Regolatore per moto con ponte a tyristori.

[hfdax]

Salve amici.
Ho un problema con il regolatore di tensione della mia moto che ha la fastidiosa tendenza a rompersi portandosi dietro anche la batteria!
Ho scoperto che è un problema ricorrente con i regolatori commerciali che, come quello montato di sulla mia moto (Aprilia Pegaso strada 650) lavorano nel modo peggiore possibile.
Infatti Il regolatore deve raddrizzare la corrente fornita da un alternatore trifase e fornire in uscita i 13,6 VCC stabilizzati necessari alla batteria, ma questi regolatori praticamente prima raddrizzano tutto con un ponte trifase, poi tramite un transistor o mosfet scaricano a massa tutto l'eccesso di energia così che in uscita restino i 13 V richiesti. Il risultato è che il regolatore si scalda parecchio e in continuazione e quindi brucia con una certa facilità. Inoltre con questo sistema l'alternatore è sempre sollecitato al massimo anche se la maggior parte dell'energia va persa scaricandosi a massa.
Visto che è un pessimo sistema e che quei regolatori non costano 4 euri ho pensato di auto costruirmene uno che lavori in modo più sensato lasciando passare solo l'energia necessaria, scaldando meno e sollecitando meno l'alternatore.

L'alternatore trifase genera una tensione che varia fortemente in funzione del regime del motore:
al minimo (1800 g/min circa) ho 26 VAC a 160 Hz
a 4000 g/min ho 60 VAC a 390 Hz
a 6000 g/min ho 92 VAC a 600 Hz
oltre interviene il limitatore.

L'idea di un ponte trifase seguito da un transistor o mosfet che regoli l'uscita per mantenerla a 13V (senza scaricare a massa l'eccesso) l'ho dovuta scartare perché ai regimi medio alti la maggior parte della tensione generata deve cadere sul transistor e non ne ho trovato uno in grado di dissipare la potenza che ne scaturisce. D'altra parte non ho nemmeno trovato un regolatore di tensione da 14-15V che possa accettare in ingresso tensioni cosi alte con una corrente di 5-6A.
Ho pensato quindi ad un ponte controllato ad SCR in cui l'impulso di innesco si sposti avanti lungo il semi-periodo all'aumentare della frequenza così da innescare la conduzione quando la semionda è in fase discendente ed ha raggiunto un valore sufficientemente basso da avere, con la collaborazione di un generoso condensatore di livellamento, una tensione uscente intorno a 18-20V. Quest'ultima potrebbe molto più agevolmente essere gestita da un regolatore per ottenere i 13,6V stabilizzati da mandare alla batteria.
È un idea praticabile secondo voi?
Lo chiedo perché ho cercato in rete in lungo e in largo senza trovare un progetto o uno schema che possa fare al caso mio (magari con qualche modifica), forse anche perché non ho grande esperienza con gli SCR e quindi se lo vedo non lo so riconoscere.
Qualche suggerimento da parte vostra?
Grazie a tutti.

[dott.cicala]

 

18 minuti fa, hfdax scrisse:

L'idea di un ponte trifase seguito da un transistor o mosfet che regoli l'uscita per mantenerla a 13V (senza scaricare a massa l'eccesso) l'ho dovuta scartare

E hai fatto male. Ti serve un buck converter, strano, non di semplicissima realizzazione ma nemmeno impossibile

 

[sx3me]

5 ore fa, hfdax scrisse:

Ho pensato quindi ad un ponte controllato ad SCR

esistono gia questi tipi di regolatori belli che fatti!

[hfdax]

11 ore fa, dott.cicala scrisse:

i serve un buck converter, strano, non di semplicissima realizzazione ma nemmeno impossibile

Strano In che senso?

Un convertitore DC/DC non l'avevo considerato perché li ho sempre visti applicati a tensioni molto più basse.

 

6 ore fa, sx3me scrisse:

esistono gia questi tipi di regolatori belli che fatti!

Che ci siano non ho dubbi, c'è tutto volendo. Che siano adatti alla mia moto e abbiano un costo ragionevole è un altro paio di maniche. Inoltre mi piace costruirmi da solo le cose.

[Livio Orsini]

Hai bisogno di un regolatore che generi una tensione costante con imite di corrente.

Sulla batteria della moto dovresti leggere la tensione di carica in modalità stand by (batteria in tampone) e massima corrente di carica.

Comunque i valori nonormali, se è piombo con elettrolita gel, sono 13.6V - 13.8V con limite di corrente 1/10 della capacità. Per accumulatori al piombo acido i valori sono simili.

Se l'alternatore funziona bene dovresti avere sempre una tensione, dopo il ponte (se già non inserito nell'alternatore) di circa 14V.

 

Per fare un buon lavoro, come suggerisce dott. Cicala, dovresti mettere tra laternatore e batteria, un alimentatore SMPS detto bust, cioè in grado regolare in step up e step down, ovvero di mantenere costante la tensione di uscita anche se il valore di ingresso è minore di quello richiesto.

Però quasi certamente la tensione non scende sotto i 14V, quindi è sufficiente uno step down con uscita a 13.6V-13.8V e con limite di corrente.

 

Farselo non è poi un'impresa sovrumana; si trovano numerose AN delle case produttrici di regolatori step down (TI, LInear, etc.).

Il vero problema,  a mio avviso, è costruire un regolatore affidabile nelle condizioni ambientali piuttosto "spinte" come quelle di un motoveicolo. Oltre ad un'escursione di temperatura a livello quasi  militare, c'è tutta la problematica relativa agli shicks e vibrazioni che è a livello di apparati  militari; basta leggere le spcifiche dei prodotti di autonica per rendersene conto.

Poi ci sono i distrubi che un regolatore switching emette ed irradia: potrebbero compromenttere il buon funzionamento dlla centralina del motore.

 

Capisoc la soddisfazione del farsi i lavori in proprio, però ci sono dei casi in cui è meglio affidarsi a buoni prodotti certificati.

[hfdax]

L'idea del ponte controllato che ho pensato la ritenete non praticabile?

[Livio Orsini]

Io non la ritengo praticabile, almeno secondo le mie conoscenze di questo alternatori.

Quello che non capisco della tua descrizione è il carico su di un resitore per limitare la tensione alla batteria.

Non credo funzioni così. Penso che ci sia un regolatore serie che limiti la corrente di carica.

[gabri-z]

I meno evoluti che ho incontrato non facevano dissipare l'eccesso , ma interrompevano l'eccitazione ...dissipare tutta quella energia sembra strano.

Per il ponte comandato ( o semi ) ,bisogna pensare alla frequenza variabile , sincronizzazione , e torniamo a quel che ha detto Livio : Certe volte dobbiamo fidarci dei prodotti altrui...almeno per la tranquillità .

[hfdax]

2 ore fa, Livio Orsini scrisse:

Quello che non capisco della tua descrizione è il carico su di un resitore per limitare la tensione alla batteria.

Scusa Livio ma non ho menzionato alcun resistore, non capisco a cosa ti riferisci.

2 ore fa, Livio Orsini scrisse:

Non credo funzioni così. Penso che ci sia un regolatore serie che limiti la corrente di carica.

Così è come dovrebbe essere, ma non è.

Rileggendo il mio post iniziale mi accorgo che la mia esposizione non è molto chiara, quindi proverò a fare di meglio con l'aiuto di un ottimo articolo dell'amico Andrea che potete trovare qui, il quale spiega tutto molto bene.

In pratica, in questi regolatori montati di serie e forniti dai ricambisti, chiamati di tipo SHUNT nel settore, le 3 fasi entrano in un raddrizzatore, da cui esce tutta la tensione raddrizzata (che  tra l'altro a motore freddo quando il limitatore non interviene sfiora i 200 volt), quindi un comparatore da l'impulso a tre triristori  (o mosfet nel migliore dei casi) affinchè effettuino un cortocircuito a massa (che grava sugli avvolgimenti dello statore) ogni volta che la tensione in uscita supera la soglia dei 14V. Ne risulta che l'alternatore è sempre "tirato a canna".

 

Questo è lo schema grosso modo (fonte: www.farediunamosca.com/schema-regolatore-tensione-trifase.html)

 

Un'alternativa migliore al tipo SHUNT sono quelli di tipo SERIE che funzionano come dici tu Livio, quando la tensione di entrata è superiore a quella desiderata invece di chiudere un interruttore verso massa si apre semplicemente un interruttore in serie che nei casi migliori è ottenuto con un mosfet. Il problema però è che così tutta la dissipazione che prima era a carico dello statore ora si sposta sul mosfet di uscita che deve sopportare un enorme carico di lavoro.

Esistono infine quelli che costituiscono la soluzione migliore che appunto sono realizzati con un ponte controllato ad SCR. Questi lasciano passare dal ponte solo la corrente che serve spostando l'angolo di innesco e riducono la dissipazione termica sia sullo statore che sullo stadio di regolazione.

 

Quest'ultima soluzione è quella che mi riproponevo di adottare ma non so come creare l'innesco dei tiristori. È li che mi servirebbe una mano.

È vero che stando all'articolo citato si possono reperire negli USA e il costo non sarebbe poi neanche proibitivo ma ottenerli non è cosi facile. e comunque per me sarebbe anche l'occasione di fare pratica con un settore dell'elettronica sul quale sono poco esperto, quello dei tiristori.

[gabri-z]

31 minuti fa, hfdax scrisse:

 

Per me , questo schema (anche se fosse pensato bene ) , è disegnato MALE .(male nel senso di sbagliato e non perché fatto a mano , io disegno peggio a mano ) e comunque , manca la parte più impegnativa , quella di controllo ...come anche dalla successiva .

Dipende tanto di quanta voglia hai per mettere insieme un impianto completo ....come dicevano prima : non è impossibile ma.....

[hfdax]

48 minuti fa, gabri-z scrisse:

Per me , questo schema (anche se fosse pensato bene ) , è disegnato MALE .(male nel senso di sbagliato e non perché fatto a mano , io disegno peggio a mano ) e comunque , manca la parte più impegnativa , quella di controllo ...come anche dalla successiva .

È la ragione per cui ho detto "grosso modo"

48 minuti fa, gabri-z scrisse:

Dipende tanto di quanta voglia hai per mettere insieme un impianto completo ....come dicevano prima : non è impossibile ma.....

Il problema in realtà non è la voglia ma proprio l'ignoranza specifica. Non ho idea di come generare l'innesco con l'angolo giusto alle varie frequenze. Poi, è senz'altro possibile che, sia qualcosa di troppo difficile o complicato da realizzare ma finché non lo so....

Ho pensato che, visto che il valore di picco aumenta all'aumentare della freq. le semionde aumentano in ampiezza e diminuiscono in durata. C'è quindi una forma di "compensazione" tra queste due variazioni: la prima incrementa l'energia  generata dalla semionda mentre la seconda la riduce o sbaglio? Sarebbe da valutare se esiste un valore fisso del tempo di innesco (intervallo tra il passaggio per lo zero e l'istante di innesco) che possa andare bene per mantenere a tutte le frequenze un passaggio di energia sufficiente ma non eccessivo. Non sarà un valore costante a tutte le frequenze ma l'importante sarebbe ottenere una variazione non eccessiva.

[dott.cicala]

Ripeto:

E' inutile farsi le seghe mentali col ponte semicontrollatosincronizzatoinfrequenza che è una supercazzola.

Basta un semplicissimo buck con ingresso rettificato, senza nemmeno il condensatore, si farà a valle il filtraggio e la sabilizzazione.

 

[hfdax]

semicontrollatosincronizzatoinfrequenza bella! però non è semicontrollato

Comunque trattasi di una mia pensata, e come tale possibilissimo che sia una supercazzola.

Però un dubbio mi sorge spontaneo.

Cercando tra i regolatori commerciali si trovano articoli come il quarto di questa pagina che sfruttano il principio del ponte trifase controllato (magari non  semicontrollatosincronizzatoinfrequenza) e sono considerati i migliori per le ragioni elencate precedentemente.

Perché i costruttori non scelgono di usare il convertitore buck, visto che offre gli stessi vantaggi pur essendo più semplice?

 

 

 

[dott.cicala]

Non ho la moto e devo prendere per buone le tue affermazioni.

22 ore fa, hfdax scrisse:

Ho scoperto che è un problema ricorrente con i regolatori commerciali

18 minuti fa, hfdax scrisse:

Cercando tra i regolatori commerciali si trovano articol...

O sono affidabili e quindi non c'è motivo di riprogettarli o non lo sono e non è il caso di prenderli ad esempio.

Quello che è certo per la mass production, devono costare il meno possibile e durare il minimo indispensabile.

[Livio Orsini]

 

14 ore fa, hfdax scrisse:

semicontrollatosincronizzatoinfrequenza bella! però non è semicontrollato

 

Non c'è molto da ridere perchè è proprio semicontrollato, se ci fossero 6 SCR disposti a ponte allora sarebbe total controllato.

 

Per il resto io ho già espresso la mia opinione sia in merito alla soluzione sia in merito all'affidabilità di un autocostruito.

[gabri-z]

Livio , forse a te è sfuggito oppure me la sogno : E' un cortocircuito semicontrollato

 

[Livio Orsini]

23 ore fa, dott.cicala scrisse:

E' inutile farsi le seghe mentali col ponte semicontrollatosincronizzatoinfrequenza che è una supercazzola.

 

Io mi riferivo a questa frase ed alla seguente di hfdax.

Che poi quello schema presenti un corto circuito controllato è anche vero, almeno per 2 semicli, poi 2 SCR muiono  nin c'è più corto. ma hfdax ha premesso che si tratta di uno "schema di massima".

[hfdax]

Mi sembra di ravvisare qualche equivoco.

 

6 ore fa, Livio Orsini scrisse:

non c'è molto da ridere perchè è proprio semicontrollato, se ci fossero 6 SCR disposti a ponte allora sarebbe total controllato.

Scusa ma hai frainteso, Io mi riferivo all'altro schema, quello a colori che è totalmente controllato con 6 SCR che vorrei realizzare e che cicala ha definito  "semicontrollatosincronizzatoinfrequenza" (penso riferendosi alla mia pensata su come gestire l'innesco). C'è da ridere solamente perché la battuta è bella. Il termine messo così mi ha divertito e la mia risata era sincera, non sarcastica, Ho messo le emoticons proprio per farlo capire a dott. cicala (che non si offendesse), Dai che un po di autoironia ce l'ho pure io!

Infine, giusto per chiarire, il ponte a cui ti riferisci tu è quello dello schema di massima fatto a mano che è davvero un cortocircuito controllato verso massa come dice gabri-z ma ci crediate o no è davvero così che sono fatti quelli montati di serie (l'articolo che ho segnalato lo spiega bene) che senz'altro avranno qualche sistema per limitare il corto ma comunque dopo un po bruciano e spesso fanno bruciare anche l'avvolgimento statorico. È la ragione per cui volevo sostituirlo con qualcosa di simile allo schema a colori. Questi ultimi esistono in commercio ma  sono costosi e più difficili da reperire.

 

20 ore fa, dott.cicala scrisse:

O sono affidabili e quindi non c'è motivo di riprogettarli o non lo sono e non è il caso di prenderli ad esempio.

Concordo e infatti, come ho già detto quelli standard (schema di massima fatto a mano) non lo sono mentre quelli a ponte di SCR (schema a colori) lo sono e perciò li prendevo ad esempio.

Il fatto che tu mi suggerisca di ricorrere al buck non fa una piega per me, sei tu l'esperto e figurati se contesto. Mi chiedevo solo, per mia curiosità,  perché non lo facciano i costruttori.

Tant'è vero che sto raccogliendo informazioni per vedere come fare un buck. Però onestamente fare un buck mi solletica di meno.

In fin dei conti, ragazzi, vediamo di capirci. Per quanto siano costosi si parla sempre di cifre abbordabili. Il tempo dedicato ad autocostruirmelo probabilmente non sarebbe giustificato dal risparmio economico, ma la verità è che ho voglia di impratichirmi con i tiristori. Questa è solo un occasione per farlo ed è la ragione di questa discussione.

 

Di sicuro la prossima 'estate sarò in giro con la moto che monterà un regolatore autocostruito o acquistato.

 

 

[dott.cicala]

Non sono esperto in questo genere di applicazioni, tutt'altro.

La supercazzola, ovvero ciò che confonde, da cui ho derivato semicontrollatosincronizzatoinfrequenza, per me non è tanto l'uso di scr, il semicontrollato ecc ecc, ma la sincronizzazione con la frequenza. Non è per niente semplice riuscire in questo scopo volendo farlo in casa, specialmente perché il regime del motore è molto variabile.

Se poi si considera che l'alternatore è trifase, la cosa si complica ulteriormente.

Il collaudo sarebbe abbastanza difficile. O si ha ha disposizione un generatore capace di generare un segnale simile al reale, comprese le repentine variazioni di regime, oppure ci vuole la moto con cui sgasare 

Spesso è più impegnativo il set up per il collaudo che il d.u.t. ma senza il set up il d.u.t. non si prova.

 

Facendolo in casa, vedo più semplice raddrizzare il tutto, magari spianare leggermente e applicare la tensione all'ingresso di un buck il cui feedback, che sia in corrente o in tensione, è sull'uscita dc.

 

Ma non l'ho mai fatto prima, non conosco le problematiche e ci penserei due volte prima di metterlo sulla strada.

 

[dott.cicala]

 

5 ore fa, hfdax scrisse:

ho voglia di impratichirmi con i tiristori

per questo è meglio che inizi da un'applicazione più semplice e monofase.

Prima un ponte semicontrollato: 2 diodi e 2 scr

poi un total controllato : 4 scr

non è poi tanto banale la cosa

[gabri-z]

il 29/11/2017 at 21:40 , hfdax scrisse:

L'alternatore trifase genera una tensione che varia fortemente in funzione del regime del motore:
al minimo (1800 g/min circa) ho 26 VAC a 160 Hz
a 4000 g/min ho 60 VAC a 390 Hz
a 6000 g/min ho 92 VAC a 600 Hz
oltre interviene il limitatore.

L'alternatore è in presa diretta o c'è qualche rapporto (e quale se si ? )

 

7 ore fa, dott.cicala scrisse:

La supercazzola, ovvero ciò che confonde, da cui ho derivato semicontrollatosincronizzatoinfrequenza, per me non è tanto l'uso di scr, il semicontrollato ecc ecc, ma la sincronizzazione con la frequenza.

 

il 30/11/2017 at 12:32 , gabri-z scrisse:

Per il ponte comandato ( o semi ) ,bisogna pensare alla frequenza variabile , sincronizzazione ,

 

[Livio Orsini]

14 ore fa, hfdax scrisse:

ma ci crediate o no è davvero così che sono fatti quelli montati di serie (l'articolo che ho segnalato lo spiega bene) che senz'altro avranno qualche sistema per limitare il corto ma comunque dopo un po bruciano e spesso fanno bruciare anche

 

Ammesso che l'articolista conosca l'argomenti di cui scrive (sul webb si trovano bufale colossali a volte scritte in malafede e più spesso dovuta ad ingoranza sesquipedale [come avrebbe scritto Gianni Brera]). Se quello è il circuito non può far latro che rompere il componente più debole. Non può regolare alcunchè se non come daanno collaterale.

 

14 ore fa, hfdax scrisse:

Scusa ma hai frainteso, Io mi riferivo all'altro schema, quello a colori che è totalmente controllato con 6 SCR....

 

Dopo la tua spiegazione è chiaro, non sempre son chiari i riferimenti ai messaggi se si danno risposte senza citazioni.

 

Poi sempre per ritornare al tema della discussione.

Io, per mia esperienza personale, sono convinto che la difficoltà maggiore non sia la messa a punto del circuito elettrico che, per un buon progettista, non presenta difficoltà notevoli, ma nella messa a punto del circuito per lavorare in quelle particolari condizioni ambientali, specialmente se non si dispone di attrazzatira adatta per le prove (camere climatiche, tavole vibranti, generatori e strumenti per i tests di EMC) e, soprattutto, di pratica di queste problematiche.

[hfdax]

Dott.cicala: le tue ultime risposte non sono quelle che speravo ma sono il tipo di risposte che cercavo. Spiegazioni tecniche, anche se sintetiche, del perché e del percome.

 

10 ore fa, dott.cicala scrisse:

...a sincronizzazione con la frequenza. Non è per niente semplice riuscire in questo scopo volendo farlo in casa....

L'avevo intuito ma ho pensato: magari mi sbaglio e la soluzione è più semplice di quanto sembri (capita spesso) ed è per questo che ho chiesto lumi a chi è più esperto di me. Adesso so che è un idea da scartare ma soprattutto perché lo è. Quindi grazie.

11 ore fa, dott.cicala scrisse:

...meglio che inizi da un'applicazione più semplice e monofase.

consiglio che seguirò. Nel frattempo approfondirò per il buck.

 

4 ore fa, gabri-z scrisse:

L'alternatore è in presa diretta o c'è qualche rapporto (e quale se si ? )

Visto il rapporto giri al minuto / Hz che ho rilevato sembrerebbe non sia in presa diretta ma in un rapporto 10:1. perché lo chiedi?

 

il 30/11/2017 at 12:32 , gabri-z scrisse:

...Per il ponte comandato ( o semi ) ,bisogna pensare alla frequenza variabile , sincronizzazion...

Ma è proprio li la mia difficoltà. Mi chiedevo de esistesse una soluzione praticabile. Ora lo so.

 

2 ore fa, Livio Orsini scrisse:

Ammesso che l'articolista conosca l'argomenti di cui scrive (sul webb si trovano bufale colossali a volte scritte in malafede e più spesso dovuta ad ingoranza sesquipedale...

Tutto può essere ma leggendo l'articolo non ho avuto questa impressione. Diciamo che è talmente ben fatto (ho anche verificato alcune cose) che.... Mah....! Un lavoraccio del genere per mettere in rete una bufala?.

 

 

 

[gabri-z]

Scusami , ma non avevo notato la frequenza corrispondente .

Sarebbe stato per valutare proprio l'ambito delle frequenze.

[ilguargua]

il 29/11/2017 at 21:40 , hfdax scrisse:

L'alternatore trifase genera una tensione che varia fortemente in funzione del regime del motore:
al minimo (1800 g/min circa) ho 26 VAC a 160 Hz
a 4000 g/min ho 60 VAC a 390 Hz
a 6000 g/min ho 92 VAC a 600 Hz

 

Una curiosità : queste tensioni le hai misurate a vuoto o con un carico?

 

Ciao, Ale.