Circuits de régulateur de tension de moto triphasé

Le message présente une liste de circuits de régulation de tension de motocyclette triphasés simples contrôlés par PWM qui peuvent être utilisés pour contrôler la tension de charge de la batterie dans la plupart des deux roues. L'idée a été demandée par M. Junior.

Spécifications techniques

bonjour mon nom est junior vivant au Brésil et travaille avec la fabrication et la récupération du régulateur de tension du redresseur de la moto et j'apprécierais une aide, j'ai besoin d'un circuit de régulateur mosfet triphasé pour motos, tension entreda 80-150 volts, correte Maximum 25A, consommation maximale du système 300 watts,

J'attends le retour
à.
junior

La conception

Le circuit de régulateur de tension de moto triphasé proposé pour moto peut être illustré dans le schéma ci-dessous.

Le schéma est assez facile à comprendre.

La sortie triphasée de l'alternateur est appliquée séquentiellement sur trois transistors de puissance qui agissent essentiellement comme des dispositifs de manœuvre pour le courant de l'alternateur.

Comme nous tout cela tout en fonctionnant, un enroulement d'alternateur pourrait être soumis à d'énormes CEM inverses, dans une mesure qui pourrait déchirer le couvercle isolant de l'enroulement le détruisant définitivement.

La régulation du potentiel de l'alternateur par le biais de la méthode de dérivation ou de court-circuit à la terre permet de garder le potentiel de l'alternateur sous contrôle sans y causer d'effets indésirables.

Le moment de la période de dérivation est ici crucial et influence directement l'amplitude du courant qui peut finalement atteindre le redresseur et la batterie en charge.

Un moyen très simple de contrôler la période de manœuvre est en contrôlant la conduction des trois BJT connectés aux 3 enroulements de l'alternateur, comme indiqué sur le schéma.

Les mosfets pourraient également être utilisés à la place des BJT, mais pourraient être plus coûteux que les BJT.

La méthode est implémentée en utilisant un circuit PWM simple 555 IC.

La sortie PWM variable de la broche3 du circuit intégré est appliquée à travers les bases des BJT qui à leur tour sont forcées de conduire de manière contrôlée en fonction du cycle de service PWM.

Le pot associé au Circuit IC 555 est correctement ajusté pour obtenir la tension efficace moyenne correcte pour la batterie en charge.

La méthode illustrée dans le circuit de régulateur de tension de moto triphasé utilisant des mosfets peut être également mise en œuvre pour des alternateurs simples pour obtenir des résultats identiques.

Réglage de la tension de crête

Une fonction de régulation de tension de crête peut être incluse dans le circuit ci-dessus selon le schéma suivant, afin de maintenir un niveau de tension de charge sûr pour la batterie connectée.

Comme on peut le voir, la ligne de masse de l'IC 555 est commutée par le NPN BC547 dont la base est contrôlée par la tension de crête de l'alternateur.

Lorsque la tension de crête dépasse 15 V, le BC547 conduit et active les circuits IC 555 PWM.

Le MOSFET conduit maintenant et commence à dériver la tension excessive de l'alternateur à la terre, à un taux déterminé par le cycle de service PWM.

Le processus empêche la tension de l'alternateur de dépasser ce seuil, garantissant ainsi que la batterie n'est jamais surchargée.

Le transistor est BC547 et le condensateur pin5 est 10nF

Système de charge de batterie de moto

La deuxième conception présentée ci-dessous est un redresseur plus régulateur pour un système de charge triphasé de motos. Le redresseur est pleine onde et le régulateur est un régulateur de type shunt.

Par: Abu Hafss

Le système de charge d'une moto est différent de celui des voitures. L'alternateur ou le générateur de tension sur les voitures sont de type électro-aimant qui sont assez faciles à réguler. Alors que les générateurs sur les motos sont de type à aimant permanent.

La tension de sortie d'un alternateur est directement proportionnelle au régime, c'est-à-dire qu'à un régime élevé, l'alternateur produira des tensions élevées supérieures à 50V, un régulateur devient donc essentiel pour protéger l'ensemble du système électrique et la batterie également.

Certains petits vélos et 3 roues qui ne fonctionnent pas à des vitesses élevées, n'ont que 6 diodes (D6-D11) pour effectuer une rectification pleine onde. Ils n'ont pas besoin de régulation, mais ces diodes ont un ampérage élevé et dissipent beaucoup de chaleur pendant le fonctionnement.

Dans les vélos avec des systèmes de charge régulés appropriés, une régulation de type shunt est normalement utilisée. Cela se fait en court-circuitant les enroulements de l'alternateur pendant un cycle de la forme d'onde CA. Un SCR ou parfois un transistor est utilisé comme dispositif de shunt dans chaque phase.

Schéma

Fonctionnement du circuit

Le réseau C1, R1, R2, ZD1, D1 et D2 forme le circuit de détection de tension, et il est conçu pour se déclencher à environ 14,4 volts. Dès que le système de charge dépasse cette tension de seuil, T1 commence à conduire.

Cela envoie du courant à chaque porte des trois SCR S1, S2 et S3, via les résistances de limitation de courant R3, R5 et R7. D3, D4 et D5 sont importants pour isoler les portes les unes des autres. R4, R6 et R8 aident à drainer toute fuite possible de T1. S1, S2 et S3 doivent être dissipés thermiquement et isolés les uns des autres à l'aide d'un isolant en mica, si vous utilisez un dissipateur thermique commun.

Pour le redresseur, il existe trois options:

a) Six diodes automobiles

b) Un redresseur triphasé

c) Deux redresseurs en pont

Tous doivent être évalués au moins 15A et dissipés de chaleur.

Les diodes automobiles sont de deux types à corps positif ou à corps négatif, elles doivent donc être utilisées en conséquence. Mais ils peuvent être peu difficiles à mettre en contact avec le dissipateur de chaleur.

Utilisation de deux redresseurs en pont

Si vous utilisez deux ponts redresseurs, ils peuvent être utilisés comme illustré.

Redresseur en pont

Diodes automobiles

Redresseur triphasé

Redresseur en pont

Charge efficace de la batterie grâce à la réglementation du shunt de moto

La conversation par e-mail suivante entre M. Leoneard, un chercheur / ingénieur passionné et moi, nous aide à apprendre des faits très intéressants concernant les inconvénients et les limites du régulateur de shunt de moto. Cela nous aide également à savoir comment mettre à niveau le concept simplement dans un design efficace mais bon marché.

Léonard:

Vous avez un circuit intéressant, mais .....
Ma moto a un alternateur de 30 ampères, qui, j'en suis sûr, est RMS, et culmine à 43,2 ampères. Votre circuit de 25 A ne tiendra probablement pas longtemps du tout.
Toutefois.....
Au lieu des redresseurs que vous suggérez, un SQL50A est évalué à 50 ampères à 1 000 volts. C'est un module redresseur triphasé, et ne devrait avoir aucun problème à gérer 45 ampères en crête. (J'en ai deux sous la main.)
Cela signifie également que les SCR devront gérer cet ampérage et trois HS4040NAQ2 avec un courant RMS de 40 ampères (surtension non répétitive à 520 ampères) devraient bien gérer cela. Bien sûr, ils auront besoin d'un dissipateur thermique assez sain et d'une bonne circulation d'air.
Je pense que le circuit de contrôle devrait fonctionner à peu près tel quel.
J'ai remplacé 3 régulateurs au cours des trois derniers mois et je suis sur le point de jeter du bon argent après un mauvais. Le dernier a duré au total dix secondes avant de se détériorer aussi. Je suis sur le point de construire le mien et si je dois le construire pour alimenter un cuirassé, qu'il en soit ainsi.
Une autre chose que j'ai remarquée, les tôles utilisées dans l'alternateur sont considérablement plus épaisses que celles utilisées dans les moteurs électriques. Un enroulement à 18 pôles et un moteur fonctionnant à des vitesses d'autoroute signifient une fréquence beaucoup plus élevée et beaucoup plus de courants de Foucault dans le fer. Quel serait l'effet sur ces courants de Foucault si vous utilisez un régulateur en série qui permettrait à la tension d'aller jusqu'à 70 volts (RMS)? Cela augmenterait-il les courants de Foucault au point de surchauffer le fer et risquerait-il d'endommager les enroulements de l'alternateur? Si tel est le cas, il serait logique de ne pas permettre à la tension de dépasser 14 volts, mais j'ai toujours 20 ampères provenant de l'alternateur à 1500 tr / min.

JE:

Merci! Oui, vous devez vous débarrasser de cette haute tension qui pourrait exercer une pression énorme sur l'enroulement de l'alternateur, le meilleur moyen est de le shunter à travers des MOSFET robustes sur le dissipateur thermique.
https://homemade-circuits.com/wp-content/uploads/2012/10/shunt-3.png

Léonard:

En fait, je ne suis pas aussi préoccupé par les effets de la tension sur les enroulements. Ils semblent être revêtus de vinyle Poly-Armor, qui est également utilisé dans les stators à enroulement aléatoire fonctionnant à 480 volts. Je suis beaucoup plus préoccupé par la chaleur des courants de Foucault dans les stratifications, car elles sont si épaisses. Ici aux États-Unis, avec un courant de ligne de 60 htz, l'épaisseur des tôles du moteur ne représente qu'une fraction de ce qu'elles sont dans l'alternateur. À vitesse sur route, la fréquence de l'alternateur peut être de 1,2 Khtz ou plus. Dans d'autres applications, cela nécessiterait un noyau de ferrite pour éliminer les courants de Foucault.
J'essaie de comprendre le rôle des courants de Foucault dans cette application. À mesure que le régime augmente, la fréquence augmente également, ainsi que les courants de Foucault. Une charge parasite pour niveler la tension générée? Un moyen de stabiliser le courant généré à un régime élevé? Combien de chaleur cela génère-t-il? Assez pour brûler le bobinage à haut régime?
Situé à l'intérieur du moteur, je peux comprendre l'utilisation d'huile moteur pour refroidir l'assemblage, cependant, avec la force centrifuge du volant et les enroulements situés à l'intérieur, je ne peux pas imaginer une quantité réelle d'huile leur arriver pour le refroidissement.
La tension la plus élevée que j'ai pu lire est de 70 volts RMS. Cela ne suffit pas pour passer à travers le revêtement PAV sur le fil, à moins que la chaleur ne devienne excessive. Cependant, en dérivant l'excédent à la terre, existe-t-il un contre-EMF qui s'oppose au champ magnétique des aimants rotatifs? Et si oui, quelle est son efficacité?

JE:

Oui, l'augmentation de la fréquence entraînera plus de courants de Foucault dans un noyau à base de fer et une augmentation de la chaleur.J'ai lu que la méthode de contrôle de shunt est bonne pour les générateurs à moteur, mais cela signifiera également une charge accrue sur la roue de l'alternateur et plus de consommation de carburant du véhicule. Le refroidissement par ventilateur est-il une option? le courant vers le ventilateur est accessible depuis l'alternateur lui-même.

Léonard:

J'ai peur qu'un ventilateur de refroidissement ne soit pas une option pour l'alternateur. C'est monté à l'intérieur, à l'intérieur du moteur, et sur mon Vulcan, il y a deux couvercles en aluminium par-dessus (remplacer l'enroulement de l'alternateur signifie retirer le moteur de la moto.) Je ne vois aucun moyen de réduire les courants de Foucault car ils sont induit par les aimants tournant à l'intérieur du volant. Cependant, je peux réduire le courant shunté à la terre en augmentant la tension du shunt à 24 Volts, et en suivant cela avec un régulateur série réglé sur 14 Volts. En testant l'alternateur, je ne vois pas beaucoup d'effet du compteur EMF sur la réduction du courant de court-circuit. Je peux charger l'alternateur à 30 ampères, et en court-circuitant les fils, je lis toujours 29 ampères.
Cependant, si vous utilisez les courants de Foucault comme charge parasite pour niveler la tension et le courant à un régime élevé, cela semble être assez efficace. Une fois que la tension en circuit ouvert atteint 70 volts (RMS), elle ne monte pas même lorsque le régime du moteur double. Le shunt de 20 ampères à la terre (comme cela est fait par les régulateurs d'usine), augmente la chaleur dans l'enroulement en plus des courants de Foucault. En réduisant le courant à travers les enroulements, la chaleur générée par les enroulements doit également être réduite. Cela ne réduira pas les courants de Foucault, mais devrait réduire la chaleur globale générée par l'alternateur, en préservant, espérons-le, l'isolation des enroulements.
Compte tenu du revêtement sur les enroulements, je ne suis pas aussi préoccupé par la tension générée. Ayant travaillé dans la reconstruction de moteurs électriques pendant des années, je suis conscient que la CHALEUR est le pire ennemi de l'isolation. La qualité de l'isolation diminue à mesure que la température de fonctionnement augmente. À température ambiante, le revêtement PAV peut contenir 100 Volts «tour à tour». Mais augmentez cette température de 100 ° C, et ce n'est peut-être pas le cas.
Je suis aussi curieux. Les moteurs électriques utilisent un alliage d'acier avec 3% de silicium pour réduire la résistance à l'inversion du champ magnétique dans le fer. Incluent-ils cela dans leurs stratifications ou omettent-ils le silicium pour réduire davantage l'augmentation de la tension et du courant à un régime élevé? Cela n'ajoute pas de chaleur, mais réduit l'efficacité du fer, plus le régime est élevé. En augmentant la résistance à l'inversion du champ magnétique dans le noyau, le champ magnétique peut ne pas pénétrer aussi profondément dans le noyau avant qu'il ne soit nécessaire de s'inverser. Ainsi, plus le régime est élevé, moins le champ magnétique est pénétré. Les courants de Foucault peuvent réduire davantage cette pénétration.

JE:

Votre analyse a du sens et semble très techniquement valable. Étant essentiellement un spécialiste de l'électronique, mes connaissances en électricité ne sont pas très bonnes, donc suggérer le fonctionnement et les modifications internes du moteur peut être difficile pour moi. Mais, comme vous l'avez dit dans vos dernières phrases en limitant le champ magnétique, le courant de Foucault peut être empêché de pénétrer profondément. J'ai essayé de rechercher ce problème mais je n'ai rien trouvé d'utile jusqu'à présent!

Léonard:

Alors, ayant travaillé avec des moteurs électriques pendant 13 ans, je vous ai un léger désavantage? Bien que mes études aient également porté sur l'électronique, tout comme mon travail jusqu'à ce que je découvre que je pouvais gagner plus d'argent en travaillant avec les moteurs. Cela signifiait également que je ne suivais pas le rythme des circuits intégrés et que les MOSFET étaient de petites choses délicates qui pouvaient rapidement être soufflées avec la moindre charge statique. Donc, en ce qui concerne l'électronique, je suis désavantagé. Je n'ai pas pu suivre les nouveaux développements.
Il est intéressant de noter que je n'ai pas pu trouver beaucoup de mes informations en un seul endroit. Un peu comme si aucun des concepts n'était lié les uns aux autres. Pourtant, en les mettant tous ensemble, ils commencent à avoir un sens. Plus la fréquence est élevée, moins il faut de spires pour obtenir la même réactance inductive. Ainsi, plus le régime est élevé, moins le champ magnétique devient efficace. C'est à peu près la seule façon de maintenir la sortie constante une fois que la sortie atteint 70 volts.
Mais en regardant le motif sur un oscilloscope, je ne suis pas impressionné. Une milliseconde de temps de charge, suivie de 6 à 8 millisecondes de sortie mise à la terre. Serait-ce la raison pour laquelle les batteries de moto ne durent pas longtemps? Six mois à un an, tandis que les batteries automobiles durent cinq ans ou plus. C'est pourquoi j'opte pour «couper» le niveau de tension à la terre à une tension plus élevée, et cet écrêtage étant constant. Suivi par un régulateur en série pour maintenir un taux de charge constant en fonction des besoins de la batterie, des lumières et des circuits. Ensuite, en le concevant pour gérer 50 ampères, je ne devrais plus jamais avoir à remplacer un régulateur.
Je travaille avec une cote de 50 ampères, mais je pense qu'en utilisant un `` clipper '', l'ampérage devrait être considérablement inférieur à 20 ampères à la terre. Peut-être aussi bas que quatre ampères. Ensuite, le régulateur en série autorise (environ) sept ampères pour la batterie, les lumières et les circuits du moteur. Tous bien dans la puissance nominale des composants et pas assez de tension pour contester le revêtement des enroulements.
Vous avez écrit un très bon article sur les régulateurs shunt, mais 25 ampères est tout simplement trop petit pour mon application. Pourtant, c'est une bonne inspiration.

JE:

Oui, c'est vrai, un cycle de service de 1/6 ne chargera pas correctement une batterie. Mais cela peut être facilement résolu grâce à un pont redresseur et un grand condensateur de filtre, ce qui garantira que la batterie reçoit suffisamment de courant continu pour une charge efficace. Cependant, la limite de 25 ampères peut être facilement mise à niveau en augmentant les spécifications de l'ampli MOSFET. Ou peut-être en ajoutant plus de périphériques en parallèle.

Léonard:

Dans le même temps, j'essaie de garder tout compact pour tenir dans la pièce disponible, de sorte que le grand condensateur de condensateur de filtre devienne un problème. Il n'est pas non plus nécessaire si les trois phases sont coupées après le pont redresseur. Toutes les ondulations sont coupées et le régulateur en série maintient un temps de charge de 100%.
Votre circuit maintient également un temps de charge de 100%, mais le courant que vous shuntez à la terre sera beaucoup plus élevé car vous le coupez à la tension de la batterie.

Comme vous pouvez le voir dans les formes d'onde, aucun condensateur ne devrait être nécessaire. Mais en écrêtant à un niveau supérieur, le courant shunté à la terre devrait être plus faible. Ensuite, la chute de tension à travers un régulateur série ne devrait rien blesser. Il devrait y en avoir plus qu'assez pour garder la batterie chargée.
Une note. La tension de charge optimale pour une batterie au plomb / acide est en fait de 13,7 volts. Le maintenir à 12 volts peut ne pas donner assez de batterie pour démarrer le moteur. Et mon circuit est préliminaire, et encore sujet à changement.

L'usine a l'air presque primitive, dans la façon dont elle fonctionne. Leur circuit charge la batterie jusqu'à ce qu'elle atteigne le niveau de déclenchement. puis il dérive tout le courant vers la terre jusqu'à ce que la batterie tombe en dessous du niveau de déclenchement. Le résultat est une forme d'onde avec une courte et dure rafale de charge pouvant atteindre 15 ampères. (Je ne l'ai pas mesuré) Cela suivi d'une ligne plus longue avec une légère pente descendante, et une autre rafale.
J'ai vu des batteries automobiles durer de 5 à 10 ans, voire plus. En tant qu'enfant dans une ferme, mon père a converti l'un des vieux tracteurs de six volts à un système de douze volts, en utilisant un alternateur d'une voiture. Quinze ans plus tard, cette même batterie démarrait toujours le tracteur. Dans l'école avec laquelle je travaille (enseigne la sécurité des motos), toutes les batteries doivent être remplacées dans un délai d'un an. POURQUOI ? ? ? La seule chose que j'ai pu trouver est le système de charge. La plupart des batteries avec lesquelles j'ai travaillé ne sont conçues que pour un taux de charge de 2 ampères, jusqu'à 70 volts, capables de 30 ampères, appliqués aux bornes de la batterie pour de courtes rafales peuvent causer des dommages internes et raccourcir la durée de vie de la batterie. Surtout, dans les batteries où vous ne pouvez pas vérifier les niveaux de liquide. Le seul problème avec la batterie peut être le niveau de liquide, mais vous ne pouvez rien y faire. Si je suis capable de vérifier et de maintenir les niveaux de liquide, la durée de vie de la batterie est considérablement prolongée.
Les fils provenant de l'alternateur seraient l'équivalent métrique de # 16. Selon le tableau AWG, c'est bon pour 3,7 ampères en tant que ligne de transmission et 22 ampères dans le câblage du châssis. Sur un alternateur de 30 A avec un régulateur shunt? Le niveau de shunt et l'ampérage devraient être une proportion inverse, donc en coupant la tension de moitié, je devrais réduire l'ampérage de manière significative. En regardant la forme d'onde redressée, la concentration la plus élevée d'EMF se trouve dans la moitié inférieure. La logique suggérerait que le courant sera réduit à une fraction. Je le saurai quand je le mettrai en service.
Sur un moteur de 1500 cm3, je ne m'attends pas à remarquer la réduction de la traînée du moteur, mais mon économie de carburant peut s'améliorer. Et, je me souviens, à l'époque où ils ont commencé à installer des régulateurs à semi-conducteurs sur les alternateurs automobiles, le nombre magique était de 13,7 volts. Cependant, je prévoyais de régler mon régulateur de série à environ 14,2 volts. Trop haut et le fluide s'évapore plus rapidement. Vous avez été bien plus utile que vous ne le pensez. À l'origine, j'avais six circuits différents que j'envisageais et j'allais faire de la maquette pour chacun d'eux. Votre article en a éliminé cinq, ce qui me permet de gagner un temps considérable et de me concentrer sur un seul. Cela me fait gagner beaucoup de travail. Cela vaut vraiment la peine de prendre contact avec vous.
Vous avez ma permission d'expérimenter mon schéma et de voir ce que vous proposez. Sur différents forums, je lis où un certain nombre de personnes parlent d'aller aux régulateurs en série. D'autres mettent en garde contre une tension trop élevée détruisant le revêtement isolé sur le fil. Je soupçonne que le juste milieu peut être une combinaison des deux systèmes, mais sans shunter la sortie complète vers la masse. Le circuit est toujours simple, avec peu de composants, mais pas archaïque.
Merci beaucoup pour votre temps et votre attention. L'une de mes sources d'informations techniques est: OCW.MIT.EDU J'y fais des cours d'ingénierie depuis quelques années maintenant. Vous n'obtenez aucun crédit pour les faire, mais c'est aussi entièrement gratuit.