三相モーターサイクル電圧レギュレータ回路

投稿では、ほとんどの二輪車のバッテリー充電電圧を制御するために使用できるPWM制御の単純な3相モーターサイクル電圧レギュレータ回路のリストについて説明しています。アイデアはジュニアさんからリクエストされました。

技術仕様

こんにちは私の名前はブラジルに住んでいて、製造と回復レギュレータ整流器のオートバイ電圧で働いています、そして助けていただければ幸いです、私はオートバイ用の三相モスフェットレギュレータ回路、entreda電圧80-150ボルト、正しい最大25A、最大消費量が必要ですシステムの300ワット、

帰ってくるのを待つ
に。
ジュニア

デザイン

提案されているモーターサイクル用の3相モーターサイクル電圧レギュレータ回路は、下の図で見ることができます。

回路図はかなり理解しやすいです。

オルタネーターからの3相出力は、3つのパワートランジスタに順次適用されます。 基本的にはシャントデバイスのように機能します オルタネーター電流用。

私たちが操作している間、オルタネーター巻線は巨大な逆EMFにさらされる可能性があり、巻線の絶縁カバーが裂けて永久に破壊される可能性があります。

シャントまたはグランドへの短絡の方法によってオルタネーターの電位を調整することは、オルタネーターの電位を悪影響を与えることなく制御下に保つのに役立ちます。

ここでは、シャント期間のタイミングが重要であり、充電中の整流器とバッテリーに最終的に到達する可能性のある電流の大きさに直接影響します。

の非常に簡単な方法 入換期間の制御 図に示すように、オルタネーターの3つの巻線に接続された3つのBJTの導通を制御することによって行われます。

BJTの代わりにMOSFETを使用することもできますが、BJTよりもコストがかかる可能性があります。

このメソッドは、 シンプルな555ICPWM回路。

ICのピン3からの可変PWM出力は、BJTのベース全体に適用され、BJTは、PWMデューティサイクルに応じて制御された方法で導通するように強制されます。

に関連付けられているポット IC555回路 は、充電中のバッテリーの正しい平均RMS電圧を取得するために適切に調整されます。

MOSFETを使用した3相モーターサイクル電圧レギュレータ回路に示されている方法は、同じ結果を得るために単一のオルタネーターに等しく実装できます。

ピーク電圧調整

接続されたバッテリーの安全な充電電圧レベルを維持するために、次の図のように、ピーク電圧調整機能を上記の回路に含めることができます。

見てわかるように、IC555のグランドラインはNPNBC547によって切り替えられ、そのベースはオルタネーターからのピーク電圧によって制御されます。

ピーク電圧が15Vを超えると、BC547はIC 555PWM回路を導通およびアクティブにします。

MOSFETは導通し、PWMデューティサイクルによって決定される速度で、オルタネーターからグランドへの過剰電圧のシャントを開始します。

このプロセスにより、オルタネーターの電圧がこのしきい値を超えるのを防ぎ、バッテリーが過充電されないようにします。

トランジスタはBC547、ピン5コンデンサは10nFです。

二輪車用バッテリー充電システム

以下に示す2番目の設計は、オートバイの3相充電システム用の整流器とレギュレーターです。整流器は全波で、レギュレーターはシャントタイプのレギュレーターです。

投稿者：アブハフス

二輪車の充電システムは、自動車の充電システムとは異なります。車の電圧オルタネーターまたは発電機は、調整が非常に簡単な電磁石タイプです。一方、二輪車の発電機は永久磁石タイプです。

オルタネーターの電圧出力はRPMに正比例します。つまり、高RPMでは、オルタネーターは50Vを超える高電圧を生成するため、電気システム全体とバッテリーを保護するためにレギュレーターが不可欠になります。

高速で動作しない一部の小型バイクや3輪車には、全波整流を実行するための6つのダイオード（D6-D11）しかありません。それらは調整を必要としませんが、それらのダイオードは高アンペア定格であり、動作中に多くの熱を放散します。

適切に調整された充電システムを備えたバイクでは、通常、シャントタイプの調整が使用されます。これは、AC波形の1サイクルの間オルタネーターの巻線を短絡することによって行われます。 SCRまたは場合によってはトランジスタが各フェーズのシャントデバイスとして使用されます。

回路図

回路動作

ネットワークC1、R1、R2、ZD1、D1、およびD2は電圧検出回路を形成し、約14.4ボルトでトリガーするように設計されています。充電システムがこのしきい値電圧を超えるとすぐに、T1が導通を開始します。

これにより、電流制限抵抗R3、R5、およびR7を介して、3つのSCR S1、S2、およびS3の各ゲートに電流が送られます。 D3、D4、およびD5は、ゲートを互いに分離するために重要です。 R4、R6、およびR8は、T1からの漏れの可能性を排除するのに役立ちます。一般的なヒートシンクを使用する場合は、S1、S2、およびS3をヒートシンクし、マイカ絶縁体を使用して互いに絶縁する必要があります。

整流器には、次の3つのオプションがあります。

a）6つの自動車用ダイオード

b）1つの3相整流器

c）2つのブリッジ整流器

すべての定格が15A以上で、ヒートシンクが必要です。

自動車用ダイオードはプラスボディとマイナスボディの2種類があるため、適宜使用してください。しかし、ヒートシンクに接触するのは少し難しいかもしれません。

2つのブリッジ整流器の使用

2つのブリッジ整流器を使用する場合は、図のように使用できます。

ブリッジ整流器

自動車用ダイオード

三相整流器

ブリッジ整流器

モーターサイクルシャント規制による効率的なバッテリー充電

熱心な研究者/エンジニアであるレオナルド氏と私との間の次の電子メールの会話は、オートバイのシャントレギュレータの欠点と制限に関するいくつかの非常に興味深い事実を学ぶのに役立ちます。また、コンセプトを効果的でありながら安価なデザインにアップグレードする方法を知るのにも役立ちます。

レナード：

あなたは面白い回路を持っています、しかし.....
私のバイクには30アンペアのオルタネーターがあります。これはRMSであると確信しており、ピークは43.2アンペアです。あなたの25アンペアの回路はまったく長く持ちこたえそうにありません。
しかしながら.....
あなたが提案する整流器の代わりに、SQL50Aは1,000ボルトで50アンペアの定格です。これは3相整流器モジュールであり、45アンペアのピークを問題なく処理できるはずです。 （手元に2つあります。）
これは、SCRがそのアンペア数を処理する必要があり、RMS電流が40アンペア（520アンペアまでの非反復サージ）の3つのHS4040NAQ2がそれを非常にうまく処理する必要があることも意味します。もちろん、かなり健康的なヒートシンクと良好な空気の流れが必要です。
制御回路はほぼそのまま動作するはずだと思います。
私は過去3か月で3つのレギュレーターを交換しました、そして私は悪い後に良いお金を投げようとしています。最後のものも悪くなる前に合計10秒続きました。私は自分で建造しようとしています。戦艦に動力を供給するために建造する必要がある場合は、そうしてください。
私が気付いたもう一つのことは、オルタネーターで使用されているラミネーションは、電気モーターで使用されているものよりもかなり厚いことです。 18極の巻線、および高速道路の速度で動作するエンジンは、はるかに高い周波数と、鉄のはるかに多くの渦電流を意味します。電圧を70ボルト（RMS）まで上げることができるシリーズレギュレータを使用した場合、これらの渦電流にどのような影響がありますか？これにより、渦電流が鉄を過熱するまで増加し、オルタネーターの巻線が損傷する危険性がありますか？もしそうなら、電圧が14ボルトを超えないようにするのは理にかなっていますが、私はまだ1500RPMでオルタネーターから20アンペアを供給しています。

私：

ありがとうございました！はい、オルタネーターの巻線に大きな圧力をかける可能性のある高電圧を取り除く必要があります。最良の方法は、ヒートシンク上の頑丈なMOSFETを介してシャントすることです。
https://homemade-circuits.com/wp-content/uploads/2012/10/shunt-3.png

レナード：

実際、私は巻線への電圧の影響についてはほとんど心配していません。それらは、480ボルトで動作するランダムに巻かれた固定子でも使用されているPoly-ArmorVinylでコーティングされているようです。ラミネーションは非常に厚いので、ラミネーションの渦電流による熱がはるかに気になります。ここ米国では、60 htzのライン電流で、モーターラミネーションの厚さはオルタネーターの厚さの何分の1かです。道路速度では、オルタネーターからの周波数は1.2Khtz以上になる可能性があります。他のアプリケーションでは、渦電流を除去するためにフェライトコアが必要になります。
このアプリケーションでの渦電流の役割を理解しようとしています。 RPMが増加すると、周波数も増加し、渦電流も増加します。発生した電圧を平準化する寄生負荷？高RPMで生成された電流を平準化する手段は？それはどれだけの熱を発生させますか？高RPMで巻線を焼き尽くすのに十分ですか？
エンジン内部にあるので、エンジンオイルを使ってアセンブリを冷却することは理解できますが、フライホイールの遠心力とその内部にある巻線では、冷却のために実際の量のオイルがエンジンオイルに到達することは想像できません。
私が読み取ることができた最高電圧は70ボルトRMSです。熱が過剰にならない限り、ワイヤのPAVコーティングをアークスルーするのに十分ではありません。しかし、余分なものを地面にシャントする際に、回転する磁石からの磁場に対抗するカウンターEMFはありますか？もしそうなら、それはどれくらい効果的ですか？

私：

はい、周波数の増加は鉄ベースのコアでより多くの渦電流を発生させ、熱を増加させます。シャント制御方法はモーターベースの発電機に適していると読みましたが、これはオルタネーターホイールと車両によるより多くの燃料消費。ファン冷却はオプションですか？ファンへの電流は、オルタネーター自体からアクセスできます。

レナード：

冷却ファンはオルタネーターのオプションではないのではないかと思います。それはエンジンの内部に取り付けられており、私のバルカンにはその上に2つのアルミニウムカバーがあります（オルタネーターの巻線を交換すると、モーターサイクルからエンジンを取り外すことを意味します）。渦電流を減らす方法はありません。フライホイール内で回転する磁石によって引き起こされます。ただし、シャントの電圧を24ボルトに上げ、それに続いてシリーズレギュレータを14ボルトに設定することで、グランドにシャントされる電流を減らすことができます。オルタネーターのテストでは、短絡電流の低減におけるカウンターEMFの影響はあまり見られません。オルタネーターを30アンペアまでロードできますが、リード線を短絡しても、29アンペアを読み取ることができます。
ただし、渦電流を寄生負荷として使用して、高RPMで電圧と電流を平準化する場合は、非常に効果的であるように思われます。開回路電圧が70ボルト（RMS）に達すると、エンジンのRPMが2倍になっても高くなりません。 20アンペアをグランドにシャントすると（工場のレギュレーターによって行われるように）、渦電流に加えて巻線の熱が増加します。巻線を流れる電流を減らすことにより、巻線によって発生する熱も減らす必要があります。それは渦電流を減らすことはありませんが、オルタネーターによって生成される全体的な熱を減らし、うまくいけば巻線の絶縁を維持するはずです。
巻線のコーティングを考えると、発生する電圧についてはあまり気になりません。電気モーターの再構築に長年携わってきた私は、HEATが絶縁の最悪の敵であることを認識しています。動作温度が上昇すると、断熱材の品質が低下します。周囲温度では、PAVコーティングは100ボルトの「ターンツーターン」を保持できます。しかし、その温度を100℃上げると、そうではないかもしれません。
私も興味があります。電気モーターは、3％のシリコンを含む合金鋼を使用して、鉄内の磁場反転に対する抵抗を低減します。それらはラミネーションにそれを含めますか、それとも高RPMでの電圧と電流の増加をさらに減らすためにシリコンを省略しますか？それは熱を増しませんが、鉄の効率を低下させます、RPMが高くなります。コア内の磁場反転に対する抵抗を増加させることにより、磁場は、反転が必要になる前にコアに深く浸透しない可能性があります。したがって、RPMが高いほど、磁場の浸透が少なくなります。渦電流は、その浸透をさらに減らす可能性があります。

私：

あなたの分析は理にかなっており、技術的に非常に健全に見えます。基本的にはエレクトロニクスの人なので、私の電気の知識はあまりよくありません。そのため、モーターの内部動作と変更を提案することは私にとって難しい場合があります。しかし、最後の文章で磁気フィールドを制限することによって言ったように、渦電流が深く入るのを防ぐことができます。この問題について検索してみましたが、これまでのところ有用なものは見つかりませんでした。

レナード：

それで、13年間電気モーターを扱ってきましたが、少し不利になっていますか？とはいえ、私の研究は電子工学でも行われており、モーターを使ってより多くのお金を稼ぐことができるようになるまで、すべての仕事もそうだった。それはまた、私が集積回路に追いついていないことを意味し、MOSFETはわずかな静電荷ですぐに吹き飛ばされる可能性のある繊細な小さなものでした。ですから、エレクトロニクスに関して言えば、あなたは私に不利な立場にあります。私は新しい展開についていくことができませんでした。
自分の情報の多くを1か所で見つけることができなかったのは興味深いことです。まるで、どの概念も互いに関連していないかのようです。しかし、それらをすべてまとめると、意味がわかり始めます。周波数が高いほど、同じ誘導性リアクタンスを得るのに必要なターン数は少なくなります。したがって、RPMが高いほど、磁場の効果は低くなります。これは、出力が70ボルトに達したときに出力を一定に保つことができる唯一の方法です。
しかし、オシロスコープでパターンを見ると、私は感心しません。ミリ秒の充電時間と、それに続く6〜8ミリ秒の接地出力。これがオートバイのバッテリーが長持ちしない理由でしょうか？自動車用バッテリーは5年以上使用されますが、6か月から1年です。これが、私がより高い電圧で電圧レベルをグランドに「クリップ」することを選択している理由であり、そのクリッピングは一定です。バッテリー、ライト、および回路が必要とするものに応じて一定の充電率を維持するために、シリーズレギュレーターが続きます。次に、50アンペアを処理するように設計することで、レギュレーターを再度交換する必要がなくなります。
私は50アンペアの定格で作業していますが、「クリッパー」を使用することにより、アンペア数はアースに対して20アンペアよりかなり低くなるはずです。おそらく4アンペア程度です。次に、シリーズレギュレーターは、バッテリー、ライト、およびエンジンの回路に（約）7アンペアを許可します。すべてコンポーネントのワット数定格の範囲内であり、巻線のコーティングに挑戦するのに十分な電圧がありません。
あなたはシャントレギュレータについて非常に良い記事を書きましたが、25アンペアは私のアプリケーションには小さすぎます。それでも、それは良いインスピレーションです。

私：

はい、そうです、1/6のデューティサイクルではバッテリーが適切に充電されません。しかし、これはブリッジ整流器と大きなフィルターコンデンサーによって簡単に解決でき、バッテリーが効果的な充電に十分なDCを確実に得ることができます。私の記事が気に入ってうれしいです。ただし、25アンペアの制限は、MOSFETアンプの仕様を増やすことで簡単にアップグレードできます。または、デバイスを並行して追加することもできます。

レナード：

同時に、部屋に収まるようにすべてをコンパクトに保つ​​ようにしているので、大きなフィルターコンデンサーコンデンサーが問題になります。また、ブリッジ整流器の後で3つのフェーズすべてがクリップされている場合も必要ありません。すべてのリップルが遮断され、シリーズレギュレータは100％の充電時間を維持します。
回路も100％の充電時間を維持しますが、バッテリー電圧でクリップしているため、グランドにシャントする電流ははるかに高くなります。

波形からわかるように、コンデンサは必要ありません。しかし、より高いレベルでクリッピングすることにより、グランドにシャントされる電流はより低くなるはずです。次に、シリーズレギュレータの両端の電圧を下げても何も害はありません。バッテリーを充電し続けるには十分すぎるはずです。
1つのメモ。鉛/酸バッテリーの最適な充電電圧は実際には13.7ボルトです。それを12ボルトに保つことはエンジンを始動するのに十分なバッテリーを与えないかもしれません。そして私のサーキットは予備的なものであり、まだ変更される可能性があります。

工場は、それが機能する方法で、ほとんど原始的に見えます。それらの回路は、トリガーレベルに達するまでバッテリーを充電します。次に、バッテリーがトリガーレベルを下回るまで、すべての電流をグランドにシャントします。その結果、15アンペアにもなる可能性のある短時間の過酷な電荷バーストを伴う波形が得られます。 （私はそれを測定しませんでした）その後、わずかに下向きの傾斜のある長い線が続き、別のバーストが続きました。
私は自動車用バッテリーが5年から10年、またはそれ以上続くのを見てきました。農場の子供の頃、父は車のオルタネーターを使用して、古いトラクターの1つを6ボルトから12ボルトのシステムに変換しました。 15年後、その同じバッテリーがまだトラクターを始動させていました。私が働いている学校（オートバイの安全を教えています）では、すべてのバッテリーを1年以内に交換する必要があります。どうして ？ ？ ？私が思いついたのは充電システムだけです。私が使用したバッテリーのほとんどは、2アンペアの充電率でしか定格がありません。最大70ボルト、30アンペアが可能で、短いバーストでバッテリー端子に適用すると、内部損傷を引き起こし、バッテリーの寿命を縮める可能性があります。特に、液量が確認できない電池の場合。バッテリーの唯一の問題は液面レベルかもしれませんが、それについてあなたができることは何もありません。液面をチェックして維持できれば、バッテリーの寿命が大幅に延びます。
オルタネーターからのリードは、＃16と同等のメトリックになります。 AWGの表によると、これは伝送ラインとして3.7アンペア、シャーシ配線で22アンペアに適しています。シャントレギュレーター付きの30アンペアオルタネーターでは？シャントレベルとアンペア数は反比例するはずなので、電圧を半分にクリップすることで、アンペア数を大幅に減らす必要があります。整流された波形を見ると、EMFの最高濃度は下半分にあります。ロジックは、電流がわずかに減少することを示唆します。いつ使用するかわかります。
1500ccエンジンでは、エンジンの抗力が低下することはないと思いますが、燃費は良くなるかもしれません。そして、彼らが最初に自動車用オルタネーターにソリッドステートレギュレーターを取り付け始めたとき、魔法の数は13.7ボルトだったことを覚えています。ただし、シリーズレギュレータを約14.2ボルトに設定することを計画していました。高すぎると、液体の蒸発が速くなります。あなたはあなたが知っているよりはるかに役に立ちました。もともと、私が検討していた6つの異なる回路があり、それぞれをブレッドボードに載せるつもりでした。あなたの記事はそれらのうちの5つを排除したので、私はかなりの時間を節約し、1つだけに集中することができます。それは私にかなりの量の仕事を節約します。それはあなたに連絡する時間の価値が非常に高いです。
あなたには私の回路図を試してみて、あなたが思いついたものを見る許可があります。さまざまなフォーラムで、多くの人が直列レギュレータに行くことについて話しているところを読んでいます。他の人は、電圧が高すぎてワイヤの絶縁コーティングを破壊しないように注意しています。幸せな媒体は両方のシステムの組み合わせかもしれないが、完全な出力をグランドにシャントしていないのではないかと思います。回路はまだシンプルで、コンポーネントはほとんどありませんが、古風ではありません。
お手数をおかけしますが、よろしくお願いいたします。技術情報の私の情報源の1つは次のとおりです。 OCW.MIT.EDU 私はここ数年エンジニアリングコースをやっています。あなたはそれらをしたことに対して何のクレジットも得られませんが、それはまた完全に無料です。