Circuitos reguladores de tensão de motocicleta trifásicos

A publicação analisa 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.

As especificações técnicas

Olá, meu nome é junior, moro no brasil e trabalho com a fabricação e recuperação de reguladores de retificador de voltagem para motocicletas e gostaria de receber qualquer ajuda. Preciso de um circuito regulador mosfet trifásico para motocicletas, tensão de entrada 80-150 volts, máximo corrigido de 25 A, consumo máximo do sistema de 300 watts,

Aguardo o retorno
att.
júnior

O desenho

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

circuito de estabilização da tensão do alternador da motocicleta

O esquema é bastante fácil de entender.

A saída trifásica do alternador é aplicada sequencialmente através de três transistores de potência que eles basicamente agem como dispositivos de derivação para a corrente do alternador.

Ao fazer tudo isso durante a operação, um enrolamento do alternador pode estar sujeito a enormes CEM reversos, a ponto de rasgar a tampa de isolamento do enrolamento e destruí-la permanentemente.

A regulação do potencial do alternador através do método de derivação ou curto-terra ajuda a manter o potencial do alternador sob controle sem causar efeitos adversos no alternador.

O momento do período de desvio 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 controlando a condução dos três BJTs conectados através dos 3 enrolamentos do alternador, conforme mostrado no diagrama.

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

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

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

O pote associado ao Circuito IC 555 Ele está ajustado corretamente para obter a tensão RMS média correta para a bateria carregada.

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

Ajuste de tensão de pico

Uma função de regulação de tensão máxima pode ser incluída no circuito acima, de acordo com o diagrama a seguir, para manter um nível seguro de tensão de carga para a bateria conectada.

Carregador de bateria do alternador da motocicleta controlado por PWM 3 fases

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

Diagrama de circuito completo

Circuito regulador de desvio de motocicleta MOSFET

O segundo projeto apresentado abaixo é um retificador regulador para um sistema de carregamento de motocicleta trifásico. O retificador é de onda completa e o regulador é um regulador de derivação.

Por: Abu Hafss

Sistema de carregamento de bateria de motocicleta

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

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

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

Em bicicletas com sistemas de carregamento regulados adequados, normalmente é usada a regulação do tipo shunt. Isso é feito cortando os 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

Retificador mais Regulador para um sistema de carregamento de motocicleta trifásico

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 aproximadamente 14,4 volts. Assim que o sistema de carregamento ultrapassar esse limite de tensão, T1 começa a acionar.

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 as portas umas das outras. 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 um isolador de mica, se for usado 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 uma classificação de pelo menos 15 A e estar submersos pelo calor.

Os diodos automotivos são dois tipos de corpo positivo ou negativo, portanto, eles devem ser usados ​​de acordo. Mas eles podem ser um pouco difíceis de contatar o dissipador de calor.

Usando dois retificadores de ponte

Se você usar dois retificadores de ponte, eles poderão ser usados ​​como mostrado.

Usando dois retificadores de ponte

Retificador de ponte

1590418435 586 circuitos reguladores de tensao de motocicleta trifasicos projetos de

Diodos automotivos

Diodos automotivos

Retificador trifásico

Retificador trifásico

Retificador de ponte

Carregamento eficiente da bateria pela regulamentação do desvio da motocicleta

A seguinte conversa por e-mail entre o Sr. Leoneard, um pesquisador / engenheiro ávido, e eu mesma nos ajuda a aprender alguns fatos muito interessantes sobre as desvantagens e limitações do regulador de desvio de motocicleta. Também nos ajuda a atualizar o conceito simplesmente em um design eficaz, mas econômico.

Leonard

Você tem um circuito interessante, mas …
Minha moto tem um alternador de 30 A, que tenho certeza de que é RMS, e atinge um pico de 43,2 A. É improvável que seu circuito de 25 amp dure muito.
Porém…..
Em vez dos retificadores que você sugere, um SQL50A é avaliado em 50 amperes a 1.000 volts. É um módulo retificador trifásico e você não deve ter problemas para lidar com um pico de 45 A. (Eu tenho dois na mão).
Isso também significa que os SCRs terão que lidar com essa amperagem e três HS4040NAQ2s com uma corrente RMS de 40 A (pico não repetitivo de 520 A) devem lidar com isso muito bem. Obviamente, eles exigirão um dissipador de calor razoavelmente saudável e um bom fluxo de ar.
Estou pensando que o circuito de controle deve funcionar mais ou menos como está.
Substituí três reguladores nos últimos três meses e estou prestes a jogar um bom dinheiro depois do mal. O último durou um total de dez segundos antes de também dar errado. Estou prestes a construir o meu e, se tiver que construí-lo para alimentar um navio de guerra, que assim seja.
Outra coisa que notei é que as laminações usadas no alternador são consideravelmente mais espessas do que as usadas em motores elétricos. Um enrolamento de 18 polos e um motor funcionando em velocidades de rodovia significam uma frequência muito maior e muitas mais correntes de ferro no redemoinho. Qual seria o efeito nessas correntes perdidas se fosse utilizado um regulador em série que permita que a tensão atinja 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 excedesse 14 volts, mas ainda tenho 20 amperes vindos do alternador a 1500 RPM.

Eu:

Obrigado! Sim, você precisa se livrar da alta tensão que pode exercer grande pressão no enrolamento do alternador, a melhor maneira é contorná-la através do MOSFET pesado no dissipador de calor
mosfet pesado no dissipador de calorLeonard

Na verdade, não estou preocupado com os efeitos da tensão nos enrolamentos. Eles parecem revestidos com Poly-Armor Vinyl, que também é usado em estatores aleatórios de 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 uma corrente de linha de 60 htz, a espessura das lâminas do motor é uma fração do que elas estão no alternador. Na velocidade da estrada, a frequência do alternador pode ser de 1,2 Khtz ou mais. Em outras aplicações, isso exigiria um núcleo de ferrite para remover correntes de Foucault.
Estou tentando entender o papel das correntes parasitas nesta aplicação. À medida que a 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 dentro do motor, consigo entender o uso de óleo de 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 atingindo-os para esfriar.
A tensão mais alta que pude ler é de 70 volts RMS. Isso não é suficiente para passar pelo revestimento PAV no cabo, a menos que o calor se torne excessivo. No entanto, ao desviar o excesso para o solo, existe um contador EMF que se oponha ao campo magnético dos ímãs em rotação? E se sim, qual é a eficácia?

Eu:

Sim, o aumento da frequência levará a uma corrente de Foucault maior em um núcleo à base de ferro e a um aumento no calor. Eu li que o método de controle de desvio é bom para geradores baseados em motores, mas isso também significa mais carga na roda do alternador e mais consumo de combustível pelo veículo. O ventilador é uma opção? A corrente do ventilador pode ser acessada a partir do alternador.

Leonard

Receio que uma ventoinha de arrefecimento não seja uma opção para o alternador. Montado internamente, dentro do motor, e no meu Vulcan, existem duas tampas de alumínio nele. (Substituir o enrolamento do alternador significa remover o motor da motocicleta.) Não vejo como reduzir as correntes de Foucault porque são induzidas por ímãs que giram dentro do volante. No entanto, posso reduzir a corrente de derivação para o terra aumentando a tensão de 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 a 30 amperes e, se cortar os fios, continuo lendo 29 amperes.
No entanto, se você usar correntes dispersas como carga dispersa para nivelar a tensão e a corrente em altas RPMs, isso parecerá bastante eficaz. Quando a tensão do circuito aberto atinge 70 volts (RMS), ela não aumenta mesmo quando as RPMs do motor dobram. Desviar 20 amperes para o solo (como fazem os reguladores de fábrica) aumenta o calor no enrolamento, além das correntes parasitas. Ao reduzir a corrente através dos enrolamentos, você também deve reduzir o calor gerado pelos enrolamentos. Isso não reduzirá as correntes dispersas, mas reduzirá o calor geral gerado pelo alternador, na esperança de preservar o isolamento do enrolamento.
Considerando o revestimento dos enrolamentos, não estou tão preocupado com a tensão gerada. Depois de trabalhar na reconstrução de motores elétricos por anos, estou ciente de que o HEAT é o pior inimigo do isolamento. A qualidade do isolamento diminui à medida que a temperatura operacional aumenta. À temperatura ambiente, o revestimento PAV pode conter 100 volts “turn por turn”. Mas aumente essa temperatura em 100 ° C, e talvez não.
Eu também estou curioso. Os motores elétricos usam um aço de liga de silício a 3% para reduzir a resistência à inversão do campo magnético no ferro. Eles incluem isso em suas laminações ou pulam 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 de precisar ser revertido. Portanto, quanto maior a RPM, menor penetração do campo magnético. As correntes de Foucault podem reduzir ainda mais essa penetração.

Eu:

Sua análise faz sentido e parece tecnicamente sólida. Sendo basicamente um tipo de eletrônica, meu conhecimento elétrico não é muito bom; sugerir o funcionamento interno do motor e as modificações 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 se aprofundar. Tentei pesquisar sobre esse problema, mas não consegui encontrar nada útil até agora!

Leonard

Então, depois de trabalhar com motores elétricos por 13 anos, tenho uma ligeira 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 estava acompanhando os CIs, e os MOSFETs eram pequenas coisas delicadas que podiam explodir rapidamente com a menor carga estática. Então, quando se trata de eletrônicos, você me deixa em desvantagem. Eu não conseguia acompanhar os novos desenvolvimentos.
É interessante que eu não consegui encontrar muitas informações em um só lugar. Como se nenhum dos conceitos estivesse relacionado um ao outro. No entanto, colocando-os todos juntos, 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. Esta 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 no solo. Poderia ser por isso que as baterias de motocicletas não duram muito? De seis meses a um ano, enquanto as baterias de automóveis duram cinco anos ou mais. É por isso que escolhi “cortar” o nível de tensão do solo para 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, quando projetado para lidar com 50 amperes, você nunca precisará substituir um regulador novamente.
Estou trabalhando com uma classificação de 50 amperes, mas espero que ao usar um “aparador” a amperagem seja consideravelmente menor que 20 amperes no chão. Talvez tão baixo quanto quatro amperes. O regulador da série permite (aproximadamente) sete amperes para a bateria, luzes e circuitos para o motor. Tudo dentro da potência nominal dos componentes e não há tensão suficiente 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.

Eu:

Sim, é verdade, o ciclo de trabalho 1/6 não carrega a bateria corretamente. Mas isso pode ser facilmente resolvido através de uma ponte retificadora e um capacitor de filtro grande, o que garantirá que a bateria receba CC suficiente para um carregamento eficaz. Estou feliz que você tenha gostado do meu artigo. No entanto, o limite de 25 A pode ser facilmente atualizado aumentando as especificações do amplificador MOSFET. Ou pode ser adicionando mais dispositivos em paralelo.

Leonard

Ao mesmo tempo, estou tentando manter tudo compacto para que ele caiba na sala disponível, para que o condensador grande do capacitor do filtro se torne um problema. Também não é necessário se todas as três fases forem cortadas após a ponte retificadora. Todas as ondas são cortadas e o regulador da série mantém 100% do tempo de carregamento.
Seu circuito também mantém 100% do tempo de carregamento, no entanto, a corrente que chega ao solo será muito maior porque está cortando a tensão da bateria.

1590418437 881 circuitos reguladores de tensao de motocicleta trifasicos projetos de

Como você pode ver pelas formas de onda, nenhum capacitor deve ser necessário. Mas, ao cortar para um nível mais alto, a corrente de descarga no solo deve ser menor. A queda da 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 voltagem de carga ideal para uma bateria de chumbo / ácido é de 13,7 volts. Mantê-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.

1590418438 101 circuitos reguladores de tensao de motocicleta trifasicos projetos de

A fábrica parece quase primitiva, na forma como funciona. Seu circuito carrega a bateria até atingir o nível de ativação. em seguida, desvia toda a corrente para o terra até a bateria cair abaixo do nível do gatilho. O resultado é uma forma de onda com uma explosão de carga curta e difícil que pode ter até 15 ampères. (Eu não medi). Isso seguiu uma linha mais longa com uma ligeira inclinação para baixo e outra explosão.
Vi baterias de carro durarem de 5 a 10 anos ou mais. Quando criança em uma fazenda, meu pai converteu um dos antigos tratores de seis volts em 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 da Motocicleta), todas as baterias devem ser substituídas dentro de um ano. PORQUE ? ? ? A única coisa que eu pude encontrar é o sistema de carregamento. A maioria das baterias com as quais trabalhei são classificadas apenas para uma taxa de carga de 2 amp. Até 70 volts, com capacidade de 30 amperes, aplicados aos terminais da bateria para rajadas curtas podem causar danos internos e reduzir a vida útil da bateria. Especialmente em baterias onde você não pode verificar os níveis de líquido. O único problema com a bateria pode ser o nível do fluido, mas não há nada que você possa fazer sobre isso. Se eu puder verificar e manter os níveis de fluidos, a vida útil da bateria é bastante prolongada.
Os fios provenientes do alternador seriam o equivalente métrico do número 16. De acordo com a tabela AWG, isso é bom para 3,7 Amperes como linha de transmissão e 22 Amperes para a fiação do chassi. Em um alternador de 30 A com um regulador de derivação? O nível de derivação e a amperagem devem ser uma relação inversa, portanto, cortar a tensão ao meio deve reduzir a amperagem significativamente. Ao olhar para a forma de onda retificada, a maior concentração de EMF 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 reduzir o arrasto do motor, mas minha economia de combustível pode melhorar. E, lembro-me, quando começaram a colocar reguladores de estado sólido em alternadores automotivos, o número mágico era 13,7 volts. No entanto, eu estava planejando configurar meu regulador serial para aproximadamente 14,2 volts. Muito alto e o líquido evapora mais rapidamente. Você foi muito mais útil do que imagina. Originalmente, ele tinha seis circuitos diferentes que ele estava considerando e iria usar cada um deles. Seu artigo removeu cinco deles, para que eu possa economizar um tempo considerável e me concentrar em apenas um. Isso me poupa muito trabalho. Isso faz com que o contato valha a pena.
Você tem minha permissão para experimentar meu esquema e ver o que ocorre com você. Em vários fóruns, estou lendo onde várias pessoas estão falando sobre ir a reguladores seriais. Outras precauções contra uma voltagem muito alta, destruindo a camisa isolada no cabo. Suspeito que o meio feliz possa ser uma combinação dos dois sistemas, mas não desvie toda a saída para o solo. 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 Faço cursos de engenharia há alguns anos. Você não recebe nenhum crédito por fazê-lo, mas também é totalmente gratuito.



FONTE

Nota: Este foi traduzido do Inglês para português (auto)

Pode conter erros de tradução

Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…

Veja na FONTE até ser revisado o post.

Status (Não Revisado)

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