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限流交流发电机电池充电器控制
接线图
2024年10月22日 18:24 47
admin
通过电机驱动汽车交流发电机时，存在一个常见问题。在尝试调节低电池的充电电压的过程中，交流发电机轴的扭矩通常会超过电机的能力，因此可能会失速和/或过热。解决方案是调节（限制）充电电流，因为轴扭矩是输出电流的函数。该系统是电机驱动的汽车交流发电机的控制电路。在此方案中，交流发电机没有电压调节器，因此它继续以恒定电流充电，直到电压达到电压上限（完全充电）——此功能使其可以轻松适应 24 或 48VDC 系统。
充电系统仅按需运行，从而消除了空闲功耗。交流发电机励磁电流调节器将可调设定点与分流电阻器两端产生的直流反馈电压进行比较。现场电流驱动器也可按需运行，从而降低空闲功耗。软启动功能可在系统启动时逐渐增加电流，从而使电机能够在最大负载发生之前达到基本速度。这是对以前发布的两条线路的增强：外部电池充电器控制和6V、24V、48V外部电池充电器控制.
限流交流发电机电池充电器原理图
它确实发生了——我们都知道当传动带需要张紧时交流发电机的行为——皮带像女妖一样尖叫。由于发动机不能停止，交流发电机会通过皮带打滑而停止。典型的电流过载只会持续几秒钟，直到达到最大电池电压，然后回落到维持水平——你们都在汽车电流表上看到了这一点。
风力发电应用怎么样？
虽然汽车交流发电机通常用于风力发电，但它的修改和控制方式却有所不同。风力发电的人很聪明，很清楚这个问题。
电流限制是如何工作的？
一个低阻值分流电阻器与电池的负极串联。当该电阻两端的压降超过特定设定点（R21）时，电压比较器（U4A）关断场驱动晶体管（Q2）。此时，励磁电流开始衰减，因为它继续流过连接在励磁绕组上的续流二极管（D5）。随着磁通量衰减，交流发电机输出电压会随着充电电流的增加而降低。当充电电流低于设定点时，U4A再次打开Q2，从而导致场电流增加等。这也被称为 bang-bang 型稳压器，其中对励磁绕组施加全电压或无电压 - 它是 ON-OFF 而不是线性的。这很有效，因为场电感非常高，以至于电流充电或放电需要几毫秒。
U4B 对软启动电容器放电，当 K1 断开时，U4C 关闭 Q2。R20 仅提供一点正反馈以提高开关速度 - 否则，它可能会振荡。R18 和 C4 组成一个 100uS 时间常数噪声滤波器。
虽然电压调节器部分已经过测试，但电流调节器尚未经过测试。它在我的颅骨模拟器中工作正常，但可能会有惊喜。幸运的是，现场电流控制简单而宽容，否则我不会这么大胆。需要注意的是，在 24V 或 48V 应用中，可能会烧毁励磁绕组 – 如果在使其工作时遇到问题，添加一个与励磁绕组串联的功率电阻器可以防止励磁绕组烧坏。
电压调节器
可能需要修改交流发电机
如果使用需要外部稳压器的旧式交流发电机，则无需修改，除非励磁绕组的一侧接地而不是连接到正输出端子。如果调压器是内置的，则必须拆卸交流发电机，拆下调压器，并引出现场连接。同时，励磁绕组的一端可能需要连接到正输出端而不是接地，因为该电路是低侧控制器。
低侧磁场电流控制
在这种情况下，低侧磁场控制是最实用的。在24和48V输出时，高压侧场控制更加困难。因此，励磁绕组的一侧必须连接到 BAT+ 端子
直接驱动还是皮带驱动？
假设交流发电机在发动机怠速为600RPM时具有全输出，交流发电机皮带传动比为1：2，则交流发电机轴的运行速度约为1200RPM。因此，对于 12V 应用，使用常见的 1500 或 1750RPM 4 极感应电机直接驱动是可行的。对于 24V 应用，3000 或 3450RPM 2 极电机是可行的选择。对于 48V 应用，需要 1：2 或 1：4 的皮带传动比。超速通常是可以接受的，前提是不超过大约 8000RPM。
计算充电电流和分流电阻值
交流发电机具有相对较高的额定电流（例如 100A）。在额定输出下，效率很低 – 可能为 50% 左右。我认为，由于交流发电机在这种低效率下具有极端的功率损耗，因此这种额定电流是间歇性的，而不是连续的。为了连续运行，我建议将此电流降额至 70%。因此，100A 交流发电机可以以大约 70% 的效率以 70A 的电流连续运行。
轴输入功率 = Eout * Io /% 效率 = 14.6 * 70 /0.7 = 1460W 或约 2HP。
对于单相电机来说，2HP 偏大，因此请考虑使用更小的东西——请注意，使用 1HP 电机运行时交流发电机效率会更高——可能是 80%。相应地调整驱动电机的尺寸。
输出电流 （Io）
这只是一个功率计算。假设限制因素是您的交流感应电机，只需计算输出瓦特：P = HP * 746 W /HP * 效率
接下来，将此功率除以充满电的电池电压：Io = P /14.6V（或 29 或 58V）
电阻计算
R = 100mV /Io（例如，如果 Io = 40A，则 Rshunt = 100mV /40A = 0.025Ω）
Rshunt 的功率 = I? * R（例如 P = 40? * 0.025 = 40W）
降额 50% 左右。这需要一个 80W 电阻。
充电系统仅按需运行，从而消除了空闲功耗。交流发电机励磁电流调节器将可调设定点与分流电阻器两端产生的直流反馈电压进行比较。现场电流驱动器也可按需运行，从而降低空闲功耗。软启动功能可在系统启动时逐渐增加电流，从而使电机能够在最大负载发生之前达到基本速度。这是对以前发布的两条线路的增强：外部电池充电器控制和6V、24V、48V外部电池充电器控制.
限流交流发电机电池充电器原理图系统框图
它确实发生了——我们都知道当传动带需要张紧时交流发电机的行为——皮带像女妖一样尖叫。由于发动机不能停止，交流发电机会通过皮带打滑而停止。典型的电流过载只会持续几秒钟，直到达到最大电池电压，然后回落到维持水平——你们都在汽车电流表上看到了这一点。
风力发电应用怎么样？
虽然汽车交流发电机通常用于风力发电，但它的修改和控制方式却有所不同。风力发电的人很聪明，很清楚这个问题。
电流限制是如何工作的？
一个低阻值分流电阻器与电池的负极串联。当该电阻两端的压降超过特定设定点（R21）时，电压比较器（U4A）关断场驱动晶体管（Q2）。此时，励磁电流开始衰减，因为它继续流过连接在励磁绕组上的续流二极管（D5）。随着磁通量衰减，交流发电机输出电压会随着充电电流的增加而降低。当充电电流低于设定点时，U4A再次打开Q2，从而导致场电流增加等。这也被称为 bang-bang 型稳压器，其中对励磁绕组施加全电压或无电压 - 它是 ON-OFF 而不是线性的。这很有效，因为场电感非常高，以至于电流充电或放电需要几毫秒。
U4B 对软启动电容器放电，当 K1 断开时，U4C 关闭 Q2。R20 仅提供一点正反馈以提高开关速度 - 否则，它可能会振荡。R18 和 C4 组成一个 100uS 时间常数噪声滤波器。
虽然电压调节器部分已经过测试，但电流调节器尚未经过测试。它在我的颅骨模拟器中工作正常，但可能会有惊喜。幸运的是，现场电流控制简单而宽容，否则我不会这么大胆。需要注意的是，在 24V 或 48V 应用中，可能会烧毁励磁绕组 – 如果在使其工作时遇到问题，添加一个与励磁绕组串联的功率电阻器可以防止励磁绕组烧坏。
电压调节器
可能需要修改交流发电机
如果使用需要外部稳压器的旧式交流发电机，则无需修改，除非励磁绕组的一侧接地而不是连接到正输出端子。如果调压器是内置的，则必须拆卸交流发电机，拆下调压器，并引出现场连接。同时，励磁绕组的一端可能需要连接到正输出端而不是接地，因为该电路是低侧控制器。
低侧磁场电流控制
在这种情况下，低侧磁场控制是最实用的。在24和48V输出时，高压侧场控制更加困难。因此，励磁绕组的一侧必须连接到 BAT+ 端子
直接驱动还是皮带驱动？
假设交流发电机在发动机怠速为600RPM时具有全输出，交流发电机皮带传动比为1：2，则交流发电机轴的运行速度约为1200RPM。因此，对于 12V 应用，使用常见的 1500 或 1750RPM 4 极感应电机直接驱动是可行的。对于 24V 应用，3000 或 3450RPM 2 极电机是可行的选择。对于 48V 应用，需要 1：2 或 1：4 的皮带传动比。超速通常是可以接受的，前提是不超过大约 8000RPM。
计算充电电流和分流电阻值
交流发电机具有相对较高的额定电流（例如 100A）。在额定输出下，效率很低 – 可能为 50% 左右。我认为，由于交流发电机在这种低效率下具有极端的功率损耗，因此这种额定电流是间歇性的，而不是连续的。为了连续运行，我建议将此电流降额至 70%。因此，100A 交流发电机可以以大约 70% 的效率以 70A 的电流连续运行。
轴输入功率 = Eout * Io /% 效率 = 14.6 * 70 /0.7 = 1460W 或约 2HP。
对于单相电机来说，2HP 偏大，因此请考虑使用更小的东西——请注意，使用 1HP 电机运行时交流发电机效率会更高——可能是 80%。相应地调整驱动电机的尺寸。
输出电流 （Io）
这只是一个功率计算。假设限制因素是您的交流感应电机，只需计算输出瓦特：P = HP * 746 W /HP * 效率
接下来，将此功率除以充满电的电池电压：Io = P /14.6V（或 29 或 58V）
电阻计算
R = 100mV /Io（例如，如果 Io = 40A，则 Rshunt = 100mV /40A = 0.025Ω）
Rshunt 的功率 = I? * R（例如 P = 40? * 0.025 = 40W）
降额 50% 左右。这需要一个 80W 电阻。
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