dúvida Esquema eletrico com baterias e dinamo

[Lucas T Mendes]

Olá pessoal tudo bem? sou novato com eletrônica e estou com uma duvida, tenho um sistema de luzes e buzinas alimentados por um banco de baterias 18650 (3s3p), porém para não ter que ficar tirando gostaria de colocar um dínamo para recarregar o banco de baterias, ja construí um dínamo e nos meu testes  ele acaba gerando de 0v a 25v (alternada), queria saber como eu consigo dimensionar uma ponte de diodo (para deixar corrente continua e um regulador de tensão para não deixar passar de 12,6 v e se é necessário um banco de capacitor. O pico de consumo do sistema (luzes e buzina funcionando é de 30w.

[Jack O'Neo]

Qual a corrente máxima que o seu dínamo consegue fornecer?

Um banco de baterias como este pode chegar a consumir 4,5A quando na metade da carga se não houver limitação, e danificará facilmente se não houver proteção contra descarga além do limite mínimo que é 3.7V.

Além disso é importante assegurar-se de que as células em questão são mesmo para 4.2V, se foram reaproveitadas de uma bateria de notebook HP antigo provavelmente são de 4.1V, se forem novas 4.2V é o mais provável mesmo, no entanto um simples regulador de tensão não é o ideal para recarga de baterias de íons de lítio, este tipo de bateria demanda um carregador capaz de detectar o final do ciclo de carga, e que ao final do ciclo deixe de alimentá-la, se ele monitorar a temperatura das células durante a carga melhor ainda.
 

Se a ideia é utilizar os equipamentos enquanto a carga ocorre, o ideal serial que seu dínamo conseguisse entregar pelo menos 150W, aproximadamente 70W para a carga da bateria e 30W para o sistema em si, e uma folguinha pra não ficar no limite, caso contrário terá que limitar a corrente de carga do carregador e isso pode implicar em demasiado tempo de recarga antes de utilizar o equipamento uma segunda vez.

Outra coisa que me ocorre é que se tens um dínamo e um motor tocando ele constantemente não precisarias tanto assim de baterias um simples conversor para a tensão desejada já faria o trabalho...

Deve-se levar em consideração que a tensão gerada pelo seu dínamo em 25V AC equivale a uma tensão DC de aproximados 35V após retificação e filtragem...
35 - 12.6 = 22.4
22.4 x 2.4 = 53W é a quantidade de energia dissipada em forma de calor num regulador linear qualquer com o teu aparato em funcionamento sem baterias com as baterias ficaria muito pior, acho que fica inviável portanto pois, precisarias de um dissipador enorme e ar forçado ou dividir essa dissipação de calor em alguns transistores auxiliares, sugiro então algo como um buck converter destes: 

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 que poderia ser utilizado para tocar o sistema direto com a alimentação do dínamo caso este consiga fornecer pelo menos uns 3.5A (pra ter folga), mas poderia também ser utilizado em conjunto com um carregador inteligente e um sistema de proteção contra descarga excessiva, cabe salientar que mesmo com a aquisição do buck ainda irás precisar de uma ponte de diodos e um capacitor para retificar e filtrar antes de passar a corrente DC pelo buck converter.

Se quiseres fugir de toda essa novela podes adquirir um power pack pronto que vai acabar saindo mais barato acredito, a maioria já vem com carregador inteligente com monitoramento da temperatura, e controle de descarga para evitar descarga excessiva das células, só terias que prestar atenção nas tensões e corrente de saída que devem ser compatíveis com o uso, neste caso um power pack que forneça 12V e 3.5A na saída me parece ser mais que suficiente.  
 

 

 

[Lucas T Mendes]

@Jack O'Neo Muito obrigado por todas explicações, quanto ao pack ele ja usa um BMS de 20A, que o fabricando diz que a carga maxima para carregamento é de 13,2V, e agora vi que consigo colocar uma segunda bobina no motor da bicicleta, e que em altas rotações pode passar dos 40v AC,  vi em alguns projetos as pessoas usando um retificador para motos de baixa cilindrada, para eles utilizando de uma bateria de chumbo, minha duvida seria como fazer essa retificação e filtragem com dessa corrente de 0 a 40v AC para para um corrente de 12,6v DC o problema que eu não sei como calcular a capacidade dessa bobina em Amperes.

[Jack O'Neo]

@Lucas T Mendes

Se ao invés de um dínamo tiveres disponível um alternador, preferencialmente trifásico como numa moto, podes ir por este outro caminho abaixo, não adianta querer reinventar a roda portanto tudo que fiz foi trazer um artigo encontrado e traduzido pelo google, existem várias versões desse tipo de aparelho, esta é bastante simples e mais fácil de entender e implementar.

Basicamente o que o dispositivo abaixo faz, se bem recordo de um tópico anterior, é fornecer corrente para a ponte de diodos a direita do circuito enquanto a tensão na fase ativa do alternador estiver dentro do aceitável, ultrapassando determinado nível de tensão, S1/S2/S3 é ativado, colocando a fase em curto com o ground desta forma impedindo que uma tensão maior que a determinada pelo circuito a esquerda passe pela ponte de diodos e vá para a bateria...

 

Certamente se fosse eu a montar algo como isto provavelmente optaria por modificar o alternador para que ficasse mais próximo das minhas necessidades de tensão e corrente, e utilizaria um buck/boost converter com até 96% de eficiência na conversão de tensões, mas cada um pensa de um jeito, não fosse assim talvez utilizássemos corrente DC nas paredes caso o Edson tivesse vencido a "batalha das correntes"...

 

Vale lembrar que nesse circuito proposto qualquer tensão abaixo da máxima determinada, entre 0V e 12.6V no seu caso, passará pela ponte de diodos e irá para a bateria, talvez seja interessante pensar em algum detector de nível de tensão acionando um relé somente quando a tensão estiver no nível ideal de carga, e vale lembrar também que as baterias de íons de lítio tem quantidade máxima de ciclos de recarga, talvez seja mais interessante mesmo utilizar uma bateria de moto caso opte pela abordagem abaixo...

Seria interessante e ideal que trouxestes fotos da sua montagem até então para que pudéssemos entender um pouco melhor o que está rolando.

 

 

 

Regulador de tensão para motocicleta faça você mesmo MCircuits  5/22/2010 

Introdução:

Este projeto é um regulador de tensão para um alternador trifásico de ímã permanente encontrado em motocicletas. O mesmo projeto pode ser usado para alternadores monofásicos simplesmente eliminando algumas peças. Este projeto descreve apenas o regulador, embora um retificador seja normalmente integrado à unidade.

 

 

 

Análise do circuito:

Consulte o diagrama do circuito durante a análise do circuito.

 

Visão geral:

A maneira como esse tipo de regulador controla a tensão de saída do alternador é simplesmente encurtando o enrolamento do estator por um ciclo da forma de onda CA. Isso é chamado de desvio. Isso é feito porque é muito mais fácil curto-circuitar um indutor (o enrolamento do estator é um indutor) do que abrir um indutor. Tensões muito altas são induzidas quando um circuito indutor é aberto. Isso pode causar uma avaria no isolante do enrolamento.

 

O dispositivo usado para desviar um ciclo de uma fase é um SCR. Um retificador controlado por silício atua como um diodo quando acionado em sua porta. Ele para de conduzir quando a corrente cai abaixo de um valor limite muito baixo. Uma vez que ele pare de conduzir, ele não conduzirá novamente até que receba outro sinal de portão.

 

Um circuito de detecção de tensão é usado para acionar a porta em cada um dos três SCRs. A tensão limite para acionar o portão é selecionada como 14,6 volts (na tensão do sistema da motocicleta). É quando o portão seria acionado se não houvesse capacitor, conforme descrito no próximo parágrafo.

 

Como a tensão de um alternador flutua, o circuito de detecção será acionado durante um pico na forma de onda de uma das fases, mas isso faz com que a tensão média seja muito baixa. Para aumentar a tensão média do sistema sem aumentar o limite de detecção, um capacitor simples é usado para atrasar o disparo das portas SCR. O capacitor atua como um filtro para reduzir a ondulação CA que vai para o circuito de detecção. Se a tensão do sistema fosse estritamente DC (sem ondulação), a porta dispararia em 14,6v e a tensão média seria 14,6v. Na realidade, a tensão média é sempre menor que a tensão limite e só se aproxima dela à medida que a ondulação diminui. A tensão de disparo real é superior a 14,6 V, mas a tensão média é inferior a 14,6 V. À medida que a ondulação diminui, as tensões média e de disparo se aproximam de 14,6v.

R1, Z1, D1, D2 e R2 compõem o circuito de detecção. R1 permite que uma corrente “inativa” flua através do circuito de detecção, de modo que o diodo Zener Z1 e os diodos regulares D1 e D2 estejam na porção linear de sua faixa de operação. À medida que a tensão do sistema elétrico da motocicleta aumenta além de um limite definido, Q1 começa a conduzir. Isso envia corrente para as portas dos SCRs. D3-D5 agem para isolar as portas umas das outras. R3, R5 e R7 atuam como resistores limitadores de corrente para as portas. R4, R6 e R8 atuam como drenos para qualquer possível vazamento no Q1.

 

Para determinar os valores dos componentes, provavelmente é melhor começar na saída e trabalhar em direção à entrada. 

  

Selecionando S1-S3:

S1 a S3 deve desviar uma grande quantidade de corrente para reduzir a tensão de saída dos alternadores. Normalmente, isso pode se aproximar de 15 ou 20 amperes por curtos períodos de tempo. A queda de tensão direta típica nos SCRs será de cerca de 1 ou 2 volts. Isso resulta em potência significativa que deve ser dissipada pelo SCR. Os SCRs serão selecionados como dispositivos de 25 amperes que podem atingir até 300 amperes. Eles terão que ser dissipados com gel térmico para lidar com a energia.

 

O número de peça comercial é NTE5460 ou ECG5460. Esses são os componentes mais caros do projeto e não estão disponíveis na Radio Shack. Eles podem ser obtidos através de Newark ou MCM.

 

Selecionando D3-D5:

D3 a D5 são simplesmente para isolar os três SCRs um do outro. Não se sabe a importância dos diodos para o circuito, mas eles foram colocados apenas por precaução. Eles são selecionados como diodos de pequeno sinal. A parte comercial # é 1N4148. Não há corrente ou energia significativa para se preocupar.

 

Selecionando R3, R5, R7:

Esses três resistores atuam para limitar a corrente para as portas SCR. As especificações do SCR colocam 0,040 amperes como limite para a corrente do portão. Os resistores serão selecionados para limitar a corrente a 0,019 amperes. A tensão da porta é de aproximadamente 0,8 volts. A tensão em R3 pode ser encontrada da seguinte forma:

 

R3tensão = tensão do sistema – tensão Q1 – tensão D3 – tensão do portão

Tensão R3 = 14,6v - .1v - .7v - .8v = 13v

 

O valor de R3 pode ser encontrado agora que a corrente e a tensão são conhecidas:

 

R3 = R3tensão / R3corrente

R3 = 13v / 0,019 amp

R3 = 684 ohms

 

A potência em R3 é encontrada:

R3potência = R3tensão * R3corrente

R3power = 13v * 0,019amp = 0,247watt

 

Por segurança, um resistor de 0,5 watt será usado.

 

R5 e R7 são encontrados da mesma forma que R3.

R3, R5 e R7 serão selecionados como resistores de 680 ohm, 0,5 watt.

 

Selecionando R4, R6, R8:

Esses três resistores são para drenar qualquer possível vazamento que possa haver em Q1. Eles serão selecionados de tal forma que drenarão cerca de 0,001amp no momento em que o gate estiver sendo acionado. A tensão do portão é a mesma que a tensão em R4. Portanto, R4 é encontrado:

 

R4 = tensão da porta / 0,001amp

R4 = 0,8v / 0,001amp = 800 ohms

 

Como não é crítico, por conveniência, R4, R6 e R8 serão selecionados como 680 ohms para corresponder a R3, R5 e R7. 

 

A potência em R4 é encontrada:

R4potência = R4tensão * R4corrente

R4 potência = 0,8 v * 0,0012 = 0,00096 watt

 

R4 pode ser um resistor de 0,25 watts com segurança, mas para usar a mesma parte que R3, R5 e R7, também pode ser de 0,5 watt.

 

R6 e R8 são encontrados da mesma forma que R4.

R4, R6 e R6 serão selecionados como resistores de 680 ohm, 0,5 watt.

 

Selecionando Q1:

Q1 é um transistor PNP. Como cada um dos três circuitos de porta consumirá 0,02 amperes, o transistor deve fornecer 0,06 amperes. Por motivos de disponibilidade e confiabilidade, Q1 será selecionado como um transistor TIP42. O transistor pode suportar 10 amperes e tem uma potência de 65 watts. Isso excede em muito os requisitos do primeiro trimestre. Portanto, o transistor nem precisará de um dissipador de calor. O ganho mínimo é de 20 para um TIP42, mas normalmente eles têm um ganho mais próximo de 100. Será assumido, portanto, que o ganho seja de pelo menos 50 nesta aplicação.

 

Circuito de detecção:

Z1, D1, D2, R1 e R2 compõem o circuito de detecção de tensão. R1 determina qual será a corrente ociosa antes de Q1 conduzir. A corrente ociosa garante que Z1, D1 e D2 estejam operando em sua faixa linear antes que Q1 comece a conduzir. A corrente ociosa precisa ser de cerca de 0,013 amperes para fazer isso.

 

A junção emissor-base de Q1 atinge cerca de 0,6v antes de conduzir. Essa tensão será usada para determinar o valor de R1 para obter a corrente ociosa desejada. A voltagem em R1 será sempre a mesma que a junção eb em Q1, então nunca será muito mais alta do que cerca de 0,6 volt.

 

R2 é o resistor limitador de corrente caso a tensão do sistema fique alta ou um carregador de bateria ou alguma outra fonte de tensão seja aplicada ao sistema. R2 deve ser o menor possível para que a tensão limite do circuito de detecção não seja muito afetada pela corrente no circuito de detecção. R2 será selecionado para fazer o ajuste final na tensão de limite, mantendo sua função de limite de corrente.

 

Z1, D1 e D2 devem ter uma queda de tensão relativamente constante que não é afetada por uma mudança na corrente. Normalmente, seria usado um único diodo Zener para manter a queda de tensão necessária. No entanto, neste caso, a tensão necessária não é encontrada em um diodo Zener prontamente disponível, pelo menos não é facilmente encontrado na Radio Shack. Por causa disso, D1 e D2 são necessários para aumentar a queda de tensão geral. Se Z1 fosse um Zener de tensão mais alta, D1 e D2 poderiam ser eliminados.

 

Antes que qualquer corrente possa fluir em Q1, a tensão do sistema deve ser maior que a soma das tensões em R1, Z1, D1, D2 e R2 enquanto a corrente ociosa estiver fluindo.

 

Selecionando R1:

Conhecendo a corrente ociosa, o valor de R1 pode ser determinado. A tensão em R1 será 0,6v e a corrente ociosa será 0,013 amperes.

 

R1 = R1tensão/corrente ociosa

R1 = 0,6v / 0,013a = 46,2 ohm

 

A potência dissipada em R1 pode ser encontrada:

R1potência = R1tensão * R1corrente

R1potência = 0,6v * 0,013a = 0,0078

 

R1 será selecionado como um resistor de 47 ohms, 0,25 watts.

 

Selecionando Z1:

Para disponibilidade, Z1 é selecionado como um diodo Zener de 12v e 1watt. O número de peça comercial é 1N4742a. Como é de 1 watt, a corrente máxima em Z1 pode ser encontrada:

 

Corrente Z1max = 1watt / 12v

Corrente Z1max = 0,083 amp

 

A corrente máxima permitida em Z1 é 0,083 amperes.

 

A tensão real no diodo Zener na corrente ociosa (0,013 amp) é de cerca de 11,7 v. Esse valor pode variar de diodo para diodo. O valor pode variar de cerca de 11,55v a 11,95v. Portanto, a tensão limite pode variar nessa mesma faixa (cerca de 0,4 volt). No entanto, o projeto será construído em torno de 11,7v como o valor típico para o diodo Zener.

 

Selecionando D1 e D2:

Os diodos D1 e D2 são selecionados para fornecer queda de tensão constante e adicional no circuito de detecção. Os diodos são usados, pois sua tensão não varia (muito) com uma mudança na corrente. (Ao contrário de um resistor cuja tensão varia proporcionalmente com a corrente).

 

D1 e D2 serão diodos de pequenos sinais. O número comercial é 1N4148.

 

Em 0,013 amperes, a queda de tensão direta em cada diodo é de cerca de 0,7 V.

 

Não há dissipação de energia significativa nesses diodos.

 

Selecionando R2:

R2 é o resistor cujo valor pode ser alterado para alterar a tensão de saída do regulador. Ele também protege o diodo Zener de uma condição de sobretensão causada por uma fonte de tensão externa, como um alternador de carro ou carregador de bateria.

 

Para proteger Z1, ele deve limitar a corrente a 0,083 amperes. A proteção deve ser fornecida até uma tensão do sistema de 17 volts. Em 17 volts, o circuito de detecção não pode ter mais de 0,083 amperes fluindo. Em 0,083 amperes, Z1 terá cerca de 12,5 volts nele. D1 e D2 terão, cada um, cerca de 0,8 volts. R1 terá cerca de 0,8 volts nele.

 

Em uma tensão do sistema de 17 volts e 0,083 amperes no circuito de detecção, a tensão em R2 pode ser encontrada.

 

R2tensão = tensão do sistema – R1tensão – Z1tensão – D1tensão – D2tensão

R2tensão = 17v - .8v – 12.5v - .8v -.8v

R2tensão = 2,1v

 

A partir disso, o valor mínimo de R2 pode ser encontrado.

 

R2mínimo = R2tensão / R2corrente

R2 mínimo = 2,1v / 0,083a = 25ohm

 

R2 não pode ser inferior a 25 ohms. Como R2 será um valor mais alto, como será discutido abaixo, o circuito será protegido a uma tensão muito mais alta.

 

O valor real de R2 será determinado pelos requisitos do circuito de detecção. A tensão limite será selecionada como 14,65 volts. A corrente ociosa foi ajustada em 0,013 amperes. A 0,013 amperes, a tensão Z1 é 11,7 V, a tensão D1 é 0,7 V, a tensão D2 é 0,7 V e a tensão R1 é 0,6 V. A tensão ociosa em R2 é encontrada da seguinte forma:

 

R2idleVoltage = Tensão do sistema – Z1voltage – D1voltage – D2voltage – R1voltage

R2idleVoltage = 14,65v - 11,7v - .7v - .7v - .6v

R2idleVoltage = 0,95v

 

O valor de R2 pode então ser encontrado:

 

R2 = R2 tensão / corrente ociosa

R2 = 0,95v / 0,013a = 73 ohms

 

A dissipação de energia em R2 será maior quando ocorrer a sobretensão de 17 volts. Portanto, o fator de potência será calculado com isso em mente.

 

A uma tensão do sistema de 17 volts, a tensão em R2 pode atingir 3 volts. A potência é encontrada da seguinte forma:

 

R2potência = ((R2tensão)^2) / R2

R2potência = ((3v) ^ 2) / R2

R2power = (9v ^ 2) / 73 ohms

R2power = 0,123 watt

 

Por segurança, um resistor de 0,5 watt será usado.

 

Para disponibilidade, R2 será selecionado como um resistor de 75ohm, 0,5watt.

Muito provavelmente, R2 será composto por dois resistores de 150ohm e 0,25watt em paralelo.

 

Selecionando C1:

C1 é usado para aumentar a tensão média do sistema. C1 atrasa o disparo dos SCRs, permitindo assim que a tensão instantânea do sistema exceda a tensão limite enquanto a tensão média do sistema permanece abaixo da tensão limite. À medida que a carga no sistema elétrico cai, a tensão média do sistema se aproximará da tensão limite. 

 

O valor para C1 foi determinado experimentalmente em vez de ser calculado.

 

C1 é selecionado como um capacitor eletrolítico de 10 microfarads, 35 volts (mínimo).

 

 É possível que alternadores diferentes possam exigir valores diferentes para C1. No entanto, 10uF provavelmente deve ser adequado. Se o capacitor for muito grande, podem ocorrer oscilações. Se o capacitor for muito pequeno, a tensão média do sistema permanecerá muito baixa. Deve ser selecionado um capacitor que forneça uma tensão média máxima entre 14,0v e 14,6v.

 

Notas:

Deve-se notar que a tensão do sistema pode ter até 2 volts (ou mais) de ondulação conforme medido em um osciloscópio, dependendo da rotação do motor e da carga elétrica.

 

Para converter este regulador para uso monofásico, basta deixar de fora D5, R7, R8 e S3.

 

Você não tem permissão para ver links. Faça login ou cadastre-se.

Editado: 29 de Março de 2022 por Jack O'Neo

[Lucas T Mendes]

Muito obrigado pela atenção, era isso que eu buscava, porem como não tenho tanta aptidão para eletrônica ainda, vou ficar recarregando a bateria externamente, tenho receio de queima-las e como não quero colocar uma bateria convencional de moto, pelo tamanho e peso, acho que será mais fácil se manter assim, pois o estator original desse motor, vem somente com uma bobina para alimentar o CDI da vela, mas há espaço para mais um então usaria um retificador de moto comum (que é descrito na matéria acima que você colocou, primeiro vou fazer o teste com esses retificadores "padrões" de moto, e depois penso em alguma forma de baixar a tensão dele 15v para os 13,6 que o BMS suporta.

De qualquer forma muito obrigado pelas explicações.