Redresare + stabilizare tensiune generator

[brainwash]

Salutare,

 

Pornesc un topic mai rar discutat pe forumuri, si anume principiul de functionare al generatoarelor de CA de pe motocicleta. Majoritatea au configuratie delta (trifazata), valoarea in CA de 15-200V, curent maxim de circa 20A. Partea de stabilizare dupa studiile mele consta intr-o punte de redresare cu 6 diode si un circuit de comanda care sunteaza la masa printr-un tiristor (sau mai multi) fie iesirea de dupa punte fie fazele neredresate.

 

De vreun an ma tot gandesc la circuite echivalente ca functionalitate dar mai eficiente. In cazul curent, surplusul de tensiune (adica de la 100-200V pana la 15V cat are bateria) se sunteaza la masa prin modulul regulator si prin infasurarile alternatorului. De aici rezulta o gramada de ineficiente, relee de incarcare arse periodic, statoare arse, caldura, etc. mai ales cand se circula fara sarcina.

 

Intrucat nu am gasit informatiile in toate cartile pe care le-am studiat pana acum iar de simulari nici nu poate fi vorba, pun niste intrebari:

- daca intre cele trei faze se monteaza doi triaci nu sunt mai bune performantele?

- prin experimente am observat ca franarea este minima, dar doar un triac se incalzeste, nu asa de mult ca tiristorii totusi

- daca ipotetic s-ar putea face cuplarea si decuplarea prin IGBT, cum s-ar putea limita tensiunea iesita; ma gandesc la un circuit de genul snubber (asa ii zice?) filtru LC care dintr-un impuls scurt si cu amplitudine mare ar da o tensiune potrivita

- m-am gandit la variante cu MOSFET dar nici o simulare nu a dat rezultatele dorite, asa ca intrebarea de mai jos:

- exista vreun motiv practic (in afara de cost si service ascuns) pentru care s-a mers pe varianta cu scurtcircuit in loc de o varianta cu stabilizare serie?

 

O sa revin daca topicul trezeste interes.

[miron1947]

- daca intre cele trei faze se monteaza doi triaci nu sunt mai bune performantele?

Sunt si astfel de regulatoare, atasez mai jos, unul cu punte semicomandata[ si unul bifazic , care cred ca poate fi extins la trei faze.

Editat August 2, 2010 de miron1947

[brainwash]

Atasez si eu o varianta cu sunt:

 

miron1947, multumesc de scheme, pe prima parca am mai vazut-o dar nu sunt sigur ca functioneaza bine la tensiuni >200V

Pe a doua n-o inteleg deloc, nu stiu ce transformatoare sunt acolo si ce rol au.

 

Incerc sa o sumarizez pe prima, daca am inteles: IC1 este un TL431 sau alta zener IC de precizie, prin divizor se da tensiunea ei (2.5V) la tensiunea de prag (14.4;15V). In momentul in care tensiunea pe baterie depaseste pragul, ledurile nu mai au masa iar tiristoarele nu mai sunt comandate. Problema pe care o vad aici este ca dupa ce s-a depasit pragul pana la revenirea in zero vor circula tensiunile de varf pe acolo. Desigur, e vorba de milisecunde si in principiu varfurile sunt absorbite de baterie, dar daca bateria nu este conectata posibil sa afecteze ceva electronica.

C1 are rolul de a filtra varfurile si de inregistra doar tensiunea medie pe baterie, eu am folosit cca 47nF pentru asa ceva dar nu stiu cat ar fi o valoare buna. Teoretic tensiunile periculoase apar de la 5000rpm in sus, deci 15khz la trifazic.

Partea frumoasa este ca o jumatate din redresare este asigurata de tiristori.

 

A doua schema depaseste abilitatile mele de amator. Inteleg ca la depasirea pragului stabilit de Z1, Q1 intra in conductie si Q2 se blocheaza, deci T1A (infasurare?) este energizata, T2B este de-energizata; nu stiu ce se intampla cu T2C si T2D si ce fel de transformator e asta. Ma gandesc ca are rolul de a da o tensiune de deschidere la tiristori (>10V), deci T1C si T1D ma gandesc ca au mai multe spire decat A si B. Dar din moment ce transformatorul functioneaza in alternativ asta inseamna ca va exista impuls pe tiristori doar la trecerea din conductie in blocare sau invers.

Nu inteleg ce rol are C1; C2 ma gandesc ca filtreaza varfurile pentru a da tensiunea medie; C3 asigura o stabilizare a lui Q2?

Schema e interesanta, dar nu inteleg de ce e asa complicata.

 

Multumesc de contributie, am de studiat :)

 

As fi castigat totusi daca as sti si ce se intampla in momentul in care fazele sunt puse in scurt una fata de alta. Experimental am observat ca fazele puse in scurt intre ele franeaza minim rotorul, fazele puse la masa data de puntea redresoare franeaza maxim rotorul (sistemul curent).

[miron1947]

Incerc sa o sumarizez pe prima, daca am inteles: IC1 este un TL431 sau alta zener IC de precizie, prin divizor se da tensiunea ei (2.5V) la tensiunea de prag (14.4;15V). In momentul in care tensiunea pe baterie depaseste pragul, ledurile nu mai au masa iar tiristoarele nu mai sunt comandate.

La depasirea valorii, se aprinde tiristorul care comanda led-urile din optocuplor,blocheaza comanda tiristoarelor.

Problema pe care o vad aici este ca dupa ce s-a depasit pragul pana la revenirea in zero vor circula tensiunile de varf pe acolo.

Pot circula doar prin infasurari, nu si prin instaltie.

A doua schema depaseste abilitatile mele de amator. Inteleg ca la depasirea pragului stabilit de Z1, Q1 intra in conductie si Q2 se blocheaza,

Toate infasurarile sunt pe un singur miez(linia punctata), Q2 este oscilator si este blocat la depasirea tensiunii, de Q1.Din acest transformator, se culege si tensiunea de reactie pentru oscilator si impulsurile de aprindere a tiristoarelor.

 

Experimental am observat ca fazele puse in scurt intre ele franeaza minim rotorul, fazele puse la masa data de puntea redresoare franeaza maxim rotorul (sistemul curent).

Asa lucreaza schema postata de Dvs.

Editat August 4, 2010 de miron1947

[brainwash]

La depasirea valorii, se aprinde tiristorul care comanda led-urile din optocuplor,blocheaza comanda tiristoarelor.

Pot circula doar prin infasurari, nu si prin instaltie.

 

Dar tiristoarele nu se vor inchide decat la trecerea prin zero, deci daca este detectata tensiunea de prag atunci cel putin un tiristor va trece prin partea de varf neafectat - pentru sa singura metoda de a inchide tiristorul este de a i se lua tensiunea de la borne.

 

Din primul montaj nu inteleg de rol au diodele D2, D4, D6. Protectie?

 

In al doilea montaj Q2 oscileaza la parametrii dati de R3 si C3, intervine si T1 aici? Nu inteleg ce rol are T1-A, pentru ca daca oscilarea este blocata de Q1 atunci nici pe T1 nu mai apar alternante.

[miron1947]

Dar tiristoarele nu se vor inchide decat la trecerea prin zero, deci daca este detectata tensiunea de prag atunci cel putin un tiristor va trece prin partea de varf neafectat - pentru sa singura metoda de a inchide tiristorul este de a i se lua tensiunea de la borne.

Este valabil pentru toate aceste tipuri de montaje, dar timpul este ff. scurt, iar acumulatorul are o capacitate foarte mare de absorbtie.Tiristorul se stinge si cand apare o tensiune inversa ca polaritate si cand, curentul de mentinere nu mai este asigurat, acesta este cu atat mai mare cu cat este mai mare curentul nominal al tiristorului.

Din primul montaj nu inteleg de rol au diodele D2, D4, D6. Protectie?

Da, a fototranzistorului.

 

In al doilea montaj Q2 oscileaza la parametrii dati de R3 si C3, intervine si T1 aici? Nu inteleg ce rol are T1-A, pentru ca daca oscilarea este blocata de Q1 atunci nici pe T1 nu mai apar alternante.

T1 este transformatorul integral, A,B,C si D sunt infasurarile lui.Da, cand este blocat oscilatorul nu mai apar impulsuri de aprindere pe portile tiristoarelor.

Editat August 4, 2010 de miron1947

[brainwash]

Multumesc de clarificari.

Tot timpul cu astfel de montaje imi fac problema de posibile puncte de defectiune:

- contacte imperfecte baterie - aici ma gandesc la un condensator pentru a absorbi varfurile in cazul lipsei bateriei; ceva de genul 4.7u/300V? Varfurile maxime au o durata de <0.06ms dupa calculele mele, varfurile mici <1ms, mai e necesar voltajul asa de mare la condensator?

- strapungerea diodelor de protectie - ar duce dupa aceea la strapungerea fototranzistoarelor si deci inchiderea in siguranta a montajului

- strapungerea tiristoarelor - vor exista atat alternante pozitive cat si negative, nefiltrate; probabil ar 'pusca' tot montajul; cel putin nu cred ca se poate proteja ceva decat prin supradimensionarea tiristoarelor

- IC1 - TL431 - rezista pana la 36V; pe de o parte este 'protejat' de condensator ce filtreaza varfurile; pe de alta parte avand in vedere ca in lipsa bateriei apar varfuri de >100Vma gandesc la un Zenner in paralel cu condensatorul; Nu am observat in practica varfurile astea dar ma gandesc ca in timp 'obosesc' IC-ul si nu te mai poti baza pe el

 

Avand in vedere ca domeniul trifazat imi este putin peste mana, in cazul in care semi-puntea superioara este oprita ce se intampla cu curentul de pe infasurari? Observ ca s-ar plimba de la o infasurare la alta, D1,3,5 ar fi blocate tot timpul si n-ar conduce pentru ca nu exista nici o cale nici pe alternanta pozitiva nici pe cea negativa.

[miron1947]

Tot timpul cu astfel de montaje imi fac problema de posibile puncte de defectiune:

- contacte imperfecte baterie

Si la automobil. contactele imperfecte, sau lipsa bateriei, produce efecte asemanatoare, dar solutia simpla este verificarea periodica a contactelor, iar fara baterie sa nu fie pornit, daca nu ma insel, aceste recomandari sunt in toate manualele de utilizare.

n-ar conduce pentru ca nu exista nici o cale nici pe alternanta pozitiva nici pe cea negativa.

Corect, pentru a circula curentul, trebuie sa se inchida un circuit.

Editat August 4, 2010 de miron1947

[brainwash]

Da, din pacate simpla mentionare in manual nu este suficient :)

Cu sistemele actuale pe baza de sunt (redresare paralela) varfurile sunt inexistente chiar si in lipsa bateriei, chit ca duce la obosirea prematura a releului de incarcare. O abordare pe baza de reglare serie trebuie sa tina cont de efectele pe care aceste varfuri le pot avea asupra sistemelor electronice existente deja, aflate in numar tot mai mare: unitate de aprindere, unitate de injectie, bord electronic, diverse dispozitive aftermarket (alarma, radio, detector radar).

Contactele sunt si vor fi vesnic o problema la sistemele astea semi-deschise la intemperii. De fapt si modul de esec al sistemelor de reglare existente sunt tot pe baza de contacte: masa imperfecta (destul de greu de urmarit tot traseul, multifilare ce se tin doar intr-o lita), borne baterie (atacate de acid, oxidare galvanica), mufe de cuplaj topite (mai toate sunt subdimensionate din fabrica), fire subdimensionate pentru lucrul in scurtcircuit.

 

Calculul meu:

Tocmai de aceea am considerat empiric un condensator de 4.7u care filtreaza varfurile si lasa un maxim de 15-17V, avand in vedere ca sistemele sunt proiectate pentru un maxim absolut de 17-18V pe durate scurte, varfuri de 20V pe durata foarte scurta si ca fiecare unitate electronica are filtrarea ei in functie de consum.

t = RC - presupun R4=1k, C=4.7u => t=4,7ms, deci o frecventa minima de lucru de 212Hz (nu e relevant)

La 15V am rezistenta R10=1K si R4=1K, deci 30mA din care 15mA merg in condensator. Varful de atenuat are durata maxima o semi-perioada (adica timpul cat o faza este pe alternanta pozitiva)

 

Am presupus o turatie a rotorului de 5000rpm=83.3rps din care a reiesit frecventa trifazica 250Hz.

Voltajul de varf presupus la turatia respectiva este 100V.

Am introdus datele in pagina:

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/powerac.html#c1

 

Si a reiesit Irms = 100mA, Prms ~= 10W, dar asta pentru o alternanta completa. Pentru semialternanta injumatatesc valoarea (e corect asa?) si reiese 50mA si 5W puterea absorbita de circuitul RC.

Pentru o putere nominala a generatorului de ~200-300W atenuarea mi se pare nesemnificativa.

 

Daca in schimb pun condensatorul de 4.7u direct pe terminale si consider ESR=1ohm nu-mi mai ies nicicum calculele. Eu vreau sa limitez tensiunea la bornele condensatorului de la 100V la 17V pentru o perioada de alternanta pozitiva de 4ms

 

Nota: am gresit intr-un calcul mai sus cand am inmultit direct 5000rpm in loc sa transform in rps si mi-a dat 15khz.

[miron1947]

Eu vreau sa limitez tensiunea la bornele condensatorului de la 100V la 17V pentru o perioada de alternanta pozitiva de 4ms

3 x 5v6(Imax 165mA) sau 20DZ18(1A)sau sir lung(24) de 1N, in conductie directa.

[ipex]

toate neajunsurile astea ar fi rezolvate daca rotorul ar fi bobinat. si nici franarea n ar mai fi atat de pronuntata / de ex in cazul cand n ai consum electric si motorul este turat , puterea electrica generata este maxima dar nefiind nevoie de asa ceva , releul regulator cu pricina pune la masa iesirea pentru a tine tensiunea constanta , asta insemnand si franare cu varf si indesat ,caldura disipata aiurea .

S - a gandit careva sa faca un releu serie ?

[miron1947]

 

S - a gandit careva sa faca un releu serie ?

Este o schema postata mai sus, cu punte semicomandata.

[brainwash]

Am deschis topicul tocmai pentru ca vazusem scheme serie.

Rotorul e magnet permanent pentru ca e mai ieftin de produs. Un redresor shunt e de asemenea ieftin de produs, de obicei e doar depus un substrat pe care mai sunt lipite elemente de disipare si conexiuni, totul e apoi incapsulat in rasina. Stiu asta pentru ca am vazut o radiografie X a unui astfel de dispozitiv. Fiind in principal compus din semiconductori, se poate 'imprima' intr-un singur pas tehnologic.

[tyc]

Asa sunt regulatoarele OEM .

Unul cu bune rezultate e http://moto-electro.ru/forum/lofiversion/index.php?t231.html .