Dynamo actual y regulador de voltaje Hasta en los años 1960, todos los coches y casi cada otra máquina con un sistema eléctrico de bajo voltaje tenían una dinamo, también llamado generador de corriente continua. Después de ese tiempo, rectificadores de silicio fueron ampliamente y económica disponible, provocando una conmutación universal a los alternadores trifásicos con rectificadores internos, que tienen muchas ventajas. Pero incluso en nuestros días, algunas dínamos viejos permanecen en servicio, a pesar de sus problemas. A menudo se pueden encontrar en coches antiguos, de los barcos, tractores, motocicletas, lo que sea. Muchos propietarios de hace mucho tiempo han reemplazado sus dinamos por alternadores, pero en algunos casos eso no es una propuesta atractiva: Coches antiguos originalidad suelta si el dínamo es quitado. Pero mi amigo Germán tenía un problema más peculiar: Compró un velero que tiene un viejo motor auxiliar Volvo Penta Diesel, y este motor viene con un dynastarter ! Se trata de una combinación de motor de arranque y la dinamo. Es básicamente un motor compuesto de 12 voltios que se utiliza como tal para el arranque, y como generador de corriente continua en paralelo emocionado cuando el motor está funcionando. Está acoplado al motor con dos correas trapezoidales paralelos. Para iniciar obtiene su corriente a través de un relé grande, y como un generador se utiliza la configuración tradicional con un solenoide de regulación de tensión, un regulador de corriente de solenoide, y un relé de corriente inversa - un sistema que es muy propenso fallo y se ha quemado la dynastarter varias veces. Así Germán quería una solución. O algo que hace que la dynastarter fiable, o bien un cambio completo de un motor de arranque y el alternador separada moderna. Ciertamente, la última es la mejor solución, pero es difícil de implementar, ya que este motor no se presta a la fácil instalación de un engranaje de arranque. Después de que me fui con él en un buen viaje en velero en invierno de 2004, y con la promesa de otro viaje al Glaciar San Rafael, no podía hacer menos que el diseño y la construcción de un regulador electrónico hecho a medida para su dynastarter, en una especie del último intento de evitar la gran obra de modificación del motor! Desde este regulador funcionará igual de bien con una dinamo estándar, y no encontrar ningún diseño similar en cualquier parte de la web, me decidí a poner este proyecto en mi sitio web inmediatamente después de completarlo. Ciertamente la gente por ahí están buscando un regulador tal! Así que, aquí está, para todos ustedes que están encerrados en el uso de la tecnología electromecánica de edad, pero no tiene miedo de ayudar con algo de electrónica modernos!
Desde el punto de vista práctico, dinamos son diferentes de alternadores en dos aspectos muy importantes. En primer lugar, cuando un alternador no está girando, no va a tomar ninguna corriente de la batería. Pero si una dinamo no está girando, sería vaciar el piso de la batería muy rápido, y muy posiblemente quemarse a cabo en el proceso! Así, los reguladores dinamo electromecánicos desconecte el dínamo de la batería tan pronto como se inicia la corriente que fluye a la inversa, una tarea delicada y lo más importante, que a menudo no funciona, y mata dinamos. En el mundo moderno, por supuesto, tenemos diodos, y poniendo una sola gran diodo en serie con la salida dínamo resuelve este problema de una vez y para siempre. En segundo lugar, dinamos no son autolimitados, mientras que los alternadores son. Cuando un alternador funciona más rápido, se induce un voltaje más alto, sino también la frecuencia de la AC es mayor. Dado que existe una gran inductancia en los devanados, la reactancia aumenta con la frecuencia, los dos efectos más o menos compensar, de manera que un alternador diseñado correctamente nunca puede suministrar una corriente peligroso! Limita su corriente de salida a un valor seguro, independientemente de RPM. Dynamos vez simplemente no tienen esta característica agradable. Mientras hay suficiente potencia de accionamiento mecánico, porque os entregarán cualquier corriente de una batería descargada puede tomar, y serán fácilmente auto-destruir si la corriente no se limita externamente. Regulación de voltaje, por otro lado, puede ser implementado básicamente de la misma manera para dinamos y alternadores. Así, un regulador de la dinamo es básicamente un regulador del alternador con la regulación de corriente adicional y revertir el bloqueo actual. Hasta ahora, todo bien. Vamos a ir a los detalles.
En el circuito de carga dínamo típica, B + y B- son las conexiones de la batería. D + y D- van a los cepillos de dinamo, mientras
que DF es la conexión de campo, con su otro extremo volvió a D + dentro de la dinamo. Tenga en cuenta que no todos los dínamos devuelven el devanado de campo a la salida positiva! Mi circuito regulador, como se muestra aquí, funciona solamente con dinamos conectados de esta manera. Para mayor claridad, aquí está el cableado interno de una dinamo estándar. A dynastarter es igual que esto, pero con un campo adicional devanado añadido, conectado desde D + a un terminal adicional, que se utiliza para aplicar corriente de la batería para el arranque. En el esquema regulador que he proporcionado B- y puntos de conexión D-, pero, por supuesto, los dos son la misma cosa: planta del sistema. En la puesta en práctica de la vida real que acabo nombré todas las conexiones a tierra D-, siguiendo el estándar utilizado en el barco para el que fue construido el regulador.
Usted puede imprimir este esquema, por lo que no tiene que desplazarse hacia arriba y abajo de la página, mientras que la lectura de la explicación. Al hacer clic en el esquema, aparecerá una versión 300dpi para la impresión de alta calidad (siempre que su navegador puede manejar el tamaño del archivo ... De lo contrario haga clic derecho, guardar en el disco, e imprimir desde allí). Comencemos analizando el circuito de ralentí condiciones, cuando el motor está parado. El voltaje de la batería en el B + no puede pasar a D +, ya que D1 bloquea. D + es a nivel del suelo, debido a la baja resistencia del dínamo entre D + y D-. Q1 es empujado fuera, lo que deja el lado negativo de todo el circuito OpAmp flotante. Así que el circuito de control completa flotará a + 12V, y de esta manera Q4 sesgo totalmente en. Q4 entonces sostiene DF bajar a tierra, listo para el arranque del dínamo, y para usar el dynastarter como titular.
No habrá consumo de energía que no sea la muy baja fuga de algunos componentes. Q1 está apagado, D1 y D5 son polarización inversa, Q3 está apagado, D7 se queda muy por debajo de su voltaje de conducción, Q4 tiene una puerta aislada, C1 y C8 supuestamente no realizan DC ... En realidad, la fuga en C8 es la principal drenaje de corriente, pero esta fuga consigue abajo en el rango de microamperios cuando el circuito está permanentemente conectado a la batería. Por lo tanto, este circuito consume esencialmente corriente de reposo, manteniendo DF a tierra para el inicio dínamo fácil. Cuando la dinamo empieza a girar, se auto-excitar a través del magnetismo residual. La tensión muy baja inicialmente generado (típicamente 0,2V) hace que una pequeña corriente fluya en el devanado de campo, a través de Q4. Esto aumenta la intensidad de campo, la tensión generada sube, y pronto tenemos una dinamo de trabajo. Tan pronto como la tensión llega a aproximadamente 6V, Q1 se encenderá y tire del lado negativo del circuito OpAmp a tierra. El LED amarillo se iluminará, y todo el circuito regulador consigue con vida. Vamos a ver lo que sucede cuando la dinamo está poniendo a cabo sobre 12V. Q1 está encendido, el LED amarillo está encendido, pero la tensión no es lo suficientemente alta para iniciar la carga de la batería, lo que podría estar cerca de 12.3V. Pin 13 del U1D comparador de corriente será en aproximadamente 10.4V, mientras pasador 12 será de unos 0.15V inferior. Por lo tanto, el pasador 14 será esencialmente a cero, y el LED rojo se apagará. Pin 2 del comparador U1A tensión será a 4.25V, para que D4 es polarización inversa. D5 es demasiado polarización inversa, ya que su ánodo está en 3.9V. Pin 3 de U1A está en un 5V regulada. Así, el pin 1 está en un alto voltaje positivo, cerca de la tensión de la batería, y el LED verde está apagado.
U2C es un oscilador que funciona a aproximadamente 100 Hz. Se produce una onda triangular aproximada a través de su condensador de temporización C5, que se utiliza como una referencia para el modulador de ancho de pulso U1B. Su pin 6 variará constantemente entre un tercio y dos tercios de la tensión de la batería. Debido a que el pin 5 es sostenida por U1A, muy por encima de los 2/3 de la tensión de la batería, el pin 7 será alto también, ya través de la Q2, Q4 se mantendrá encendido. Así que la dinamo puede funcionar a plena corriente de campo. Supongamos que ahora el operador acelera el motor. Una dinamo no regulado sería ahora muy superiores a su valoración actual, y quemará si la condición dura bastante tiempo. Pero en este circuito, tan pronto como la caída de tensión en R1 alcanza 0.15V, la regulación actual establece en Asumamos que la dinamo se carga 20A, con la tensión de la batería en 13V, y ver cómo se mantiene esta condición.: Las tensiones en las patillas 12 y 13 serán casi exactamente igual. ¿Qué poca diferencia aparece entre el voltaje de la batería y la unión de R2 con R5 se amplifica por un factor de 1000 por U1D. Así, una pequeña variación de la corriente alrededor del punto de ajuste 20A causa una bastante grande variación de la tensión en el pin 14. Cuando esta tensión está por encima de aproximadamente 5,5 V, que hará que la conducta D4, y elevar la tensión en el pin 2 del U1A. El LED rojo se encenderá. Cuando el pin 2 alcanza el presente 5V en el pin 3, pin 1 comenzará a bajar, a una velocidad de respuesta establecido por C4, el condensador de temporización básica del lazo de control. Cuanto mayor sea el exceso de corriente, más rápido el bucle de control actuará. La tensión en el pin 1 terminará en algún lugar entre 1/3 y 2/3 de la tensión de la batería, por lo que el LED verde estará encendido, y U1B producirá una onda cuadrada en el pin 7, su ciclo de trabajo es una función de la tensión en el pin 1. R19 y R20 dan U1B acción del disparador Schmitt, de modo que el cambio será tan rápido como sea posible, y muy limpia. La onda cuadrada impulsará Q4 rápidamente dentro y fuera, gracias al seguidor de emisor formado por Q2 y Q3. Mientras Q4 está activado, se aplica la tensión dínamo completo al devanado de campo, y sus aumenta la corriente en el tiempo, de acuerdo con la inductancia del bobinado. Cuando Q4 se apaga, la inductancia del devanado de campo mantiene campo actual que fluye, con el circuito está cerrado a través de la D8 diodo de rueda libre. La corriente disminuirá en el tiempo, hasta Q4 conecta de nuevo. Así, la tensión en DF es una onda cuadrada, mientras que la corriente a través del devanado de campo es esencialmente DC con un pequeño componente de onda triangular montado en la parte superior. Cualquier variación en RPM causará una tendencia a cambiar la corriente, lo que hará que el circuito de reaccionar, ajustando el ciclo de trabajo de la unidad de devanado de campo para mantener la corriente de salida constante. A medida que la batería está cargada, su tensión poco a poco aumentando, hasta alcanzar aproximadamente 13.9V. En este nivel, la tensión en el pin 2 del U1A alcanza 5V, sin necesidad de ninguna ayuda del circuito de sensor de corriente. El bucle de control entonces controlar el ciclo de trabajo de campo para mantener una 13.9V constante, mientras que la corriente se reducirá, por lo que el pin 14 bajan y el LED rojo se apaga. El LED verde permanecerá encendido Mientras el dínamo rotativo permanece lo suficientemente rápido, el circuito mantendrá la regulación de la salida a 13.9V o a 20A, dependiendo de las demandas de carga. Nunca permitirá que cualquiera de estos dos valores para ser superado. Cuando las RPM del dínamo son demasiado bajos para mantener la regulación, el circuito sólo deja que generan al corriente de campo completo. Cuando el motor está apagado, D + cae a tierra, Q1 se apaga, todo el circuito se apaga y permanece apagado hasta el siguiente uso, con Q4 adecuadamente sesgado sobre.
Varias notas Este regulador funciona con una constante de tiempo bastante lento cuando está en modo de regulación de tensión. La constante de tiempo es dada por C4 y la resistencia en paralelo de R11 y R12. Cuando se opera en el modo de limitación de corriente, la elevada ganancia de U1D hace que la constante de tiempo mucho más rápido, y asimétrica: El regulador se ajustará la salida hacia abajo más rápido que una copia de seguridad. En presencia de una carga pulsante anormal, esto hará que el circuito de ajuste de una corriente media algo inferior a 20A, protegiendo D1 y la dinamo. Además, si el fusible está abierto, la tensión dínamo limitar tendrá un tiempo de ataque rápido. El fusible se incluyó principalmente como medida de seguridad contra fallos de D1. Este diodo se pone muy caliente, y posiblemente podría fallar si se trata de soltarse del disipador de calor. Si falla en cortocircuito, F1 evitaría la destrucción de la dinamo a través de corriente inversa. De todos modos el riesgo sería bajo, debido a un fallo como éste lo más probable es terminar con la apertura D1 en lugar de un cortocircuito, pero los fusibles son baratos, así que no es mala para incluir una ... Si F1 está abierto, la tensión de dinamo ya no puede ser regulada mediante la detección de voltaje de la batería, y también no habría corriente de sentir. A fin de mantener la tensión de la dinamo de alza, D5 inyectará una corriente al pin 2 del U1A, por lo
que el circuito de ahora va a regular la tensión de la dinamo, no voltaje de la batería, a alrededor de 16.5V, manteniendo seguras asuntos hasta que se sustituye el fusible - esperemos que antes de ejecutar la batería hacia abajo! D18 y D6 están allí sólo para proteger las puertas MOSFET contra anormalmente alta tensión, lo que podría suceder cuando el operador hace cosas estúpidas como iniciar el sistema sin una batería conectada. De lo contrario no serían necesarios. C6 y R23 forman un amortiguador que se come cualquier transitorios que podrían ocurrir durante la conmutación MOSFET. Lo más probable es que no se necesita esta snubber, gracias a la alta velocidad de conmutación de D8 combinado con la comparativamente lenta conmutación del MOSFET, que está limitada por la velocidad de subida de la TL084. C8 no podría ser necesaria cuando el cableado de la batería es más corta y directa, pero por seguridad sugiero incluirlo en todos los casos. Añadí que durante las pruebas del prototipo, después de tener la ruptura del sistema en la auto-oscilación a 300kHz debido a la inductancia del cable de la batería resonando con C1! Este evento fue útil para ver lo rápido Q4 realmente puede cambiar! Se produjo una onda cuadrada de 300 kHz bastante limpio ... No hace falta decir, la conmutación a una de 100 Hz nominal, sus pérdidas de conmutación son esencialmente nula. Tal vez no sería necesario en todo el seguidor de emisor, pero seguro que añade un poco a la eficiencia del regulador. El uso de diodos Schottky en D1 y D8 se decidió debido a su baja caída de tensión. Esto significa menos calor (sobre todo para D1), y el calor es el peor enemigo de la electrónica, como usted sabe. Diodos estándar podrían ser sustituidos, pero yo no lo recomiendo. U2 es no un diodo Zener, pero una referencia de voltaje de precisión IC. Para responder a una pregunta muy común que a menudo sale: No, usted debe no sustituirlo por un diodo Zener estándar. Zeners no son lo suficientemente precisos. Este circuito evita el uso de potenciómetros para ajuste de tensión, debido a que son poco fiables, particularmente en un entorno marino. Se basa en componentes de precisión para obtener el voltaje correcto, y esto no va a funcionar con Zeners. Si usted no puede encontrar una LM336Z-5.0, puede utilizar alguna otra referencia de 5V IC (también llamado "diodo de referencia", aunque es mucho más que un diodo). Y no, no se puede usar un otro regulador de tres terminales 7805 o cualquier, porque sería estropear el inicio correcto de la dinamo: Mientras Q1 está a medio camino de un regulador de tres terminales produciría un voltaje más bajo en el pin 3 de la clavija 2 de U1A, lo que haría que el circuito de apagar Q4 y interfiere con el arranque del dínamo adecuada. Siéntase libre para sustituir componentes. Tenía el IRF540, BS170, 30CT060, SB360, 2N4124 y 2N4403, etc, básicamente porque los tenía. Las piezas con puntuaciones compatibles deben trabajar también. No reemplace el TL084, a menos que sepa muy bien lo que está haciendo. Fue elegido porque maneja alta tensiones de entrada así, y tiene una alta velocidad de respuesta. Muchos otros OpAmps no funcionan bien aquí, y la TL084 es fácil de encontrar y barato. Si a pesar de todo desea incluir un potenciómetro para ajuste de voltaje, usted puede hacer parte de R12 ajustable. Por ejemplo, use un potenciómetro de 10k en serie con una resistencia fija 22k. Del mismo modo, si usted quiere un límite de corriente ajustable, puede reemplazar R2 por un potenciómetro 200 Ohm. Pero una forma más segura para recortar el voltaje y consignas actuales es por soldadura en algunas series o resistencias en paralelo elegido para dar a los niveles deseados. Yo no fui a esta longitud, y justo monté resistencias de precisión fija. R1 en mi prototipo es una combinación en paralelo de dos 0.015 Ohm, 5W resistencias. Si usted no puede encontrar resistencias bajas suficiente para hacer R1, puede usar mi viejo truco de la cerca de alambre: alambre de hierro galvanizado es barato, fácil de encontrar, fácilmente soldable, y tiene una resistencia que es muy conveniente para la fabricación de resistencias de muy escasa cuantía! Tengo un poco de alambre de hierro galvanizado aquí, que tiene 1,25 mm de diámetro, lo que equivale a más o menos AWG 16. Este cable mide 0,12 ohmios por metro a temperatura ambiente, que está muy cerca (un poco más alto) al valor calculado teniendo en cuenta la resistividad de volumen estándar de hierro puro. El único problema es que este cable es bastante fuertemente dependiente de la temperatura. Así que uno tiene que diseñar el resistor de tal manera que el alambre no se calentará demasiado. Por esta resistencia, dos piezas de este cable en paralelo, cada uno cerca de 12cm de largo, estaría bien. Lo que usted utiliza, la fábrica hizo resistencias o de alambre de hierro, asegúrese de conectar los puntos de detección derecho a la resistencia. Incluso un pequeño pedazo de traza de PCB o cableado puede agregar una proporción considerable a esta pequeña resistencia, y su regulador terminaría regular a una corriente mucho más baja de lo deseado! Si desea utilizar este circuito para una dinamo de una corriente nominal diferente, puede modificar el valor de R1 de manera que en la corriente máxima deseada causará 0.15V de gota. D1 y F1 deben ser ajustados a los valores adecuados. El resto del circuito más probable puede seguir siendo el mismo. Si desea utilizarlo para una dinamo 6V o 24V, esto requeriría un circuito muy diferente. Usted no puede conducir adecuadamente este MOSFET con 6V menos la caída de tensión en el conductor, y si conduce un vehículo con 24 V, es posible quemar a cabo. Y si su dínamo pasa a tener un extremo del devanado de campo conectado al lado negativo, entonces también no puede utilizar este circuito directamente. Usted tendría que modificar la sección de salida, proporcionando un conmutador de canal P con la conducción adecuada.
Este fue un proyecto muy ecológica! Casi todo el material que solía construir este regulador fue reciclado de aparatos electrónicos viejos tomados de mi caja de chatarra. Los principales donantes de órganos eran un receptor de comunicaciones marinas sueca de edad, de los cuales me dieron alrededor de la mitad; un Atari 1050 unidad de disquete, que me dieron casi completa, pero no funcional e irremediablemente obsoleto; y un regulador de paneles solares basados relé de 24V en estado desconocido. Desde este regulador solar tenía una tira de terminales caja y conexión muy bien adaptado, que canibalizado sin siquiera molestarse en comprobar su estado! La sección de PCB verde se redujo de PCB del regulador solar inicial. Cuenta con los agujeros de montaje adecuados y almohadillas de conexión de la regleta de terminales, por lo que utilizó para instalar los componentes de potencia. El circuito de control fue construido en un pedazo de tarjeta perforada. D1 fue montado en la caja mediante una abrazadera muy fuerte, un aislante de mica fina, compuesto térmico y dos pernos. Puesto que genera una buena cantidad de calor y se utiliza en 2/3 de su valor nominal máximo de forma continua, que necesita una buena refrigeración de permanecer fiable. Q4 lugar se monta con un perno de nylon, aislante de mica y compuesto térmico. Funciona bastante fresco. El portafusibles ya estaba montado, así que reutiliza la misma. Hubo algunos agujeros en la caja de interruptores, ollas y LEDs, tres de los cuales he reutilizado para montar mis LEDs, aunque su posición no era muy lógico ... Todo el circuito se roció con varias capas de barniz acrílico antes de montar en la caja, y luego varios más capas después del montaje. Esto crea una capa similar al plástico resistente que debe evitar la corrosión y la película conductora formando durante muchos años, incluso en el entorno marítimo dura donde se utilizará este regulador. Si usted puede entender español, es posible que desee leer el ligeramente humorístico manual de instrucciones que le di al capitán de la embarcación para la que fue construido este regulador.
Actualizaciones Después de un año de servicio, un accidente ocurrido durante el mantenimiento del motor. El D + cable fue momentáneamente cortocircuito a tierra, mientras que el motor se está iniciando. Esto dio lugar a los fuegos artificiales impresionantes, una terminal de alambre fundido - y un MOSFET quemado en el regulador! Mientras yo estaba reemplazando el MOSFET, decidí que también reducen la tensión del 14.5V original a la presente 13.9V, cambiando R11 de 51k a 47k. También bajé R10 de la 39k original a 10k, debido a que el valor original hecha regulación actual imposible cada vez que el voltaje de la batería es extremadamente baja! En funcionamiento normal, que nunca iba a suceder, pero un día mi querido amigo intentado cargar una batería totalmente descargada en alta después de manivela de arrancar el motor, y esto dio lugar a un fusible quemado! El esquema que se muestra aquí es la versión actualizada.
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