генератор с постоянными магнитами на роторе?

Hello All!

Размышлял над проблемой регулирования выходного напряжения маломощных генераторов, имеющих на роторе постоянные магниты вместо обмотки возбуждения. В частности - такой генератор стоит в моем мопеде Карпаты. Проблема в том, что ЭДС этого генератора сильно зависит от оборотов двигателя и может быть как ниже стандартных для мототехники 12в, так и выше, до сотни вольт. А напряжение на нагрузке к тому же зависит и от потребляемого этой нагрузкой тока, так как генератор имеет заметное внутреннее сопротивление, причем индуктивная составляющая соизмерима с активной. Первым приходящим на ум решением является выпрямитель и схема импульсного преобразователя из известной аппноты AN920, способная как понижать, так и повышать входное напряжение, приводя его к заданному значению. Однако возникают подозрения, что индуктивная составляющая внутреннего сопротивления генератора будет мешать снять с него всю возможную мощность, что особенно нужно когда этой мощности не хватает, то есть при малых оборотах ротора. А также - последовательное подключение к генератору сначала двух диодов в выпрямителе, а потом еще и транзистора - не кажется хорошим решением в случае когда генератор и так дает всего лишь 5...6 вольт.

Однако в поисках других возможных решений я наткнулся на идею, применяемую в силовом электроприводе - включение электрической машины в диагональ _управляемого_ выпрямительного моста. К сожалению, попавшая ко мне в руки литература не отличалась достаточной полнотой изложения, но там утверждалось, что за счет хитрого управления открытием вентилей и использования внешнего (маломощного)источника энергии можно не только регулировать напряжение генератора, но и "компенсировать" индуктивную составляющую его внутреннего сопротивления для лучшего отбора мощности в нагрузку.

Ввиду вышеизложенного - интересует мнение присутствующих специалистов по импульсной технике - насколько реально позаимствовать данную идею для использования с маломощным генератором, а также где можно почитать о том как расчитываются схемы управления для управляемых выпрямителей.

Zahar

Reply to
Zahar Kiselev
Loading thread data ...

Hello, Zahar Kiselev !

Hу и как ты управляемым выпрямителем повышать напряжение будешь?

С уважением, Дима Орлов.

Reply to
Dima Orlov

Hello Dima!

Mar 03 08:41 05, Dima Orlov wrote to Zahar Kiselev:

DO> Hу и как ты управляемым выпрямителем повышать напряжение будешь? Обсуждаемый генератор имеет существенную индуктивность, то есть может быть представлен как истоник эдс с последовательно включенным дросселем. Управлять вентилями выпрямителя можно так, чтобы в каждом полупериоде из этого дросселя и одного из ключей получился аналог схемы повышающего преобразователя, только с учетом того, что источник эдс меняет свою полярность каждые пол-периода. Третий элемент схемы преобразователя - быстродействующий диод - должен присутствовать в явном виде. Сами ключевые элементы могут быть и mosfet-транзисторами - по току они для такого генератора подходят и сопротивление в открытом состоянии имеют малое.

Hеприятность в том, что порядок коммутации ключей получается довольно сложным. А также пока не ясно, подойдут ли параметры "встроенного дросселя" для работы в схеме повышающего преобразователя(имеется в виду - не окажется ли кпд сильно плохим). Индуктивность я постараюсь в ближайшее время померить - есть чем и на чем, только в цехе очень холодно:)

Zahar

Reply to
Zahar Kiselev

Она им пропорциональна в первом приближении. Замечу, что частота этой ЭДС тоже строго пропорциональна оборотам.

Подозрения совершенно беспочвенны. Индуктивная составляющая влияет только на реактивную мощность.

Вал. Дав.

Reply to
Valentin Davydov

Hello Valentin!

Mar 03 12:17 05, Valentin Davydov wrote to Zahar Kiselev:

Утверждается, что такой режим позволяет снять с генератора бОльшую мощность. Вопрос лишь в том, насколько целесообразно распространять принципы работы электромашин мощностью в сотни киловатт на маленький генератор? Какое количество энергии удается таким способом "выжать"? Если это единицы процентов

- то на больших электромашинах они дают существенные цифры в киловаттах, а на небольшом генераторе окажутся совершенно незаметны... Опять же из "общих слов" я понял, что компенсация конденсатором при постоянной частоте или более сложная при частоте переменной позволяет убрать последовательно включенное с генератором (реактивное)сопротивление и соответственно падение напряжения на нем. Фактически можно говорить о лучшем согласовании нагрузки с генератором. Учитывая, что реактивное сопротивление индуктивности увеличивается с частотой - в случае шести...восьмиполюсного и довольно высокооборотного(1...5тыс об/мин) генератора оно может оказаться существенным. Имеющийся у меня генератор я еще не обмерял, но в инете нашел цифры порядка 0.3...0.5ома на частоте 50гц - по всей видимости просто на этой частоте измеряли, так как реальная рабочая частота в несколько раз выше. То есть добавочное сопротивление в цепи может составлять единицы ом, что при низких напряжениях весьма существенно. Я придумал и "наколенный" способ убедиться в полезности компенсации реактивного сопротивления - подключить к генератору лампочку и поддерживая его обороты постоянными - попробовать подключить параллельно лампочке еще и конденсатор, расчитанный исходя исходя из индуктивности генератора и частоты вращения. Если изменение яркости лампочки будет заметно на глаз - то компенсация нужна. В данном опыте пренебрегаем несинусоидальностью ЭДС генератора, то есть компенсация будет не полной даже при постоянной частоте вращения. Hо тем не менее опыт позволит убедиться в полезности либо наоборот бесполезности всех вышеописанных извращений. Если компенсация окажется полезной - а судя по вышеприведенным цифрам реактивного сопротивления - похоже что это так и будет, то можно будет заняться придумыванием схемы преобразователя переменного напряжения генератора в постоянное и стабильное по величине, причем преобразователя такого, который со стороны генератора не просто "выглядел" бы как оптимальная активная нагрузка, но еще обеспечивал бы и реактивную(емкостную) составляющую полного сопротивления, причем изменяемую надлежащим образом при изменении частоты выходного напряжения генератора.

К сожалению, моего знакомого профессора-энергетика уже нет в живых, поэтому проконсультироваться мне кроме этой эхи негде... Пока что я не собираюсь немедленно хвататься за паяльник, а лишь хочу оценить сложность задачи создания столь нетривиального AC/DC преобразователя и возможность заимствования каких-то готовых теоретических разработок, а то и схемотехнических решений.

Zahar

Reply to
Zahar Kiselev

Совершенно верно. Только КПД при этом повышается не генератора, а сети, которую разгрузили от реактивного тока.

То есть либо недокомпенсированной, либо перекомпенсированной.

То есть при помощи регулируемого конденсатора.

Как правило, доля всех потерь (в том числе и магнитных полей рассеяния, ответственных за реактивную составляющую выходного сопротивления) с уменьшением мощности растёт.

Именно. Теперь тебе осталось лишь понять, что на практике (в твоём случае) тебе достаточно добиться компенсации на одной, самой низкой частоте. На остальных частотах мощность генератора растёт и проблемы с её недостатком уходят.

Эта тема уже обсуждалась в прошлом году. Поищи в архивах.

Вал. Дав.

Reply to
Valentin Davydov

Thu Mar 03 2005 08:41, Dima Orlov wrote to Zahar Kiselev:

DO> Hу и как ты управляемым выпрямителем повышать напряжение будешь?

Буст после него поставить. А управляемым выпрямителем обеспечить чтобы на входе буста напряжение было не выше допустимого. Конечно, задача кондиционирования напряжения когда кратность его изменения на входе 10 или более, не проста. Hо в принципе и не чрезмерно сложна. Боюсь, бОльшую сложность даст необходимость обеспечить работу в тяжелых условиях эксплуатации, характерных для в данном случае мопеда - вибрации, пыль, грязь, широкий диапазон температур.

Aleksei Pogorily 2:5020/1504

Reply to
Aleksei Pogorily

Hello, Zahar Kiselev !

Так ты бак-буст на индуктивности генератора делать собрался?

Заодно попробуй померять потери в ней на предполагаемой частоте преобразования...

С уважением, Дима Орлов.

Reply to
Dima Orlov

Hello Valentin!

Mar 03 17:06 05, Valentin Davydov wrote to Zahar Kiselev:

VD> Как правило, доля всех потерь (в том числе и магнитных полей VD> рассеяния, ответственных за реактивную составляющую выходного VD> сопротивления) с уменьшением мощности растёт. Вот потому я и заинтересовался вопросом компенсации.

VD> Именно. Теперь тебе осталось лишь понять, что на практике (в твоём VD> случае) тебе достаточно добиться компенсации на одной, самой низкой VD> частоте. Hа остальных частотах мощность генератора растёт и проблемы с её VD> недостатком уходят. В данном месте ты ошибаешься. Мощность генератора в моем случае недостаточна на всех режимах. У него по паспорту всего 45 ватт, а это - только одна современная(то есть имеющая высокий кпд) лампочка в фаре. Если бы наскрести еще пару десятков ватт - вот тогда мне бы хватило. Более того, я думаю, что свойственное такому генератору возрастание частоты тока с увеличением оборотов вызывает столь существенное возрастание внутреннего (реактивного) сопротивления, что реальная отдаваемая в нагрузку мощность растет куда меньше чем могла бы. И именно поэтому максимальная мощность заявлена всего

45вт. Более точно это можно будет выяснить когда я обмеряю характеристики генератора. То, что мощности генератора не хватит при малых оборотах его ротора - очевидно, и никакие преобразователи тут не помогут. Поэтому установка аккумулятора (от УПС) необходима. А преобразователь нужен для того, чтобы этот аккумулятор заряжался хотябы на больших частотах вращения генератора. Особенность мопедных и прочих маленьких двигателей в том, что они мало и редко работают на минимальных оборотах, так что если аккумулятор будет нормально заряжен - то его хватит на эти краткие минуты. В то же время было бы выгодно, чтобы и на малых оборотах, когда генератор способен отдать лишь несколько ватт, он их все же отдавал бы, а не крутился бесполезно.

Zahar

Reply to
Zahar Kiselev

Hello Aleksei!

Mar 03 18:27 05, Aleksei Pogorily wrote to Dima Orlov:

AP> бОльшую сложность даст необходимость обеспечить работу в тяжелых AP> условиях эксплуатации, характерных для в данном случае мопеда - вибрации, AP> пыль, грязь, широкий диапазон температур. Многократно видел на мопедах и легких мотоциклах электронные устройства, изготовленные по вполне радиолюбительским технологиям. И устройства эти неплохо работали. В том числе лично у меня работает электронный регулятор напряжения на мотороллере "Муравей"(там генератор другого типа, с обмоткой возбуждения). Так что мне не кажется слишком сложным собственно само изготовление такой электроники. Просто не "на соплях" делать - и все работать будет. Сложнее понять как грамотно расчитать схему, регулирующую напряжение генератора с постоянными магнитами на роторе. Что при расчете надо учитывать, а на что можно не обращать внимание, как на "бесконечно малые" величины.

Zahar

Reply to
Zahar Kiselev

Hello, Zahar Kiselev !

Потому что "реактивный" ток создает вполне активные потери в омическом сопротивлении проводов.

Компенсации чего? Такие машины - машины постоянного тока. Если конечно не рассматривать т. н. вентильные двигатели с управлением DSP.

Учебник по электротехнике читать не пробовал? Вместо многословных дилетантских рассуждений?

Hечего тут оценивать. Ты такой преобразователь не создашь...

С уважением, Дима Орлов.

Reply to
Dima Orlov

Hello, Aleksei Pogorily !

Мне без всяких измерений в холодном цеху очевидно, что работать эти обмотки на частоте выше частоты работы этого генератора не будут, подозреваю, что там и на рабочих частотах потери близки к максимально допустимым. КПД подобных устройств

- явно не самый основной параметр оптимизации при проектировании.

С уважением, Дима Орлов.

Reply to
Dima Orlov

Thu Mar 03 2005 19:38, Dima Orlov wrote to Zahar Kiselev:

DO> Так ты бак-буст на индуктивности генератора делать собрался?

DO> Заодно попробуй померять потери в ней на предполагаемой частоте DO> преобразования...

Учитывая, что там не трансформаторное, а динамное железо. Которое по потерям заметно хуже трансформаторного и на 50Гц трансформаторы поэтому не годится.

Aleksei Pogorily 2:5020/1504

Reply to
Aleksei Pogorily

Привет Zahar !

ZK> Hello All! ZK>

ZK> Размышлял над проблемой регулирования выходного напряжения маломощных ZK> генераторов, имеющих на роторе постоянные магниты вместо обмотки ZK> возбуждения. В частности - такой генератор стоит в моем мопеде ZK> Карпаты. Проблема в том, что ЭДС этого генератора сильно зависит от ZK> оборотов двигателя и может быть как ниже стандартных для мототехники ZK> 12в, так и выше, до сотни вольт. Правильно спроэктированный генератор должен отдавать на холостых оборотах

17-18вольт переменки под нагрузкой. Чтобы после выпрямления получить заветные 14вольт постоянки. Измерял лично на нескольких мотоциклах Хонда. Hа 10000 тыс. об. амплитуда достигает уже 180вольт. Мерял осцилографом. Hа выходе выпрямителя пила по спаду синусоид. Вообщем трехфазный регулируемый тиристорный выпрямитель. Удачи,

Пока! ... @c:\fido\np.wa

Reply to
Andrey Grigorenko

Hello Dima!

Mar 03 19:38 05, Dima Orlov wrote to Zahar Kiselev:

Zahar

Reply to
Zahar Kiselev

Hello Aleksei!

Mar 03 21:02 05, Aleksei Pogorily wrote to Dima Orlov:

DO>> Заодно попробуй померять потери в ней на предполагаемой частоте DO>> преобразования... AP> Учитывая, что там не трансформаторное, а динамное железо. Вообще-то никому не известно что за железо туда поставили в 89 если не ошибаюсь, году. Поэтому принимаются советы - как "наколенным" способом измерить потери в этой индуктивности.

AP> Которое по потерям заметно хуже трансформаторного и на 50Гц трансформаторы AP> AP> поэтому не годится. Однако сам этот генератор работает с частотами в сотни герц. Будет теплее - разберу его и тогда точно скажу, сколько у него полюсов на статоре и на роторе. То ли шесть, то ли восемь. А частоты вращения - 1...6тыс об/мин.

Zahar

Reply to
Zahar Kiselev

Hello Dima!

Mar 03 20:24 05, Dima Orlov wrote to Zahar Kiselev:

- получилось (правда мне все же удалось найти схему без микроконтроллера). Так что задача в данный момент заключается в оценке практического эффекта от применения преобразователя - если это окажутся единицы процентов - то и возиться нет смысла. Особенно если там без DSP не обойтись - что уж точно для данного применения неуместно.

Zahar

Reply to
Zahar Kiselev

Hello Andrey!

Mar 03 22:45 05, Andrey Grigorenko wrote to Zahar Kiselev:

ZK>>

ZK>> Размышлял над проблемой регулирования выходного напряжения маломощных ZK>> генераторов, имеющих на роторе постоянные магниты вместо обмотки ZK>> возбуждения. В частности - такой генератор стоит в моем мопеде ZK>> Карпаты. Проблема в том, что ЭДС этого генератора сильно зависит от ZK>> оборотов двигателя и может быть как ниже стандартных для мототехники ZK>> 12в, так и выше, до сотни вольт. AG> Правильно спроэктированный генератор должен отдавать на холостых AG> оборотах 17-18вольт переменки под нагрузкой. Чтобы после выпрямления AG> получить заветные 14вольт постоянки. AG> Измерял лично на нескольких мотоциклах Хонда. AG> Hа 10000 тыс. об. амплитуда достигает уже 180вольт. Мерял AG> осцилографом. Перемотать что ли обмотки генератора? Сейчас там шесть катушек по 25 витков провода толщиной 1.08мм (так по описанию). И есть еще две катушки из тонкого провода для питания системы зажигания - при переделке генератора от них можно отказаться и тогда "силовых" катушек будет восемь. Для сравнения - в 12-вольтовом генераторе мотоцикла Восход тоже шесть катушек, только витков в каждой по 67 и провод 0.9мм, причем само железо генератора не очень сильно отличается от мопедного. В обоих случаях по описанию активное сопротивление обмоток составляет 1 ом.

AG> Hа выходе выпрямителя пила по спаду синусоид. Вообщем трехфазный AG> регулируемый тиристорный выпрямитель. Странно что используются тиристоры, у которых довольно заметное падение напряжения в открытом состоянии. По-моему в качестве ключей лучше подошли бы mosfet-транзисторы, с их миллиомами сопротивления в открытом состоянии.

Zahar

Reply to
Zahar Kiselev

Thu Mar 03 2005 20:57, Dima Orlov wrote to Aleksei Pogorily:

DO> Мне без всяких измерений в холодном цеху очевидно, что работать эти DO> обмотки на частоте выше частоты работы этого генератора не будут, DO> подозреваю, что там и на рабочих частотах потери близки к максимально DO> допустимым. КПД подобных устройств - явно не самый основной параметр DO> оптимизации при проектировании.

Да мне это тоже понятно. КПД в оптимизации участвует только косвенно - через допустимый перегрев. Впрочем, как и почти во всей магнетике - что 50-Гц трансформаторы рассчитываются на заданный перегрев (на КПД при этом плевать - сеть мощная), что в SMPS - тоже на допустимый перегрев, т.к. КПД при этом получается вполне достаточный (магнитные элементы на десятках-сотнях килогерц весьма миниатюрны и заметной доли пропускаемой мощности рассеять просто не могут).

Aleksei Pogorily 2:5020/1504

Reply to
Aleksei Pogorily

Zahar Kiselev snipped-for-privacy@p1.f.n5030.z2.fidonet.org> пишет в сообщении: snipped-for-privacy@p1.f.n5030.z2.ftn... .

теплее -

роторе.

В 100% японских мотоциклетных генераторов с постоянным магнитом в роторе используется схема с ограничителем напряжения на тиристорах. Выход генератора замыкается тиристором при превышении порогового напряжения на выходе. Несмотря на примитивность данная схема обладает глобальным преимуществом: когда от генератора нужно брать максимальный ток, регулирующая схема не мешает его брать. Работает и на мопедах с 20Вт генератором и на мотоциклах с 350Вт. На первых - однополупериодный выпрямитель и 1 тиристор, на последних, соответственно - трехфазный и 3 тиристора.

Любые попытки улучшить этот "примитив" на предмет выжимания максимальной _мощности_ на малых оборотах генератора приведут к необходимости использования в регуляторе метода поиска максимальной точки (MPPT). Надо ли реализовывать подобное на мопеде, может грамотнее будет переделать изначально кривой генератор (пакет пластин потолще набрать, обмотку перемотать)?

Reply to
Mikhail Samoilenko

ElectronDepot website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here. All logos and trade names are the property of their respective owners.