Wechselspannungsregler für Motorroller

Diese Art der Spannungsregelung ist bei Motorrädern nicht unüblich.

Häufiger als AC Regler findet man 2- und 3-Phasige Gleichrichter, bei 
denen die unteren Dioden (die den Minus-Pol durchlassen) durch 
Thyristoren ersetzt werden, welche bei zu hoher Spannung einfach 
kurzschließen.

Hier wurde mal diskutiert, dass dadurch die Lima nicht sehr hoch 
belastet wird, weil die Leistung = Spannung *Strom ist. Und fast 0 Volt 
mal dem Nennstrom ist fast 0 Watt.

Matthias S. schrieb:
> juergen schrieb:
>> aber
>> nur während der neg. Halbwelle!
>
> Klar, das ist ja auch ein Thyristor. Ein Triac könnte beide Halbwellen.
> Wenn die Basis des BC640 negativ gegenüber dem Emitter wird, fängt er an
> zu leiten und triggert den Thyristor. Das passiert einfach früher, wenn
> die Spannung am Emitter grösser wird und sich der 10µF mehr auflädt. Die
> untere Grenze, ab wann getriggert wird, wird durch die Z-Diode
> festgelegt. R4 sperrt den Transistor im Normalfall.
> Nette Schaltung übrigens, nur der Thyristor und die Lima tun mir ein
> wenig leid.


...die brauchen Dir nicht leid tun. Diese Art Regler sind bis heute in 
Vespa Rollern verbaut. Das haben sich mal die Ingenieure von Piaggio 
ausgedacht. Die Art der Schaltung ist genial und hat sich millionenfach 
bewährt! Die genaue Funktion ist jedoch leider nur sehr, sehr schwer zu 
verstehen. Mir ist das bisher nicht gelungen und das ärgert mich ein 
wenig!

Nebenbei: Der Kondensator läd sich gleichstrommäßig auf bis etwa 
7...10V,
je nach Generatorspannung. Auf dieser Gleichspannung liegt ein 
Wechselspannungsanteil AC=1Vss und zwar mit doppelter Generatorfrequenz 
(nachvollziehbar) und sinusförmig, solange genau sinusförmig, bis der 
Regler eingreift. Bei höherer Bordnetzspannung als 14V eff. schaltet der 
Thyristor durch bei -60Grad bzw. bis zu  -180° wenn mehr überflüssige 
Energie weg muß. Die Auslösung erfolgt über die Z-Diodenspannung in 
Reihe mit der Spannung an R8, die von der Wechselspannung des 
Kondensators (0,5V Amplitude) beeinflußt wird. Hier, an dieser Stelle, 
kommt auch die Phasenverschiebung mit ins Spiel. Der Einschaltpunkt der 
Regelung ist an der geringen Wechselspannung als leichter spitzer Knick 
im Kurvenverlauf zu erkennen, wobei die Entladung dann linear (keine 
Kurve) bis hin zum nächsten Maximum der Welle verläuft.

Ich denke, diese geringe Wechselspannung vom Kondensator ist für die 
Phasenverschiebung verantwortlich. Ich weiß jedoch nicht, wie die 
Endladung des Kondensators vonstatten geht...bzw., ob ich das überhaupt 
alles richtig so sehe?

Ich habe schon diverse Messungen an der Schaltung gemacht. Den Regler 
nachgebaut und auch real in Betrieb. Er funktioniert super, die 
Schaltung stimmt!

Vielleicht setze ich mich noch mal dran, und zeichne die Kurvenverläufe 
auf? Ich denke, nur so läßt sich die Diskussion weiterführen. Die 
Vorgänge in der Schaltung sind einfach zu kompliziert.

Ich hatte gehofft, daß hier jemand zufällig anwesend ist, der als 
Konstrukteur so was beruflich macht...der mal ein paar Worte darüber 
verlieren könnte. Vor allen Dingen, wie berechnet man diese Schaltung?

Danke schon mal für den Beitrag.

Stefan U. schrieb:
> Diese Art der Spannungsregelung ist bei Motorrädern nicht
> unüblich.
>
> Häufiger als AC Regler findet man 2- und 3-Phasige Gleichrichter, bei
> denen die unteren Dioden (die den Minus-Pol durchlassen) durch
> Thyristoren ersetzt werden, welche bei zu hoher Spannung einfach
> kurzschließen.
>
> Hier wurde mal diskutiert, dass dadurch die Lima nicht sehr hoch
> belastet wird, weil die Leistung = Spannung *Strom ist. Und fast 0 Volt
> mal dem Nennstrom ist fast 0 Watt.

Ja! Es gibt verschiedene Ausführungen. Bei der in Rede stehenden Anlage
wird die neg. Halbwelle der Stromquelle (Generator) gegen Masse 
geschaltet, um nicht mehr Energie zu produzieren als nötig. Die 
Leistung, nur der neg. Welle, ist dann 0Watt.

Matthias S. schrieb:
> Juergen schrieb:
>> Die
>> Vorgänge in der Schaltung sind einfach zu kompliziert.
>
> Nö, das sind sie nun wirklich nicht. Wenns dich wirklich interessiert,
> mach ein paar Oszillogramme, vorzugsweise mit dem Emitter als
> Bezugspunkt, dann wird das schnell klar.

Ja! Ich habe die Schaltung auch schon umgezeichnet zum besseren 
Verständnis. Bei Gelegenheit stelle ich sie rein!

Diagramme auch! Das wird aber noch länger dauern. Das erfordert Zeit.
Im Augenblick also nicht.

Die Schaltung ist und bleibt dann immer noch sehr schwer zu verstehen.
Vielleicht liegt es aber an mir?

So zum Spass und zum besseren Verständnis habe ich mal die Schaltung 
umgezeichnet.

Juergen schrieb:
> Die
> Leistung, nur der neg. Welle, ist dann 0Watt.

Naja, vielleicht wenn es 0-Ohm Kupferdraht gäbe. Und Thyristoren mit 0 
Ohm Flussspannung.....

der schreckliche Sven schrieb:
> So zum Spass und zum besseren Verständnis habe ich mal die
> Schaltung
> umgezeichnet.
>
> Juergen schrieb:
>> Die
>> Leistung, nur der neg. Welle, ist dann 0Watt.
>
> Naja, vielleicht wenn es 0-Ohm Kupferdraht gäbe. Und Thyristoren mit 0
> Ohm Flussspannung.....

Vielen Dank für die umgezeichnete Schaltung.
Das ist schon mal sehr gut für ein besseres Verständnis der Schaltung.

Ich habe den Plan inzwischen ebenfalls umgezeichnet und dann noch die 
Spannungsverläufe an einigen Bauteilen (vor Regelungsbeginn) 
aufgezeichnet. Ich stelle die Skizze aber jetzt noch nicht hier rein.
Das mache ich eventuell später. Als nächstes muß ich mir den 
Triggerpunkt für Spannungen über 20V U Dach ansehen und aufzeichnen, bis 
dann vielleicht endlich der "Groschen fällt". So was dauert bei mir 
leider immer etwas länger.

Diese Schaltung ist millionenfach in kleinen Motorrädern und Rollern 
verbaut, aber so viel ich auch im Internet eine genaue Beschreibung der 
Funktion suche, bisher habe ich noch nichts weiter dazu gefunden.
Obwohl...es sind ja nur ein paar Bauteile...

Das mit dem 0-Ohm Kupferdraht und dem Thyristor mit 0 Ohm Flußspannung 
ist ja klar. Ganz auf null Verluste kommt man natürlich nicht.

Vielen Dank für das Feedback.

Volker S. schrieb:

>
> R3 und der Elko bestimmen die Phasenverschiebung der Thyristorzündung.
> Der Rest ist ein einfacher Grenzwertschalter, der bei ca 10V den
> Thyristor zündet.


Ich kann im Augenblick noch nicht so viel dazu sagen, der Thyristor 
zündet jedoch erst, wenn die Amplitude des Generators 20V erreicht hat 
(-60 Grad Phasenverschiebung)und drüber hinaus, bis zu -180Grad bei 
höherer Drehzahl bzw. weniger Verbraucher im Bordnetz.


R5 begrenzt den Z-Diodenstrom. R4 sperrt den
> Transistor.

Das gucke ich mir noch mal an.

juergen schrieb:
> Ich kann im Augenblick noch nicht so viel dazu sagen, der Thyristor
> zündet jedoch erst, wenn die Amplitude des Generators 20V erreicht hat
> (-60 Grad Phasenverschiebung)und drüber hinaus

Du hast den Generator hoffentlich belastet? Der ist eher eine Strom als 
eine Spannungsquelle und kann im Leerlauf entsprechend hohe Spannungen 
erzeugen.
Sinnvoll messen kannst du nur mit der Nennbelastung.

Der Andere schrieb:
> juergen schrieb:
>> Ich kann im Augenblick noch nicht so viel dazu sagen, der Thyristor
>> zündet jedoch erst, wenn die Amplitude des Generators 20V erreicht hat
>> (-60 Grad Phasenverschiebung)und drüber hinaus
>
> Du hast den Generator hoffentlich belastet? Der ist eher eine Strom als
> eine Spannungsquelle und kann im Leerlauf entsprechend hohe Spannungen
> erzeugen.
> Sinnvoll messen kannst du nur mit der Nennbelastung.

Zur Funktionskontrolle mit realitätsnaher Belastung (erstmals gemacht 
vor etwa 10 Jahren) hatte ich einen ganz fetten Trafo mit höherer 
Spannung genommen und da einen dicken Widerstand vorgeschaltet.
Der muß sein, damit der Trafo nicht verbrennt!

Die Anordnung sollte ja eine Stromquelle (den Generator) simulieren!

Für Messungen derzeit nehme ich einen regelbaren Märklin-Eisenbahntrafo 
und schalte etwa 200 Ohm vor den Reglereingang, sodaß beim Durchschalten 
des Reglers kein direkter Kurzschluß entstehen kann. Das funktioniert 
für die Überprüfung am Oszi sehr gut. Aber für eine Optimierung des 
Reglers am Motor wäre ein Prüfstand erforderlich, den ich leider nicht 
habe.

Ich habe diesen Regler auch abgewandelt, z. B. in einen, der beide 
Halbwellen regelt, was das Licht u. U. noch gleichmäßiger macht bei 
niedrigen Drehzahlen (und auch aus einem anderen Grund). Dafür müssen 
die Bauteile jedoch ganz anders dimensioniert werden.

Ich habe einen solchen Regler zwar fertig gebaut, kann ihn aber ohne 
Prüfstand nicht auf beste Funktion optimieren. Für reale Messungen 
jedesmal mit dem Roller raus zu fahren scheidet aus.

Kann man mit LTspice auch den Effektivwert der Spannung berechnen?
Leider kenne ich mich nicht gut aus mit dem Programm.
Ich habe schon überall nachgeguckt, aber nichts weiter dazu gefunden.

Ich möchte überprüfen, inwieweit die wirksame Spannung bei verschiedenen
Drehzahlen und Strombelastungen konstant bleibt.

Vielen Dank im voraus.

Volker S. schrieb:

> R3 und der Elko bestimmen die Phasenverschiebung der Thyristorzündung.
> Der Rest ist ein einfacher Grenzwertschalter, der bei ca 10V den
> Thyristor zündet. R5 begrenzt den Z-Diodenstrom. R4 sperrt den
> Transistor.

Trotzdem nicht so einfach, das nachzuvollziehen.
Die genaue Funtkion bleibt mir immer noch ein wenig rätselhaft.
Inzwischen glaube ich aber zu wissen, wo genau der Gatestrom langfließt.
Das hoffe, das ich den richtig eingezeichnet habe.

Prüfstand mit Bormaschine, Ständer, Generator aufbauen hat nicht 
funktioniert. Die Unwucht ist zu groß. Ab 500rpm wird's gefährlich.
Vielleicht klappt es aber mit der Simulation?
Wäre schön, wenn mir jemand die Frage beantworten könnte.

Wenn es wärmer wird, werde ich dann direkt an dem Roller 
Kurzschlußwiderstand und Leerlaufspannung ausmessen.
Das ist ja schnell gemacht. Vorerst habe ich für die Simulation einen 
Richtwert aus der Reparaturanleitung genommen. 2,3 Ohm als 
Generatorwiderstand erscheint mir jedoch sehr wenig.

Harald W. schrieb im Beitrag #5280454:
> juergen schrieb:
>
>> Trotzdem nicht so einfach, das nachzuvollziehen.
>> Die genaue Funtkion bleibt mir immer noch ein wenig rätselhaft.
>
> Gerade für Anfänger ist es oft schwierig, den Unterschied zwischen
> Spannungs- und Stromquellen bzw. -Senken zu erkennen und deren
> Auswirkungen auf verwendete Schaltungen zu verstehen. Auch die
> Verwendung von Simulatioonsprogrammen ist da nicht unbedingt hilf-
> reich. Manchmal ist es das Beste, eine millionenfach benutzte Schal-
> tung einfach zu benutzen ohne sie hundertprozentig zu verstehen.

Damit habe ich mich auch schon ziemlich abgefunden, aber da es mit dem 
Prüfstand nicht geklappt hat, möchte ich es mit dem Simulationsprogramm 
versuchen. Aber ohne Effektivwertmessung nützt mir das
Programm in diesem Falle nichts.

juergen schrieb:

> Damit habe ich mich auch schon ziemlich abgefunden, aber da es mit dem
> Prüfstand nicht geklappt hat, möchte ich es mit dem Simulationsprogramm
> versuchen. Aber ohne Effektivwertmessung nützt mir das
> Programm in diesem Falle nichts.

Der Zwei-Phasenregler ist ja schon fertig aufgebaut und muß nur noch 
abgeglichen werden.

juergen schrieb:
> Kann man mit LTspice auch den Effektivwert der Spannung berechnen?
> Leider kenne ich mich nicht gut aus mit dem Programm.
> Ich habe schon überall nachgeguckt, aber nichts weiter dazu gefunden.

Ja.
Im Plotfenster mit Strg-Linke-Maus-Taste auf die Spannungsbezeichnung 
(z.B. V(n001)) klicken. Es öffnet sich ein Fensterchen mit der Angabe 
von Mittelwert und RMS.
Die Werte beziehen sich auf den gewählten zeitlichen Ausschnitt, also 
entweder nur ganze Perioden darstellen oder eben sehr viele, so dass 
Fehler von unvollständigen Perioden vernachlässigt werden können.

HildeK schrieb:
> juergen schrieb:
>> Kann man mit LTspice auch den Effektivwert der Spannung berechnen?
>> Leider kenne ich mich nicht gut aus mit dem Programm.
>> Ich habe schon überall nachgeguckt, aber nichts weiter dazu gefunden.
>
> Ja.
> Im Plotfenster mit Strg-Linke-Maus-Taste auf die Spannungsbezeichnung
> (z.B. V(n001)) klicken. Es öffnet sich ein Fensterchen mit der Angabe
> von Mittelwert und RMS.
> Die Werte beziehen sich auf den gewählten zeitlichen Ausschnitt, also
> entweder nur ganze Perioden darstellen oder eben sehr viele, so dass
> Fehler von unvollständigen Perioden vernachlässigt werden können.

Vielen Dank für die Antwort.

Das ist schon mal sehr gut!

Jetzt kann ich weitermachen.

LG

HildeK schrieb:

> Im Plotfenster mit Strg-Linke-Maus-Taste auf die Spannungsbezeichnung
> (z.B. V(n001)) klicken. Es öffnet sich ein Fensterchen mit der Angabe
> von Mittelwert und RMS.

Leider hat es nicht geklappt. Es öffnet sich ein kleines Fester,
in dem Angaben zur Curserposition und zu Augenblickswerten gemacht 
werden.
Von Mittelwerten oder RMS steht da leider nichts weiter.
Vielleicht muß ich an anderer Stelle noch Einstellungen vornehmen?

Viele Grüße Jürgen

juergen schrieb:
> HildeK schrieb:
>
>> Im Plotfenster mit Strg-Linke-Maus-Taste auf die Spannungsbezeichnung
>> (z.B. V(n001)) klicken. Es öffnet sich ein Fensterchen mit der Angabe
>> von Mittelwert und RMS.
>
> Leider hat es nicht geklappt. Es öffnet sich ein kleines Fester,
> in dem Angaben zur Curserposition und zu Augenblickswerten gemacht
> werden.

Dann hast du <Strg> nicht gedrückt gehalten.

hinz schrieb:
> juergen schrieb:
>> HildeK schrieb:
>>
>>> Im Plotfenster mit Strg-Linke-Maus-Taste auf die Spannungsbezeichnung
>>> (z.B. V(n001)) klicken. Es öffnet sich ein Fensterchen mit der Angabe
>>> von Mittelwert und RMS.
>>
>> Leider hat es nicht geklappt. Es öffnet sich ein kleines Fester,
>> in dem Angaben zur Curserposition und zu Augenblickswerten gemacht
>> werden.
>
> Dann hast du <Strg> nicht gedrückt gehalten.

Danke.

juergen schrieb:
> Leider hat es nicht geklappt.

Kann eigentlich nicht sein :-). Ich hab es gerade noch mal selbst 
probiert mit dem alten und dem neuen LTSpice. Geht mit beiden!

Nochmals:
im Plotfenster die Bezeichnung der Spannung (im Beispiel V(n001)) mit 
der linken Maustaste bei gedrückter Steuerungstaste anklicken.
Siehe angehängtes Bildchen.

Danke, ich habe die Steuerungstaste vergessen.
...hab' mal wieder nicht richtig aufgepaßt!
Ich werde es heute Abend ausprobieren, wenn ich nach Hause komme.

LG

...weil ich schon dabei bin:
Der umgezeichnete Plan vom "schrecklichen Sven" vom 31.10.17
ist wirklich sehr gut gemacht, um die Schaltung zu verstehen.
Allerding müssen Thyristor und R1 andersherum eingezeichnet werden.

juergen schrieb:
> Allerding müssen Thyristor und R1 andersherum eingezeichnet werden.

So auf den ersten Blick ist das egal. Du hast ja eingangs 
Wechselspannung. Dann wird halt die andere Halbwelle bearbeitet.

HildeK schrieb:
> juergen schrieb:
>> Allerding müssen Thyristor und R1 andersherum eingezeichnet werden.
>
> So auf den ersten Blick ist das egal. Du hast ja eingangs
> Wechselspannung. Dann wird halt die andere Halbwelle bearbeitet.

Bei dem Motorroller-Regler ist das aber was anderes!
Die positive Halbwelle darf nicht weggeschaltet werden,
da parallel zu diesem AC-Regler noch ein weiterer Regler
dazukommt, nämlich der für die Aufladung der Batterie (mit eigenem 
Schaltkreis).


Für die Aufladung steht aber nur die pos. Halbwelle zur Verfügung. Klar, 
daß die positive Halbwelle vorher nicht "niedergemacht" werden darf!

Zugleich wird damit auch der Schwachpunkt der originalen Regelung 
deutlich:
Z. B. werden bei hoher Drehzahl und (wechselspannungsmäßig) voller 
Beleuchtung(Hauptscheinwerfer) Teile der negativen Halbwelle durch den 
Original-Regler weggeschaltet. Unversehrt bleibt die pos. Halbwelle, aus 
der dann nicht nur der Wechselstrom für die Beleuchtung, sondern auch 
der Ladestrom der Batterie herkommt.
(Die neg. Welle ist ja nicht mehr da oder "angeknabbert" bzw. 
verschenkt.)

Optimal ist das nicht! Deshalb habe ich andere Regler gebaut, die m. E. 
besser arbeiten und die ich abgleichen möchte.

Unabhängig davon dürfte die Regelung bei Vertauschung des Thyristors 
anders aussehen. Aber da denke ich jetzt nicht weiter drüber nach, da 
das von vorneherein so nicht gemacht wird.

Vielen Dank noch einmal an alle Beteiligten für die Tips zum 
Simulationsproblem. Es funktioniert!!!

Hat bei mir mal wieder viel zu lange gedauert. Alleine hätte ich es wohl 
nie herausgefunden?

LG jürgen

juergen schrieb:
> Bei dem Motorroller-Regler ist das aber was anderes!
> Die positive Halbwelle darf nicht weggeschaltet werden,
> da parallel zu diesem AC-Regler noch ein weiterer Regler
> dazukommt, nämlich der für die Aufladung der Batterie (mit eigenem
> Schaltkreis).

Ok. Das war mir nicht bekannt. Danke für die Info - wer weiß, ob ich das 
mal brauchen kann!