Alternador de 3 fases para cargar baterías

De hecho, un alternador de automóvil funciona como una fuente de corriente, pero está regulado a un límite de voltaje máximo.
Siempre que el alternador gire a una velocidad suficiente (rpm), si acortaba el campo a 12 V y tenía el circuito abierto de salida, produciría aproximadamente 70-80 VCC. Cuando se conecta a una batería (y se está cargando), la corriente solo está limitada por el diseño (corriente de campo máxima) y el campo se apaga / reduce (en realidad se opera como PWM en la mayoría de los diseños) si el voltaje supera el límite establecido.

Si reduce las rpm del alternador hasta un punto en el que no puede producir suficiente salida de voltaje (incluso con la corriente de campo máxima), obviamente no puede cargar la batería. Sin embargo, una vez que tenga las rpm suficientes para producir más del voltaje requerido, tendrá una ondulación mínima en la salida, ya que tiene un rectificador de onda completa trifásico. Cada par de rectificadores conduce a 120 grados en total, por lo que la ondulación es muy baja.

Algocomo esto puede ayudarte.

En el mejor de los casos, un alternador de vehículo solo tiene una eficiencia de aproximadamente 50-55%, y cuando toma en cuenta otras pérdidas, se aproxima a una eficiencia general de solo un 25%. Consulte aquí para obtener una excelente explicación.

Si planea usar el alternador para cualquier uso de proyecto, puede considerar cambiar a diodos Schottky, rectificadores basados en FET y / o aumentar el voltaje de salida.
Existe una gran cantidad de material en los sistemas de 42 V CC, y puede obtener un alternador de automóvil bastante normal para producir este voltaje con los nuevos controles electrónicos basados en MCU. Esto aumenta considerablemente la eficiencia y la capacidad de potencia de salida.
Este documento por Tang et al es un buen punto para comenzar, y este documento vale la pena leerlo en detalles más detallados.

La forma en que funciona el sistema de generación eléctrica de su automóvil típico es mucho más compleja de lo que la mayoría de la gente entiende.

El alternador trifásico en efecto produce tres voltajes sinusoidales cada 120 grados de diferencia y el rectificador trifásico elimina los picos de esas ondas cuando el voltaje es mayor que el voltaje regulado.

Puedeparecer,comoustedhapreguntado,quenoestamosutilizandotodalapotenciadisponibledelalternador.Sinembargo,noestansimple.Nopuedeconsiderarelalternadorcomounafuentedealimentaciónindependiente,comounabateríaofuentedealimentaciónquetieneunafuentedeentradafija.

Unalternadorconviertelaenergíamecánicaqueextraedesumotorylaconvierteenenergíaeléctrica.Lacantidaddeenergíaquenecesitatomar,ylacantidaddecargaquecargaensumotor,dependedelacantidaddeenergíaeléctricaqueextraigadelasbobinas.

Dehecho,lacorrientesoloseextraedecadafasedelalternadorduranteelpuntomásaltoensuciclodevoltaje.Sinembargo,esotambiénsignificaque,duranteelrestodelciclo,labobinanoextraeenergíadelmotor.

Estosignificaquelatransferenciadepotenciadelmotorasucargaeléctricatambiénserectificaatravésdelrectificadorsinpérdidassignificativas,ademásdelasinherentesalascaídasdevoltajeenlosdiodos,ylaeficienciadelalternadorensí.

Además,losalternadoresnosondinamospermanentesdedinamos.Elcampomagnéticoenelquegiranlasbobinasescreadoporlabobinadecampo,unelectroimán,silodesea.Lacorrientequesealimentaatravésdeesabobinaesloquedeterminalacantidaddevoltajequeproduceelalternador.

Cuandogiraslallaveenelencendido,sindudaeresconscientedequehaydospuntos.Elprimeroconectalabateríaalsistemaeléctricoypuedeestaretiquetadocomo"accesorios". El segundo punto está etiquetado como "encendido" y este conecta las bobinas de campo del alternador, y cualquier controlador de motor que pueda tener su automóvil más moderno. La luz de encendido en su tablero de instrumentos, tradicionalmente, está en serie con la bobina de campo. Se encenderá en este punto porque la bobina está recibiendo la corriente máxima y se apagará cuando se arranque el motor y el alternador comience a producir energía y se reduzca la corriente de campo.

La corriente de la bobina de campo se controla para mantener el voltaje de salida a unos pocos voltios por encima del voltaje de la batería en todo el rango de velocidad de operación del motor y la carga eléctrica aplicada al sistema.

A medida que el motor se acelera o apaga el desempañador de la ventana, la corriente de campo se reduce para mantener el voltaje dentro del rango requerido. Además, también significa que la potencia tomada del motor es constante para cualquier carga eléctrica dada.

La potencia que se toma del motor también hace que el sistema de control del motor compense. Cuando está inactivo, si la carga eléctrica es alta, tenderá a arrastrar el motor más lento. El ralentí o el controlador del motor avanzarán la velocidad de ralentí para crear más potencia para compensar. Cuando navega a lo largo, es el pie del conductor el que hace la compensación.

En cuanto a si se trata de una fuente de corriente o de voltaje, es una simplificación pensar de esa manera. En realidad es un convertidor de potencia regulado por voltaje.

Pero con el continuo deseo de mejorar el kilometraje, creo que una mayor eficiencia en un alternador de automóvil sería una buena manera de obtener ese último .2 mpg. Además, en las instalaciones de energía eólica, donde la salida se rectifica a CC (antes de ejecutar un inversor de 60 Hz), ¿es muy importante?

Algo debe estar mal en mi forma de pensar, porque si tengo razón, todo alternador que tenga una salida de CC rectificada debería tener un controlador de factor de potencia como parte del sistema. Pero no lo hacen. ¿Es solo porque a la gente no le importa que desperdicien energía? ¿O que el costo es demasiado alto?

Entiendo totalmente cómo funcionan los dispositivos trifásicos. Diseño fuentes de alimentación off-line KW. Pero cada diseño que hago incluye un controlador de factor de potencia para resolver el problema de solo dibujar la corriente desde la línea cuando los rectificadores tienen polarización directa. La línea eléctrica tiene una impedancia de fuente muy baja. Un controlador de factor de potencia consiste en un convertidor "boost" que aumenta la CA rectificada entrante a 370V. El convertidor elevador utiliza un inductor + FET + Schottky y un controlador para aumentar incluso los voltajes bajos al nivel de 370V, por lo que la corriente se extrae a lo largo de todo el ciclo, incluso cerca del cruce por cero. El controlador cambia el ancho de pulso a la puerta FET durante el ciclo para producir una forma de onda de corriente que coincida exactamente con la forma de onda de voltaje. Entonces, un controlador PWM parece una carga resistiva para la línea.

Cuando diseño para trifásico, utilizo 3 controladores completos de factor de potencia y vinculo sus salidas de 370V. De esa manera, las 3 fases "piensan" que están conectadas a resistencias. Eso mantiene a la compañía eléctrica (y a las agencias reguladoras

Cuando miro el alternador de un automóvil, veo el mismo problema: si el alternador realmente genera un pico de 15V, entonces la corriente fluye solo cuando la forma de onda está arriba (12.6V + .7V), lo cual no es mucho ciclo. Esto sería muy ineficiente y daría como resultado corrientes pico muy altas.

La única explicación que se me ocurre es si el alternador funciona como una fuente de corriente y el voltaje de circuito abierto es mucho mayor que 15V. Luego, las bobinas se utilizarían en un grado mucho mayor, ya que la forma de onda de voltaje excedería los 15 V al principio del ciclo. Cuando la batería se cargó O se desconectó, el regulador reduciría la corriente de campo para reducir o detener la corriente para evitar que la tensión suba.

Siempre pensé en un generador / alternador como una fuente de voltaje "dura" (resistencia de fuente baja). ¿Eso es incorrecto?

Mi vecino tiene un pequeño tractor de césped John Deere. Tiene un alternador de imán permanente. Tengo mucha curiosidad por saber cómo funciona el regulador. Pensaría que necesitaría una fuente de alimentación de conmutación completa para tratar con la batería. Y veo anuncios de alternadores de imán permanente en la red. Se venden para instalaciones de energía eólica domésticas. ¿No necesitaría agregar un controlador de factor de potencia en la salida del alternador para obtener la utilización completa de las bobinas y regular el voltaje de salida?

¿O me equivoco?