Hvor "smart" er en dynamos spenningsregulator?

[mateco]

Innenfor reguleringsteknikken så har man i hovedsak 3 regulatorformer: P, PI, PID -regulatorer.

 

Men hvor smart er egentlig en spenningsregulator i en dynamo, og i hvilken kategori befinner de seg blant de tre reguleringsformene? Om de finnes der i det hele tatt??

 

I og med at en dynamo har forskjellige turtallsområder der den skal fungere, så har jeg vanskelig med å tro at det kun er en proporsjonal (P) regulator.

 

Hva er vanlig reguleringsområdet? Eller, ved hvilken spenning starter regulatoren å strupe på magnetiseringsstrømmen?

 

Noen som kan skrive litt om sine kunnskaper her?

 

Takknemlig for alle svar!!

 

Bjørn

[Ingar]

De er on/off, som vel er å regne som et spesialtilfelle av en proposjonal-regulator, hvor forsterkningen er uendelig. Noe integral/derivat funksjon er det derfor ikke plass til, eller behov for.

Ligger sense-spenningen over settpunktet lader dynamoen ikke, ligger den under lader den maks. Regulatoren switcher mellom disse tilstandene. Pga tregheten i systemet (batteriet som en stor kondensator) blir det en ok regulering.

At feltstrømmen switches on/off gjør også at det ikke blir noe varmeutvikling av betydning i regulatoren, derfor er det ikke noe kjøleribbe på dem.

[NilsPils]

Egentlig ville det kanskje vært mer riktig å si at det ikke er noen regulator i det hele tatt? I min bransje (vannkraft) ville vi kalt det for en styring.

[Jernbåten]

Joa, det er en regulator. Min regulator er komplett hjernedød, den kostet omtrent 150 spenn, kun av/på.

 

I gamledager hadde man ikke regulator i det heletatt. Biler måtte kjøre med fulle lys for at batteriet ikke skulle koke. Det var den gangen man hadde likestrømsdynamo, der de meget spreke var på 15 A. En bekjent av meg var på tur fra Oslo til Paris med en 1938 Pontiac. Hadde store problemer med 35 varmegrader og lange kjørestrekk, en gang på slutten av 50-tallet. Tror de konket to batterier på turen, selv med fulle lys og varmeapparatet på full blås.

[NilsPils]

Er vel ikke noe problem med likestrømsdynamo og automatisk ladebryter? Det er ikke så lenge siden vekselstrømsdynamo ble standard (1970-tallet??). Jeg hadde en 1927 Chevrolet. Den hadde av/på "regulator". Batteriet kokte aldri.

[logget av]

Jo det fantes regulator i gamledager også, poppulært kalt vippe. Det er ikke så mange som skjønner disse systemene lenger for i vippene må man justere tre parametere omtrent samtidig.

Få ut maks spenning av dynamoen samtidig som man passer på å begrense maks ladestrøm slik at dynamoen ikke brenner opp. (Dynastarter til båt virker fremdeles slik i dag).

Og så måtte man passe på at feltkontakten åpnet riktig slik at feltet ikke tappet batteriet flatt når motoren ble stoppet.

 

At batteriene kokte var nytt for meg forutsatt at regulatoren var riktig justert, problemet var heller at man måtte spare strøm, blant annet med å ikke ha lyset på om dagen.

 

Jeg har bygget om en del slike vipper hvor jeg monterer en elektronisk regulator i tillegg på vippen for å kunne kjøre med lyset på. Jeg har også modifisert likestrømsdynamoer og laget huller for ventilasjon, for da kan man justere maks. strøm noe opp uten at dynamoen brenner opp. Jeg husker ikke helt men jeg mener de tette dynamoene ble justert til 11 ampere og de åpne til 18 ampere.

[index]

problemet var heller at man måtte spare strøm, blant annet med å ikke ha lyset på om dagen.

 

Merkelig! Jeg har kjørt min gamle Amazon med original likestrømsdynamo i over 20 år med lysene på, uten at batteriet har blitt uttappet av den grunn. Om man i tillegg bruker vifte og vindusviskere derimot, så går det fort nedover. Men lyset takler den helt greit...

[Jernbåten]

Mulig han hadde problemer med vippa. Dette var en budsjettur. Lite ble ofret på annet enn piker, vin og bensin. I nevnte rekkefølge. Men det var en artig bil med svigermorsete. Jeg hadde tenkt å kjøpe bilen i ungdommen for å sette den istand. Da jeg kom for å hente den, hadde bonden på nabogården fått bakakslingen til møkkakjerra. Resten av bilen hadde dusten satt fyr på, slått flat og gravd ned. Jeg var en snau helg for sent ute. Vi hadde en avtale, mannen mente han hadde reddet meg fra mye sorg og gnag.

[mateco]

De er on/off, som vel er å regne som et spesialtilfelle av en proposjonal-regulator, hvor forsterkningen er uendelig. Noe integral/derivat funksjon er det derfor ikke plass til, eller behov for.

Ligger sense-spenningen over settpunktet lader dynamoen ikke, ligger den under lader den maks. Regulatoren switcher mellom disse tilstandene. Pga tregheten i systemet (batteriet som en stor kondensator) blir det en ok regulering.

......

 

Tusen takk for en glimrende forklaring, Ingar!!

 

Nå lærte jeg noe nytt, igjen!!

 

"Men my vil ha mere", og jeg lurer da på følgende:

 

Hvordan virker denne "bryterregulatoren" i praksis??

 

 

 

Slik jeg ser for meg gangen (Vennligst korriger meg om jeg snubler her):

 

1 - Dynamoen står stille og bryterregulatoren er lukket! Tenning er påslått slik at rotorviklingene får en begrenset magnetiserings startstrøm fra ladelampen.

 

2 - Motoren startes og dynamoen begynner å generere egen magnetiseringsstrøm/spenning.

 

3 - Bryterregulatoren føler spenningen og dens bryter funksjon åpner når spenningen når en viss verdi (A).

 

4 - Deretter opphører gjennomgang i rotorviklingene, spenningen i sensorkretsen faller til en viss verdi (B) hvor bryterregulatoren igjen lukker.

 

5 - Rotorvikling får påny strømgjennomgang, og syklysen gjentas fra pkt.3

 

 

Så spørsmålene:

 

Ved hvilken verdi åpner bryterregulatoren (A) og når lukker den (B)?

 

Hvor ligger reglatorens "sett-verdi" mellom dette arbeidsområdet? Høyeste verdi (A)? Laveste verdi (B)? eller kanskje en middelverdi midt imellom?

 

Denne typen bryterregulator må ha en svært så travel oppgave! Hva er ca. "arbeidsfrekvensen" på den?

 

 

Spent på svara !!!

 

 

Bjørn

[logget av]

Ved hvilken verdi åpner bryterregulatoren (A) og når lukker den (B)?

 

Forskjellen mellom A og B kalles en hysterese.

Frekvens og frekvens, den kan jo variere men også til tider er kretsen helt lukket i lengre tid, for eks når regulator setpunkt ikke oppnås på grunn av stor belastning.

Hvil du sjekke frekvensen kan du bruke scoop eller et litt anstendig multimeter og koble til feltledningen.

[mateco]

.........

Frekvens og frekvens, den kan jo variere men også til tider er kretsen helt lukket i lengre tid, for eks når regulator setpunkt ikke oppnås på grunn av stor belastning.

Hvil du sjekke frekvensen kan du bruke scoop eller et litt anstendig multimeter og koble til feltledningen.

 

Takk for svar Ole Petter!!

 

Men hvor ligger egentlig regulatorbryterens settpunktet mellom hysteresen? Er det en middel verdi mellom A og B ?

 

(Vil forsøke å konstruere en slags form for grafisk kurve som forhåpentligvis forklarer regulatorens virkemåte slik jeg oppfatter den)

 

Når du her skriver "feltledning". Hva mener du da? Statorfelt(W) AC? Eller rotorfelt D+ (DC)?

 

Har bl.a. et Lidl-multitester som måler frekvens, lyd-nivå, og tilogmed lys-styrke. Men om det er anstendig vites ikke??

 

Bjørn

[rover]

Litt merkelig. "Alle" har et anstrengt forhold til lading i båt. Masse spørsmål om optimal lading osv....

Men har alle samme problemene med lading i bil? Det er faktisk samme dynamoene. Og i bil funker de i 40 kuldegrader og 40 + !!! Hvorfor?

[Joerg Becker]

Standardsvar: Fordi i bilen finnes det ikke noe som fortjener betegnelsen "ladning".

Bilbatterier blir jo vanligvis ikke utladet, derfor ligner det som skjer der mer eller mindre bare vedlikeholdlading.

 

Forskjellen ser man på biler som har mye forbruk mens den står, f.eks. drosje, bobil, buss, m.m.

Da snur forholdene veldig fort = aktuell med god ladning = veldig aktuell med god regulering.

 

Jørg

[Ingar]

Jeg gjorde noen målinger på dette og fant, som ventet, at hysteresen varierer mellom forskjellige fabrikat. Minst hysterese hadde regulatoren fra Biltema (delenr 63-602), den var ikke målbar med mitt 3.5 siffers instrument.... altså at den var under 0.01V

Denne regulatoren hadde forøvrig et settpunkt på 14.72V.

Frekvens har jeg ikke målt, men den vil jo også være avhengig av hysteresen. I tillegg til en haug andre parametere. kan sikkert gå opp i noen kHz, eller som OP skriver, være tilnærmet DC.

 

Målte også hvor mye strøm regulatorene trekker på sense-inngangen, dette for å finne ut om det var mulig å koble denne direkte til batteri-pluss. Her trakk Biltema 19ma, Bosch 46ma og Ladac 5ma. Mao kan man lage sin egen 'Ladac-regulator' ut fra en Biltema hvis man kan tolerere det økte strømtrekket på ca 14ma.

 

I tillegg målte jeg hvor lett de tenner. Notatet om dette finner jeg ikke, men husker at det bekreftet det som mange har erfart, Ladac krever langt høyere spenning på D+ for at ladingen skal komme igang.

[SveinHa]

"Alle" har et anstrengt forhold til lading i båt....Det er faktisk samme dynamoene. Og i bil funker de i 40 kuldegrader og 40 + !!! Hvorfor?

Joerg har jo svart greit nok allerede men for å være litt mer presis så er bruksmønsteret og batteristørrelsen vidt forskjellig. Der er dog biler som sliter med ladingen også, taxier f.eks. eter batteri til frokost da de står mye med noe lys og andre forbrukere på og standardladingen i biler flest er dårligere enn i båter flest. Det er ganske vanlig, også på relativt nyere biler, å spece ladingen til 13.5V og da blir ALDRI batteriet fulladet

 

I båt blir forholdet gjerne taxi x 100. Du har kort gangtid til drømmehavnen, ligger der hele helgen med kjøleskap, Eber og diverse lys så minker det fort på strømmen i batteriene. Når du da skal forflytte deg til neste havn gjelder det å fylle på så mye strøm som mulig før motoren igjen stoppes. Det er da en skikkelig laderegulator kommer inn i bildet. Dynamoen aner ikke noe om hva den lader og hvordan dette er tilkoblet så den regulerer til et eller annet setpunkt som kan variere fra regulator til regulator vanligvis mellom 13.5 og 14.5V. Skal en ha sjangs til å fylle batteriene fort og uten å ødelegge de er en tommelfingerregel å lade med 14.4V ved 20°C. Da tar batteriene til seg det de klarer av strøm uten å skades. Ved lavere temperatur skal ladespenningen være noe høyere.

 

Et eksempel fra min egen båt: Måtte skifte dynamo midt i ferien og fikk tak i en ny 70A marinedynamo. Litt måling etterpå avslørte at ladespenningen var 14.000V på dynamoen og maks ladestrøm jeg oppnådde var ca 20A like etter start og denne falt raskt til 3-4A. Monterte Ladac 1204 og da spratt ladestrømmen opp i 70A og lå der "i evigheter" for så å sakte dale ned til 20A. Hele poenget er at en skikkelig regulator måler ladespenningen direkte på batteripolene og så ordner batteriene resten selv

[mateco]

(Vil forsøke å konstruere en slags form for grafisk kurve som forhåpentligvis forklarer regulatorens virkemåte slik jeg oppfatter den)

 

Det er litt problematisk å lage en fornuftig kurve da forholdene mellom verdiene er så store. (millisekunder vs minutter, og centivolt vs volt), men jeg forsøker her allikevel.

 

Nederste grafens Y-akse er to-delt og viser systemspenning (V) og belastning (A). Øverste viser regulatorbryterens hysterese og arbeidsintervaller ved forskjellige belastninger. Hysteresens høyde (brytning/slutning) er angitt i cV (1/100 V) og tidsforløp i millisekunder (ms) fra punktene A,B,C, osv.

 

De forskjellige belastningsperiodene er inndelt nummerisk (1,2,3,... Osv.) Tid er her angitt i minutter.

 

Ingen av tidsaksene (X-aksene) er skalerte fordi jeg har ikke peil på reelle verdier. De er angitte i minutter (nederst) og millisekunder (øverst) i et forsøk på å visualisere dynamoens belastningstid og bryterregulatorens arbeidsfrekvens samt brytning og slutnings -tid.

 

I denne tesen nedenefor forutsettes det at regulatoren senser fra D+ og at dynamoen har ett jevnt turtall.

Forløp: Tenning slåes på og D+ blir tilført spenning via ladelampen.

Motoren startes og dynamoens magnetisering av rotor tennes. Magnetfluksen tiltar, starvikling induserer en tiltagende strøm, og spenningen samt belastning øker (-1-).

Regulator bryter idet sensespenningen når regulatorens innstilte brytningsverdi. Deretter brytes støm til magnetisering, sensespenningen faller inntil regulatorens innstilte slutningsverdi hvorpå den slutter og igjen tilfører strøm til magnetisering. Og prosessen gjentas (-2-). Spenningen over ladlampen er blitt utjevnet og har slukket.

 

 

 

Når belastning fra dynamoens uttak økes så "tappes" rotorens magnetfluks kjappere for å indusere den økende strømmengden. Regulatoren kompenserer ved å øke slutningsintervallene. Jo større belastning jo lengre slutningsintervaller. (belastningsperiodene 3 - 7 og punkt B-F i hysterese-kurven).

 

Når belastningen avtar ned til en liten belastning så skjer det motsatte; Rotorens magnetfluks forblir lengre i rotor da den induserte strømmengden avtar. Regulatoren kompenserer ved å bryte magnetiseringsstrømmen i lengre intervaller (belastningsperiode 8 og fra punkt G i hysterese-kurven).

 

Om denne teorien "holder vann" så konkluderer jeg med følgende:.

Regulatorens arbeidsfrekvens er på sitt høyeste når slutning- og brytnings- intervallene er like. Frekvensen er minst når dynamoen jobber i belastningsområdets ytterpunkter. Dvs. Ved minimal belastning og maksimal belastning.

 

Ved maksimalbelastning/overbelastning vil regulatoren kunne være vedvarende sluttet. Ved slike tilfeller vil D+ spenningen være så lav at regulatoren aldri får brytningssignal fra senseledning.

I rotoren skapes en induktiv motstand avhengig av strømmengden som går igjennom dens viklinger. Jo høyere strømmengde jo større motstand. Når dynamoens når maksimal belastning så vil den induktive motstanden være så stor at den selv bestemmer maksimal gjennomgående strømmengde.

Selv om regulatoren er vedvarende sluttet så vil spenningen falle som følge av underskudd av magnetfluks til å generere opprettholdende spenning.

M.a.o. på statorsiden tappes det mere strøm enn hva dynamoen makter å generere. Dermed faller også systemspenningen.

 

Regulatorens arbeidsfrekvens har ingen direkte sammenheng med dynamoens turtall. Eller sagt med andre ord; Om turtallet på dynamo økes så er det ikke gitt at regulatorens arbeidsfrekvens tiltar, eller motsatt om turtall reduseres.

 

Så til noen generelle spørsmål til ekspertpanelet:

 

Hvor stor andel av dynamoens genererte strøm går egentlig med til magnetisering av rotor??

Noe ca. Generelt Forholdstall/prosentandel mellom dynamoens uttaksbelastning/magnetiserings strøm??

 

Om man tar utgangspunkt i en belastning hvor dynamoens regulator har lik slutnings- og brytnings- intervaller (ref. periode 2 & 9 i kurven). Hva skjer med intervallene når dynamoens turtall forandres??

Om turtallet økes; effektiviteten tiltar og regulatoren kompenserer med lengre brytningsintervaller??

Om turtall senkes; effektivitet avtar og regulator kompenserer med lengre slutningsintervaller??

 

Angående temperatur kompenserende regulatorer; Er det da en egen temperatur reguleringskrets som styrer en variabel motstand i senseledning??

(ref. Innlegg vedrørende dioden i sensekretsen)

 

Kommentarer og rettelser mottaes med stor takk!!!

 

Bjørn

[Anjuma]

Jeg søkte etter regulator på google og kom jammen over denne tråden her :)

Saken er den at jeg har kjøpt ny original DC dynamo (22A) til den gamle Ford 3000 traktoren min (valgte dc mest for å bevare det originale preget)

Men så ser det ut som den lader heller svakt... og mistanken min er regulatoren... Jeg mener denne er av den gamle vippe-typen bestående av 3 Releebrytere og trådviklet motstandere.

Så jeg hadde tenkt å erstatte denne med en elektronisk regulator.

 

Det skulle vel ikke være noe større utfordring enn å ganske enkelt bytte den gamle regulatoren med eksempelvis Biltema sin 63-602 regulator?

Jeg prøvde å lete etter Data Sheet for Biltemaregulatoren, men finner ikke noe :(

 

Her er kretsen min i dag, jeg går ut i fra at Biltema sin kan settes rett inn i kretsen: