Povijest nastanka hibridnog serijsko-paralelnog reglera i koncept rada


   Od ideje do realizacije

 

   Upotreba paralelnih reglera nosila je s sobom problem stalnog jakog grijanja reglera bez obzira je li akumulator pun ili prazan. Namotaji generatora također rade u maksimalnom toplinskom opterećenju. Zbog toga su kvarovi paralelnih reglera i statora postali pravilo i samo je pitanje vremena kada će otkazati.

 

   U nastojanju da izbjegnemo nepotrebno opterećivanje generatora i reglera u paralelnoj konfiguraciji razvili smo 2002. godine, na bazi vlastitog znanja, serijski tiristorski regler za monofazne i trofazne generatore. Dobro osmišljen spoj tiristora, dioda i relativno malog broja elemenata za regulaciju rezultirao je kvalitetnim i pouzdanim reglerom. Idejno je osmišljen kao serijski s paralelnim zaštitnim, regler je prvotno evoluirao u isključivo serijski. Nekoliko godina kasnije, skoro zaboravljen projekt, isplivao je kao idealno rješenje za monofazni regulator punjenja na brodu. Prijatelj je imao AC generator na brodskom motoru i imao je problema s previsokim naponom punjenja akumulatora. Za gel verziju akumulatora to znači put u uništenje i veliki trošak.

 

   Sezonsko testiranje na brodu se pokazalo odličnim i projekt je iz ideje testiranjem prešao u provjerenu verziju. Kao prethodnik ovoj verziji serijskog regulatora napravljen je i serijski regulator s čipom UC3843 (tri diode za minus i tri tiristora za plus). Taj regler je radio dobro, ali je imao fatalnu osjetljivost na loš akumulator. Trebalo je otkloniti problem s osjetljivošću na napon na akumulatoru te minimizirati potrošnju struje s akumulatora u mirovanju. Novo razvijeni spoj ne samo da je zadovoljio te zahtjeve nego je imao i dodatna svojstva. Preciznu regulaciju napona akumulatora (0,1V), konstantnu mikroampersku potrošnju (u mirovanju i radu) te čak i izdržljivost na reverzno spajanje izlaznih stezaljki na akumulator (pri tome kućište mora biti izolirano od mase, a motor ugašen).

 

   I tako smo dobili faktički idealan regler za motocikle i izvanbrodske motore. Korisnik jedino mora paziti da ima ispravan akumulator tj. da akumulator prima struju iz generatora i puni se te da je sve dobro spojeno.

 

    U 6. mjesecu 2009. testiranje serijskog reglera na motociklima koji postižu preko 8000 okretaja mašine u minuti je pokazalo da trofazni serijski regler zbog induktiviteta namotaja generatora ostaje uključen. Efekt je isključivo posljedica visokog napona i frekvencije s generatora te se energija u induktivitetu namota ne uspije isprazniti i dolazi do trajne DC struje na jednom tiristoru preklapanjem struja s dvije faze prema trećoj te regler ostaje uključen i prenosi približno 50% raspoložive struje. Napon na akumulatoru počne nekontrolirano rasti. Logično rješenje je bila nadogradnja serijskog reglera s neovisnim paralelnim regulatorom koji će raditi kratkotrajni kratki spoj generatora preko kružnog spoja tri tiristora između faza statora i time omogućiti sigurno isključenje tiristora serijskog reglera. Paralelni regler se uključuje kada serijski zakaže tj. na 0.25V višem naponu. Prototipni regler je napravljen, montiran i radi bez greške. Dimenzije reglera zbog dodatnih elemenata su 41% veće u dužinu. Također, shema regulacione elektronike je poboljšana. Izvedba verzije 2.0 ima poboljšanu stabilnost napona i bolje pojačanje greške te u normalnim uvjetima precizno regulira napon akumulatora (unutar 20mV). Naponska karakteristika ima negativni temperaturni koeficijent od 2,2mV/°C.

 

   Od 4. mjeseca 2010. zbog jednostavnog instaliranja LED indikatora punjenja počinjemo nuditi i tu opciju. LED indikator punjenja svijetli kada je napon manji od zadanog, trepće kada se održava, a gasi ako je previsok ili ne radi generator. LED indikator punjenja može biti na samom regleru ili na žicama.

 

   Od 7. mjeseca 2012. godine regler je standardno opremljen s LED diodom koja pokazuje kad regler nije postigao napon ili je stator u spoju s kućištem.

 

   Od 3. mjesecu 2013. serijsko paralelni regler poboljšavamo boljom zaštitom kod prekida spoja s akumulatorom. Poboljšana zaštita trenutačno aktivira paralelni regulator kada napon na izlaznim stezaljkama prijeđe 40V. Time je zaštita tog tipa reglera podignuta na najviši novo. Izmjena ne utječe na druge karakteristike reglera.

 

   Od 5. mjesecu 2014. unaprijeđen je rad serijskog komparatora napona. Svi regleri za punjenje akumulatora (osim paralelnih) će standardno imati zaštitu od pregrijavanja koja isključuje serijski regler kada se zagrije preko 70°C.

 

   Od 7. mjesecu 2014. unaprijeđen je rad serijskog komparatora napona na verziju 3 te je održavanje napona još stabilnije (10mV). Zbog kratkih i brzih impulsa okidanja tiristora LED indikator više ne trepće kada regler održava napon.

 

   Od 9. mjeseca 2015. histereza paralelnog regulatora je smanjena (18mV) da bi se izbjegne nepotrebno opterećenje statora.

 

   Od 5. mjesecu 2018. smo počeli ugrađivati jače tiristore u serijski dio reglera. Novija generacija tiristora ima bolje odvođenje topline i tako izdržava veću struju.

 

   Od 9. mjeseca 2021. Prenaponsku aktivaciju uz paralelni regler dobiva i serijski regler. Serijski regler se aktivira na nešto nižem naponu i time osigurava nastavak punjenja akumulatora i kod pojave prenapona na statoru.

 


   Koncepcija i prednosti hibridnog 3FHVSP serijsko-paralelnog reglera

 

   Hibridni serijsko-paralelni regler je kompliciraniji, skuplji i veći nego da je izveden kao potpuni tiristorski serijski regulator. Praktično gledano veća masa hladnjaka smanjuje radnu temperaturu reglera te mu time daje duži životni vijek.

 

   Hibridni serijsko-paralelni koncept reglera može omogućiti zadovoljavajuće punjenje akumulatora i kada dođe do proboja statora na kućište. Teško je naći neki drugi regler koji to može. Po tome je hibridni serijsko-paralelni regler možda jedinstven. Standardna verzija 3.5 univerzalnog 3FHVSP reglera 14V-3FHVSP-30A-AX-KS-LI ima žicu za uključenje serijskog reglera dok je paralelni regler autonoman i trajno aktivan radi zaštite. Uvjet je da stator nije izgubio amplitudu napona. Kratki spoj statora s kućištem se prepoznaje preko sniženog napona na akumulatoru (max 13,1V) koji možda povremeno može ići do 15,1V. Jedini zahvat koji tada treba napraviti je privremeno maknuti žicu (bijela) za uključenje serijskog reglera s +12V te je spojiti na masu. Time se sprječava da serijski regler ometa punjenje akumulatora za vrijeme kad je stator u spoju s kućištem. Zaštitni paralelni regler preuzima regulaciju napona. Postignuti napon je nešto viši zbog programiranog kašnjenja paralelnog reglera te se potrebni niži napon na akumulatoru postiže vožnjom motocikla na nešto nižem broju okretaja motora. Oštećeni stator treba što prije zamijeniti i vratiti žicu za uključenje serijskog reglera tamo gdje je bila spojena.

   Paralelni regulator ima i dodatnu mogućnost da instantno aktivira kratki spoj statora, ako napon na izlazu reglera prijeđe 40VDC. Time štiti regulacionu elektroniku reglera i elektroniku motocikla.

   Serijski regulator se isključuje, kad dođe do pregrijavanja regulatora preko 70°C. Time se regler štiti od uništenja u mnogim situacijama (zatrpavanje blatom, nedostatak cirkulacije zraka, preopterećenje strujom u slučaju kratkog spoja statora na kućište, previsoka temperatura okoline, itd.). Nakon što je temperaturna zaštita postala standardni dio regulatora, prestalo je uništenje zbog loših vanjskih uvjeta rada.

   Serijski i paralelni regulator imaju prenaponske zaštite od visokog napona statora koje aktiviraju njihov rad. Serijski regler u slučaju prenapona kreće u ispravljanje napona, a paralelni regler u slučaju još većeg napona s statora ili povećanog napona na akumulatoru (>14,7V s kašnjenjem, >40V odmah) radi kratki spoj statora. Ovime se osigurava da punjenje akumulatora ne prestaje ni u uvjetima previsokog napona statora. Regler će tada raditi kao paralelni regulator.

 

 

   Mane hibridnog 3FHVSP serijsko-paralelnog reglera

 

   Prva mana ovog reglera je povremeno kratkotrajno dizanje napona izlaznog napona za 0,25 do 0,3V (kada je broj okretaja motora preko 9000rpm) nakon čega u trenutku odradi zaštitni paralelni regler. Ipak u praktičnoj upotrebi, to je teško mjerljivo s voltmetrom i uopće ne utječe na rad motora i motocikla te na trajnost akumulatora.


   Druga mana je potrebni startni napon od minimalno 6V na akumulatoru za rad reglera. Premda to izgleda kao mana, 12V akumulator koji ima toliko nizak napon nije niti sposoban da primi ispravljenu struju iz statora te bi došlo do prenapona. Tako da to i nije prava mana. Također, ako nema spojen akumulator, hibridni serijsko-paralelni regler neće raditi te je to dobra stvar.


   Treća mana hibridnog serijsko-paralelnog reglera je da zbog svog serijskog principa rada na trenutke odterećuje stator te se na statoru razvija mnogo viši napon nego s paralelnim regulatorom. Kad se događa konstrukcijski nedozvoljeno veliki napon sa statora, regler može prijeći u isključivo paralelni režim rada (ali će se punjenje akumulatora nastaviti). Za posebne slučajeve radimo modifikaciju 14V-3FHVSP+30A-AX/BX-KS-LI koja dodatno dozvoljava viši napon sa statora. Ipak, zbog visokog napona na izlazu statora, postoji povećana vjerojatnost proboja izolacije statora prema masi. To se tu i tamo dogodi. Bit će češće, ako se prilikom zamjene reglera ostavilo isti stator. Ovo se događa i kod drugih običnih serijskih reglera, a ne samo kod ovog tipa.

   Očigledno je da u normalnoj situaciji nabrojane mane hibridnog 3FHVSP serijsko-paralelnog reglera neće doći do izražaja te u stvari to nisu važne mane.

 


   Prvi i jedini komercijalno dostupan serijsko-paralelni regulator

 

   Iako je prošlo 16 godina od početka (2009.g.) komercijalne izrade hibridnog serijsko-paralelnog reglera i dalje smo jedini svjetski proizvođač hibridnog serijsko-paralelnog tipa regulatora. Možda je jedan od razloga i što je potrebno raditi precizne kalibracije dva regulatora i dizajnom osigurati stabilnost prilikom zagrijavanja da ne dođe do međusobne kolizije u radu koja bi mogla nepotrebno povećati struju iz statora. Imamo i modifikacije 3FHVSP reglera (Dual point i K2 opciju) koje imaju neke bolje karakteristike. Ipak osnovna verzija je toliko dobra te u 99% slučajeva nema potrebe za modificiranim verzijama.

 

    Iskustva korisnika su odlična. Zagrijavanje statora je smanjeno, a izgaranje statora zbog pregrijavanja više ne postoji. Regler se malo zagrijava i bez problema mijenja originalne tvorničke regulatore. Pokazao se i kao odlična zamjena za skuplji serijski Shindengenov regulator SH847. Otkazivanja hibridnog serijsko-paralelnog regulatora u zadnjih 5 godina proizvodnje gotovo da i nema te ih procjenjujemo na manje od 0,2% u garantnom i van garantnom roku. Mnogo je priča zadovoljnih korisnika. Razlog za pouzdanost je ugradnja bitno jačih dioda i tiristora, veće kućište, dobra izolacija od vlage, kontrolna elektronika bez dijelova koji ubrzano stare na povišenoj temperaturi (npr. elektrolitski kondenzatori) i kvalitetna montaža.

 

  
   Mogućnost nadogradnje serijskog regulatora za rad na visokim okretajima mašine

   Koncept hibridnog serijsko-paralelnog regulatora daje i teoretsku mogućnost da se naš paralelni zaštitni regulator nadoda na postojeći serijski regulator. Npr. Shindengen SH775 bi se mogao nadgraditi i pretvoriti u hibridni spoj za visoke okretaje mašine. Paralelni regulator za nadogradnju ima samo tri tiristora i kontrolnu elektroniku. Spaja se na 5 žica paralelno s postojećim serijskim regulatorom. Potrošnja struje u mirovanju je 68uA. Jedan veliki problem je što treba postići da je podešeni napon paralelnog regulatora viši 0,25V od serijskog reglera i to u cijelom temperaturnom području rada. Što znači da se dodani paralelni regulator mora uskladiti i kalibrirati za određeni serijski regulator.



   Verzije i dokumentacija:

 


Vezani članci:

 

 

 

 

3FHVSP serijsko-paralelni regulator - blok shema
SPER 3FHVSP serijsko paralelni regulator