumente essa temperatura em 100 ° C, e talvez não.  
Eu também estou curioso. Os motores elétricos usam uma liga de aço com 3% de silício para reduzir a resistência à inversão do campo magnético no ferro. Eles incluem isso em suas laminações ou omitem o silício para reduzir ainda mais o aumento de tensão e corrente em altas RPM? Não aumenta o calor, mas reduz a eficiência do ferro, quanto maior a RPM. Ao aumentar a resistência à inversão do campo magnético no núcleo, o campo magnético pode não penetrar tão profundamente no núcleo antes que seja necessário reverter. Portanto, quanto maior a RPM, menor a penetração pelo campo magnético. As correntes de Foucault podem reduzir ainda mais essa penetração.

Swagatam :

Sua análise faz sentido e parece tecnicamente sólida. Sendo basicamente um eletricista, meu conhecimento elétrico não é muito bom; sugerir trabalhos e modificações internas do motor pode ser difícil para mim. Mas, como você disse em suas últimas frases, restringindo o campo magnético, a corrente de Foucault pode ser impedida de entrar profundamente. Tentei pesquisar sobre esse problema, mas não consegui encontrar nada útil até agora!

Leonard:

Então, tendo trabalhado com motores elétricos por 13 anos, tenho uma pequena desvantagem? Embora meus estudos também tenham sido em eletrônica, e todo o meu trabalho foi assim até que descobri que poderia ganhar mais dinheiro trabalhando com motores. Isso também significava que eu não acompanhava os circuitos integrados, e os MOSFETs eram pequenas coisas delicadas que podiam ser rapidamente explodidas com a menor carga estática. Então, quando se trata de eletrônicos, você me deixa em desvantagem. Não pude acompanhar os novos desenvolvimentos.
É interessante não ter conseguido encontrar muitas informações em um só lugar. Como se nenhum dos conceitos estivesse relacionado um ao outro. No entanto, ao reuni-los, eles começam a fazer sentido. Quanto maior a frequência, menos voltas são necessárias para obter a mesma reatância indutiva. Portanto, quanto maior a RPM, menos eficaz o campo magnético se torna. É a única maneira de manter a saída constante quando atingir 70 volts.
Mas, olhando o padrão em um osciloscópio, não estou impressionado. Um milissegundo de tempo de carregamento, seguido de 6 a 8 milissegundos de saída aterrada. Poderia ser por isso que as baterias de motocicletas não duram muito? Seis meses a um ano, enquanto as baterias automotivas duram cinco anos ou mais. É por isso que estou optando por “cortar” o nível de tensão para aterrar em uma tensão mais alta, e esse corte é constante. Seguido por um regulador de série para manter uma taxa de carga constante de acordo com o que a bateria, as luzes e os circuitos exigem. Então, projetando-o para lidar com 50 Amperes, eu nunca precisaria substituir um regulador novamente.  
Estou trabalhando com uma classificação de 50 Amp, mas espero que, usando um “clipper”, a amperagem seja consideravelmente menor do que 20 Amperes no chão. Talvez tão baixo quanto quatro amperes. Em seguida, o regulador da série permite os (aproximadamente) sete amperes para a bateria, luzes e circuitos para o motor. Tudo dentro da potência nominal dos componentes e tensão insuficiente para desafiar o revestimento dos enrolamentos.
Você escreveu um artigo muito bom sobre reguladores de derivação, mas 25 A é muito pequeno para minha aplicação. Ainda assim, é uma boa inspiração.

Swagatam :

Sim, está certo, o ciclo de trabalho de 1/6 não carrega a bateria corretamente. Mas isso pode ser facilmente resolvido através de um retificador em ponte e um capacitor de filtro grande, o que garantirá que a bateria receba CC suficiente para um carregamento eficaz. No entanto, o limite de 25 A pode ser facilmente atualizado, aumentando as especificações do MOSFET. Ou pode ser adicionando mais dispositivos em paralelo.

Leonard:

Ao mesmo tempo, estou tentando manter tudo compacto para caber na sala disponível, para que um capacitor de capacitor de filtro grande se torne um problema. Também não é necessário se todas as três fases forem cortadas após o retificador de ponte. Toda ondulação é cortada e o regulador da série mantém 100% do tempo de carga.  
Seu circuito também mantém 100% do tempo de carga, no entanto, a corrente que você desvia para o terra será muito maior porque você está cortando a tensão da bateria.

Como você pode ver nas formas de onda, não deve haver capacitor necessário. Mas, cortando em um nível mais alto, a corrente desviada para o solo deve ser menor. Então, diminuir a tensão através de um regulador em série não deve prejudicar nada. Deve haver mais do que suficiente para manter a bateria carregada.
Uma nota. A tensão de carga ideal para uma bateria de chumbo / ácido é de 13,7 volts. Segurá-lo em 12 volts pode não fornecer a bateria o suficiente para dar partida no motor. E meu circuito é preliminar e ainda está sujeito a alterações.

A fábrica parece quase primitiva, na forma como funciona. O circuito deles carrega a bateria até atingir o nível de disparo. depois, ela muda toda a corrente para o terra até a bateria cair abaixo do nível do gatilho. O resultado é uma forma de onda com uma curta e dura explosão de carga que pode chegar a 15 Amperes. (Eu não o medi). Isso foi seguido por uma linha mais longa com uma ligeira inclinação para baixo e outra rajada.


Vi baterias automotivas durarem de 5 a 10 anos ou mais. Quando criança em uma fazenda, meu pai converteu um dos tratores antigos de seis volts para um sistema de doze volts, usando um alternador de um carro. Quinze anos depois, a mesma bateria ainda estava ligando o trator. Na escola em que trabalho (ensina segurança de motocicleta), todas as baterias precisam ser substituídas em um ano. PORQUE ? ? ? A única coisa que consegui criar é o sistema de carregamento. A maioria das baterias com as quais trabalhei são classificadas apenas para uma taxa de carga de 2 A, de até 70 volts, capaz de 30 Amperes, aplicada aos terminais da bateria para rajadas curtas, podendo causar danos internos e diminuir a vida útil da bateria. Especialmente, nas baterias onde você não pode verificar os níveis de fluido. O único problema com a bateria pode ser o nível do fluido, mas não há nada que você possa fazer sobre isso. Se eu conseguir verificar e manter os níveis de fluidos, a vida útil da bateria é prolongada consideravelmente.


As derivações provenientes do alternador seriam o equivalente métrico de # 16. De acordo com a tabela AWG, isso é bom para 3,7 Amperes como linha de transmissão e 22 Amperes na fiação do chassi. Em um alternador de 30 Amp com um regulador de derivação? O nível de derivação e a amperagem devem ser uma proporção inversa; portanto, cortando a tensão pela metade, devo reduzir a amperagem significativamente. Ao observar a forma de onda retificada, a maior concentração de CEM está na metade inferior. A lógica sugere que a corrente será reduzida para uma fração. Vou descobrir quando colocá-lo em uso.


Em um motor de 1500cc, não espero notar o atrito reduzido no motor, mas minha economia de combustível pode melhorar. E, lembro-me, quando eles começaram a colocar reguladores de estado sólido em alternadores automotivos, o número mágico era 13,7 Volts. No entanto, eu estava pensando em ajustar meu regulador de série em cerca de 14,2 Volts. Muito alto e o fluido evapora mais rapidamente. Você foi muito mais útil do que imagina. Originalmente, eu tinha seis circuitos diferentes que eu estava pensando e ia fazer a montagem em cada um deles. Seu artigo eliminou cinco deles, por isso economizo um tempo considerável e me concentro em apenas um. Isso me poupa uma boa quantidade de trabalho. Vale muito a pena entrar em contato com você.


Você tem minha permissão para experimentar meu esquema e ver o que você propõe. Em vários fóruns, estou lendo onde várias pessoas estão falando sobre ir para reguladores de série. Outras advertem contra uma voltagem muito alta que destrói o revestimento isolado no fio. Suspeito que o meio feliz possa ser uma combinação dos dois sistemas, mas não desvie toda a saída para o chão. O circuito ainda é simples, com poucos componentes, mas não arcaico.


Muito obrigado pelo seu tempo e atenção. Uma das minhas fontes de informações técnicas é:   OCW.MIT.EDU   Estou fazendo cursos de engenharia há alguns anos. Você não recebe nenhum crédito por fazê-las, mas também é totalmente gratuito.

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