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Dimensionamento condensatore tensione pulsante

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Dimensionamento condensatore tensione pulsante

Messaggioda Foto UtenteilMatty » 9 mag 2018, 23:43

Buonasera a tutti.
Comincio scusandomi qualora avessi sbagliato sezione, avevo un gran dubbio, spero di averci azzeccato.
Venendo al dunque mi ritrovo nel mezzo dell'autocostruzione di una motocarriola "elettrica", tra virgolette per un motivo specifico... Sono riuscito a recuperare, come base, il telaio motorizzato di un carrello elettrico, il quale monta un motore DC a spazzole lavorante a 12V con un assorbimento di 15A.
Da precisare che, essendo pensato per viaggiare letteralmente a passo d'uomo (l'operatore ci cammina dietro), il motore è dotato di un considerevole motoriduttore che gli consente di trasportare carichi degni di nota nonostante la potenza relativamente bassa.
Orbene, essendo la batteria andata ed avendo io la necessità di portare il mezzo in posti sperduti nei boschi per la raccolta di legna sono stato costretto a prevedere un'alimentazione tramite gruppo elettrogeno da 1kW situato sul carrello stesso... Da premettere che l'energia erogata dal suddetto generatore è molto sporca, con tensione che oscilla a seconda del carico per via degli adeguamenti del motore a combustione tutt'altro che rapidi.
Ebbene, con soli componenti di recupero avevo pensato al seguente setup: Gruppo elettrogeno, trasformatore a lamierino 230-12V da 300 VA, KBPC2508 per raddrizzare e condensatore/i di livellamento, PWM e motore.
Ben conscio che, date le premesse, per tenere la tensione stabile l'ideale sarebbe una batteria tra generatore e motore... Il punto è che non possiedo batteria e caricatore adatti a mantenere il livello di carica stabile con l'utilizzo (mi servirebbe una batteria che si possa ricaricare con almeno 15A, ed un caricatore in grado di erogarli).
Riesco, con dei condensatori, a stabilizzare la tensione in entrata al PWM con i picchi che può avere un motore del genere?
Visto che, col multimetro, non ho avuto modo di provare l'assorbimento del motore sotto sforzo, qualcuno è in grado di dirmi quale potrebbe essere il picco di assorbimento?
Sperando di non abusare della vostra pazienza vi chiederei inoltre come calcolare la capacità del/i condensatore/i per stabilizzare la pulsante in entrata al PWM con un carico del genere.
Per chi volesse consigliarmi di acquistare una batteria da auto bella capiente e di non complicarmi la vita ci terrei a precisare che ho già valutato la cosa e non è molto fattibile in quanto l'uso è davvero gravoso (e se mi si ferma il mezzo con un quintale di legna sopra in mezzo ad un bosco son problemi) e, inoltre, per l'uso serale, vorrei recuperare un proiettore alogeno alimentato a 220 da 400W che già possiedo da montare sul frontale... Inutile dire che sarebbe problematico alimentarlo con una batteria.
Grazie mille per il tempo dedicatomi e buona serata a tutti
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[2] Re: Dimensionamento condensatore tensione pulsante

Messaggioda Foto Utenteelfo » 10 mag 2018, 0:42

La risposta *non* ti piacera' :( e tutto, ovviamente, IMHO

ilMatty ha scritto: una batteria da auto bella capiente e di non complicarmi la vita ci terrei a precisare che ho già valutato la cosa e non è molto fattibile in quanto l'uso è davvero gravoso (e se mi si ferma il mezzo con un quintale di legna sopra in mezzo ad un bosco son problemi)

Qui si tratta non di progettazione ma di filosofia della progettazione.

Ti preoccupi di una batteria che si puo' scaricare e *non* ti preoccupi dell'affidabilita' di tutto l'"ambaradam" progettato e realizzato sicuramente *non* a norme NASA/MIL?
(Mentre leggevo mi sono venute in mente le Uno che negli anni '80 - se ricordo bene - si fermavano improvvisamente e inspiegabilmente in autostrada per il surriscaldamento delle prime accensioni elettroniche - e dopo mezz'ora ripartivano, ma la causa si capi' molto tempo dopo).

La gestione della batteria e la previsione della sua autonomia mi sembrano problemi minori rispetto a tutto il resto.

Gli americani hanno l'acronimo KISS (Keep It Simple S.... Tieni le cose semplici - l'utima "S" non la traduco)

ilMatty ha scritto:vorrei recuperare un proiettore alogeno alimentato a 220 da 400W che già possiedo da montare sul frontale... Inutile dire che sarebbe problematico alimentarlo con una batteria.

Tradurrei "recuperare" con "cercare rogna" :(

Prendi un bel proiettore a LED da qualche decina di W dai cinesi e lo alimenti direttamente dalla batteria con una luce comparabile o superiore a quella dell'alogena da 400 W (e non spendi una fortuna).

Per ricaricare la batteria ho comprato alla LIDL un caricabatterie "intelligente" che carica batterie anche superiori a 100 Ah e gestisce sia quelle "normali" sia quelle da "scarica profonda" (cioe' quelle da "muletti")
Costo? circa 50 euro - meno di quello che avrei speso se avessi comprato il materiale.
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[3] Re: Dimensionamento condensatore tensione pulsante

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 10 mag 2018, 8:57

Per valutare quello che chiedi servirebbe qualche altro dato: occorrerebbe anzitutto sapere quanto varia la tensione all'uscita del gruppo elettrogeno, in particolare quanto vale il massimo valore che può raggiungere, che andrebbe poi confrontato con il massimo valore di tensione che può sopportare il circuito PWM che controlla il motore, questo servirebbe a stabilire il rapporto spire del trasformatore per fare in modo da non superare i limiti.

Poi occorrerebbe sapere come è fatto il circuito PWM che alimenta il motore per capire se sia idoneo ad essere alimentato direttamente con la tensione raddrizzata disponibile all'uscita del ponte, quindi senza condensatore.

Evitare il condensatore sarebbe meglio, se non si può fare devi considerare che mettendolo non riuscirai a smorzare le eventuali variazioni di tensione dovute al gruppo, per questo motivo in ogni caso occorre assicurare la giusta tensione attraverso il rapporto spire del trasformatore.

Il condensatore quindi servirebbe solo a livellare la tensione all'uscita del ponte che altrimenti non sarebbe continua ma solo raddrizzata.

Per dimensionarlo devi considerare che, orientativamente, con un assorbimento di 1A e un condensatore da 10mF ti rimane un residuo di alternata a 100Hz (ripple) di circa 1Vpp sovrapposto alla tensione continua, quindi per i tuoi 15A, se volessi avere un ripple di 1Vpp, ti occorrerebbe un condensatore da 150mF che non è scherzo

In teoria un circuito PWM per motori cc si può alimentare con una tensione solo raddrizzata ma in pratica occorre verificare se l'eventuale circuito di controllo e/o altri circuiti ausiliari siano altrettanto tolleranti.

Queste cose che ti ho detto, non conoscendo i dettagli, sono le prime che mi sono venute in mente, valgono quindi solo in linea generale.
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[4] Re: Dimensionamento condensatore tensione pulsante

Messaggioda Foto Utenterichiurci » 10 mag 2018, 9:20

Aggiungo solo che una batteria, anche piccola, livella meglio e in maniera più semplice di qualsiasi condensatore... e.aumenta l'affidabilità non la riduce
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[5] Re: Dimensionamento condensatore tensione pulsante

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 10 mag 2018, 9:50

però la batteria utilizzata al posto del condensatore, quindi non da sola come intendeva Foto UtenteilMatty, non andrebbe bene perché il gruppo pare non eroghi una tensione costante, occorrerebbe interporre un regolatore della tensione e della corrente di carica... e le cose si complicherebbero
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[6] Re: Dimensionamento condensatore tensione pulsante

Messaggioda Foto Utenterichiurci » 10 mag 2018, 13:05

argomento meglio, anche se credo che l'OP sia scomparso velocemente come è apparso...

ilMatty ha scritto:... il quale monta un motore DC a spazzole lavorante a 12V con un assorbimento di 15A.
...
Visto che, col multimetro, non ho avuto modo di provare l'assorbimento del motore sotto sforzo, qualcuno è in grado di dirmi quale potrebbe essere il picco di assorbimento?

per stare sicuro potrebbe arrivare a 30-40A di picco direi

ilMatty ha scritto:Ebbene, con soli componenti di recupero avevo pensato al seguente setup: Gruppo elettrogeno, trasformatore a lamierino 230-12V da 300 VA, KBPC2508 per raddrizzare e condensatore/i di livellamento, PWM e motore.

sia il trasformatore che il ponte potrebbero non supportare i picchi di assorbimento

ilMatty ha scritto:.....
Sperando di non abusare della vostra pazienza vi chiederei inoltre come calcolare la capacità del/i condensatore/i per stabilizzare la pulsante in entrata al PWM con un carico del genere.

i condensatori "puliscono" una tensione sporca, ma il tuo problema sono i picchi di assorbimento del motore a mio avviso!
Se il generatore produce una tensione sporca è bene "pulirla", ma non è detto sia un problema per il driver del motore. Il problema è se questa tensione, per i limiti di trasformatore e ponte, si "siede" sui picchi di assorbimento del motore.

ilMatty ha scritto:Per chi volesse consigliarmi di acquistare una batteria da auto bella capiente e di non complicarmi la vita ci terrei a precisare che ho già valutato la cosa e non è molto fattibile in quanto l'uso è davvero gravoso (e se mi si ferma il mezzo con un quintale di legna sopra in mezzo ad un bosco son problemi) e, inoltre, per l'uso serale, vorrei recuperare un proiettore alogeno alimentato a 220 da 400W che già possiedo da montare sul frontale... Inutile dire che sarebbe problematico alimentarlo con una batteria.
Grazie mille per il tempo dedicatomi e buona serata a tutti


Non è necessario prevedere una batteria "grande", una batteria a 12V anche da 15-20Ah ti offrirà comunque una capacità (anche di filtraggio) ben maggiore di qualsiasi condensatore di costo paragonabile.

E' proprio il tuo setup, se i dati sono giusti, a rendere una batteria consigliabile: avresti un generatore sporco e "lento" da un kW usato a potenza media di 2-300W.

Se prevedi una batteria da (esempio) 45 Ah effettivi avresti una autonomia di due ore, potresti usare il generatore a intervalli di tempo regolari, o magari spegnerlo del tutto quando sei fermo e usi il faro, in quel caso con faretto LED andresti avanti ore senza far rumore e senza respirare gas di scarico.

Se invece hai già deciso tutto....
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[7] Re: Dimensionamento condensatore tensione pulsante

Messaggioda Foto UtenteilMatty » 10 mag 2018, 15:00

Buongiorno signori e grazie per i molti punti di vista.
Rispondo in ordine:
Elfo, per quanto concerne l'affidabilità hai senz'altro ragione, un circuito semplice ha meno problemi di uno complesso; tuttavia io parto considerando ciò che conosco bene... Nel senso che, di professione, sono un meccanico di veicoli pesanti e sto frequentando i corsi serali per diventare perito elettrotecnico. Sono solo all'equivalente del terzo anno di istituto tecnico e fin ora ho fatto solo elettrotecnica civile ed un po' di elettronica digitale...
Quindi se mi si guasta il generatore, un trasformatore a lamierini o un ponte di diodi so dove mettere le mani senza problemi, ma se già mi si guastasse un sistema di carica delle batterie con trasformatore switching non saprei dove mettere le mani...
Per quanto concerne il recupero so bene che equivalga a complicare le cose... Tuttavia se avessi optato per una realizzazione ad hoc avrei potuto saldarmi un bel telaio in alluminio e allestire un motore diesel da 5-6 cv decisamente più pratico di tutto questo ambaradan... Ad ogni modo a me piacerebbe, anche solo a scopo didattico, creare una macchina del genere con soli componenti di recupero.
Tanto che, fino ad ora, non ho dovuto acquistare un solo componente di quelli che vi cito.
Il mezzo non è particolarmente grande (parliamo di 1,90 M di lunghezza per 1,50 di larghezza), tuttavia in origine era pensato per trasportare attrezzatura atta a fare perizie geologiche (credo una specie di radar per verificare la solidità dei terreni in cantiere), tutta roba molto leggera.
Il telaio reggerebbe tranquillamente svariati quintali ma, con un motore da 15A, dubito sia in grado di muovere più di 100kg su terreni sconnessi... Tenendo già in considerazione il peso di tutto l'ambaradan che vorrei metterci sopra (e siamo intorno ai 50kg).
Bruno, la tensione del gruppo è stabilizzata a circa 230V, il problema è che la gestione della potenza erogata dal motore è affidata a delle masse centrifughe che contrastano una serie di molle che a loro volta aprono la farfalla del carburatore. Quindi succede che, da misure effettuate senza troppa precisione, alimentando un carico con picco da circa mezzo kW la tensione scende per pochi istanti anche a 200V per poi riassestarsi intorno ai 225-230; al contrario, spegnendo improvvisamente il carico (resistivo nell'ambito dei miei test), la tensione sbalza a 250-260V per qualche istante.
Chiaramente, più il carico è importante, più lo sbalzo è considerevole.
Il rapporto di spire del trasformatore non lo conosco, posso tuttavia dirti che, a vuoto, alimentato con 230V, tira fuori circa 13,3-13,4V; con un ponte di graetz fatto al momento con diodi da 2A sale a 19,6.
Il PWM è l'unica cosa che non possiedo ancora, aspettavo pareri per l'acquisto e, a quanto pare, ho fatto bene...
Dunque devo informarmi se il PWM in questione accetta una tensione pulsata al suo ingresso?
Molto interessante quanto mi dici... Nella mia ignoranza speravo che un grosso condensatore sopperisse ai picchi di assorbimento del motore... Invece a quanto pare livella giusto la tensione in entrata al PWM, per il resto c'è poco da fare... Ho capito bene?
Per quanto riguarda il discorso "batteria di livellamento", è una delle prime cose a cui ho pensato... Ossia una batteria, non tanto per alimentare il tutto quanto per livellare la tensione in uscita dal generatore.
Posso dirvi che, il gruppo elettrogeno in questione, ha anche un'uscita stabilizzata a 12Vcc proprio per ricaricare le batterie, la corrente è limitata ma non ricordo a quanto, qualcosa tipo 1,5A.
E ad ogni modo posseggo svariati caricatori, sia manuali che elettronici con gestione di tensione e corrente in base al livello di carica della batteria... Rimane tuttavia il problema a mio avviso.
Nel senso che non mi viene in mente una batteria "umana" in grado di essere ricaricata costantemente con almeno 15A (ammesso che riesca a fornirglieli) in modo da alimentare il carico ed essere ricaricata contemporaneamente.
Ho visto qualcosa in ambito dei trasporti pesanti, ma indipendentemente dal fatto che solitamente son batterie a 24 V, parliamo di componenti del peso di 50-60kg, non proprio maneggevoli.
Se invece pensassi ad un sistema, così su due piedi mi vengono in mente dei diodi di potenza, per troncare i picchi in alto di tensione e prelevare energia dalla batteria solo durante i cali di tensione avrei sempre il problema della batteria che, per quanto lentamente, si scarica.
Qui l'idea sarebbe quella di creare una macchina con autonomia, utopisticamente, infinita...
A meno di valutare un sistema analogo a quello succitato (quindi picchi verso l'alto di tensione troncati e prelievo di energia dalla batteria durante i cali di tensione) con in più un sistema di ricarica della batteria in parallelo; ricarica che quindi richiederebbe una corrente molto più modesta.
Tuttavia mi sembra che le cose vadano a complicarsi ulteriormente...
Richi, non so cosa sia l'OP ma, se sono io, tranquillo che non scompaio; la mia presenza è influenzata dalla mole di lavoro di questi giorni ma prima o dopo torno sempre :mrgreen:
30-40A di picco, sinceramente, son più di quanto mi aspettassi... Per il ponte posso sopperire, dovrei averne che reggono fino a 50A, per il trasformatore invece questo è il più grande che ho... A meno di trovare il modo di parallelarne un paio con un qualche sistema retroattivo per distribuire correttamente il carico...
Per la tensione sporca comincio a capire, anche grazie a quanto detto da Bruno... Pare sia il minore dei problemi.
Per vedere se il trasformatore regge io non so che fare a livello teorico, sono, ahimè, un tipo molto pratico... Tutto ciò che posso fare è, a breve, mettermi in laboratorio e fare una prova di sforzo del motore con un paio di frizioni e misurare quanto assorbe... Con una pinza amperometrica a questo punto, perché sopra i 20A, col multimetro da banco, non vado...
Poi c'è da vedere di quanto cade la tensione del trasformatore con quell'assorbimento...
Io sarei assolutamente propenso ad una soluzione come quella che mi citi, sarebbe un buon compromesso, tuttavia i tempi di ricarica temo sarebbero cospicui...
Non volevo mettermi a far conti per evitare di dar prova di tutta la mia ignoranza, però ci provo :mrgreen:
In garage ho una vecchia batteria del furgone, cambiata per precauzione, è ancora buona... È una 12V 80Ah, dimensioni accettabili per l'utilizzo in questione...
Calcolando una corrente di carica di 1/10 della capacità dovrei fornirle 8A, fattibilissimo... Tuttavia erogando 8A una batteria del genere, da morta, la riporto in vita in 10 ore, giusto?
Contando che, col solo assorbimento del motore, senza altri utilizzatori e senza contare i picchi del motore stesso la batteria mi potrebbe durare qualcosa più di 5 ore di utilizzo, un tempo di ricarica del doppio del tempo di utilizzo mi sembra importante... Per carità, so che in quest'ambito è più che ragionevole, però dovermi fermare 10 ore ogni 5 di utilizzo sarebbe una bella limitazione, anche spezzettando la ricarica nelle fasi di carico e scarico...
Senza contare che perderei la possibilità di riciclare il mio faretto... So che ci sono proiettori a LED millemila volte più efficienti che sono relativamente economici, però partivo proprio dalla filosofia del riciclo, volevo evitare di acquistare qualcosa indipendentemente dal prezzo...
Grazie ancora per i consigli a tutti e buona giornata O_/
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[8] Re: Dimensionamento condensatore tensione pulsante

Messaggioda Foto Utenteelfo » 10 mag 2018, 15:40

Grazie per la esauriente risposta.

Prova ad immaginare la realizzazione di questo schema a blocchi.
Con quello che hai di recupero cosa riesci a realizzare?

Questo e' il caricabatteria cui avevo accennato in un post precedente

http://www.lidl-service.com/cps/rde/SID ... %2012%20A2
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[9] Re: Dimensionamento condensatore tensione pulsante

Messaggioda Foto Utenterichiurci » 10 mag 2018, 15:55

cambierei solo il faro con uno LED, alimentato a 12V. E il caricabatteria lavora a 220 non a 12

All'OP ricomparso :mrgreen:

proprio perché "didattico" uno schema come quello di Elfo, che coincide con la mia proposta, mi sembra abbia molti vantaggi.

Il caricabatteria lo trovi in commercio, e comunque non sempre che ricarichi velocemente...perché potrebbe ricaricare solo l'assorbimento medio del motore...quindi 15A ammesso lo si usi al massimo per lunghe tratte.

Potresti anche farlo con il trasfo e il ponte di recupero, ma andrebbe limitato come tensione massima per non rovinare la batteria
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[10] Re: Dimensionamento condensatore tensione pulsante

Messaggioda Foto Utenterichiurci » 10 mag 2018, 15:57

sempre in un approccio "recupero".... se questa carriola era già elettrica....immagino che tu il caricabatteria da rete lo abbia già!

Se sufficientemente rapido potrebbe servire almeno per le prime prove...e dovresti aggiungere solo il generatore.

Credo però che sarebbe utile, ed interessante, se tu postassi qualche foto dell'oggetto, della batteria originale e del caricabatterie, sia dell'assieme per mia curiosità che delle targhe per i dati tecnici
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