3-Fase AC d.m.v. Gelijkrichter naar DC spanning

[mfboersma]

Goedemiddag,

Ik zal eerst even de situatie schetsen:
Het gaat om een quadcopter drone met in het midden een gasturbine die een starter/generator heeft.

Ik heb de volgende DC output nodig voor de voeding van een electrische drone systeem:
Minimale voltage: 12V DC
Maximale voltage: 25V DC

Maximale amperage: 20A

Gegevens fabrikant gasturbine:
“ This version consists of a brushless and non-contact starter/generator. The generator is "hard" coupled to the turbine shaft (but there is no mechanical contact), i.e. it rotates at the same speed as the turbine. This configuration allows a much higher power output of the generator (900W!). This version is also supplied with an unregulated 3-phase alternating current supply. The three-phase voltage varies proportionally with the turbine speed. Typically, the measured no-load DC voltage is approximately 12V / 7.5A (33,000 1 / min) and 35V / 22A (100,000 1 / min) when charged with a 1.5 Ohm resistor behind a rectifier network (6x High Power Schottky diodes).“

Mijn vraag hierbij:
Welke formules/berekeningen heb ik nodig/moet ik maken om een 3 fase gelijkrichter te fabriceren die binnen de min & max benodigde DCvoltages/ampères ligt die ik nodig heb.

Of zijn er uberhaupt bedrijven die standaard of ‘custom made’ gelijkrichters aanbieden?

Alvast bedankt voor jullie input!

Mvg, A.B.

[klazon]

Met 6 diodes maak je een 3-fasige gelijkrichter. Diodes moeten geschikt zijn voor de spanning en stroom die je nodig hebt. Daar zet je een DC/DC omvormer achter, zoiets: https://www.reichelt.nl/dc-dc-omvormer- ... stct=pol_1

[mfboersma]

Bedankt voor je reactie!

Wat word er eigenlijk bedoeld met het volgende?: (gegevens fabrikant gasturbine)
“ when charged with a 1.5 Ohm resistor “

Is de weerstand (1.5 Ohm) die ze gebruiken een intern onderdeel van de gelijkrichter? Of bedoelen ze daar gewoon een voorbeeld ‘verbruiker’ mee?

Ik heb dit ook al aan de fabrikant gevraagd maar die reageert helaas traag en in gebrekkig engels, vandaar dat ik via deze weg meer info en uitleg over gelijkrichters probeer te vergaren..

Nogmaals bedankt voor je input en ik hoor graag van je/jullie.

Mvg, A.B.

[klazon]

Charged betekent in dit geval belast. Ze belasten het geheel dus met een weerstand van 1,5 ohm waardoor er bij 12V ongeveer 7,5A gaat lopen, en bij 35V ongeveer 22A.

Die hele zin zit een beetje krom in elkaar want ze beginnen met: the measured no-load DC voltage
Dat is dus de spanning zonder belasting. En zonder belasting betekent dat er geen stroom loopt.

De weerstand van 1,5 ohm zal ook geen klein elektronica weerstandje zijn, bij 35V en 22A zal er 770 watt in verstookt worden en dat is een aardig kacheltje.

[Benm]

Voor de diodes is het niet zo moeilijk om specificaties op te stellen: ze moeten 35*1.6 volt tegenspanning kunnen verdragen, en 22/3 ampere aan stroom, even aangenomen dat die 3 fasen gelijk zijn.

Uiteraard is het het beste om hier wel wat marge te hebben, dus iets dat 100 volt en 25 ampere oid aan kan lijkt me aanbevolen. Deze zijn van diverse leveranciers beschikbaar. Overigens heb je ook vaak een systeem waarbij er 2 diodes in 1 behuizing zitten, wat best handig is voor gelijkrichters.

[mfboersma]

Kijk aan we komen al een stuk verder, bedankt!

In mijn geval is het om een regelbare electromotor met propeller aan te drijven die max 500 watt verbruikt.

@Pluimdrager
Heeft het in zijn eerste reactie over een DC/DC omvormer achter de gelijkrichter...

Waarom moet er nog een omvormer achter als je met de juiste diodes al in het aangegeven bereik van min(12v) & max(25v) kunt komen?

[klazon]

De turbogenerator kan maximaal 35V leveren. Dat is de AC waarde. Na gelijkrichting krijg je dan bijna 50V DC. Dat ligt ver buiten het aangegeven bereik.

[mfboersma]

Oke duidelijk, dat de fabrikant in de gegevens zegt dat die 35V een DC spanning is klopt dus niet...

Even voor mijn/de beeldvorming:
Mijn regelbare electromotor met propeller vraagt 0 tot 500 watt
De electronische speed controller die het toerental van de electromotor regelt kan minimaal 12V en maximaal 25V aan en een max stroom van 20A.

Starter/generator heeft een max uitgangsspaning van 35 V AC en word na gelijkrichting ongeveer (35x1.6) = 56V DC

Dan moet een DC/DC omvormer de 56V DC omzetten naar een max van 25V DC. (Juiste omvormer vinden word volgensmij ook nog een hele klus want de meesten hebben een input van 16.8 tot 31.2V DC en daarbij een output van 24V DC en max 11.3A (totaal niet efficiënt voor mij)

Dat bij stationair toerental van de gasturbine de DC spanning onder de 12V DC komt hoef ik me volgensmij geen zorgen om te maken want de starter/generator genereert bij stationair toetental al 12V AC = na gelijkrichting ongeveer (12x1.6) = 19.2V DC

Kloppen mijn beredeneringen? Sorry ik ben een mechanisch man en nog redelijk nieuw in de wereld van diodes/gelijkrichters/e.d.

[Olof Bosma]

Is het niet wat onwaarschijnlijk dat de opgewekte spanning door de generator niet overeenkomt met de benodigde spanning?
In de tekst staat: "This version is also supplied with an unregulated 3-phase alternating current supply. The three-phase voltage varies proportionally with the turbine speed."
Wat deze generator voor een AC-spanning aflevert staat er niet bij, alleen dat de spanning varieert met het toerental.
Dan volgt de mededeling: "Typically, the measured no-load DC voltage is approximately 12V / 7.5A (33,000 1 / min) and 35V / 22A (100,000 1 / min) when charged with a 1.5 Ohm resistor behind a rectifier network (6x High Power Schottky diodes)."
Je kunt hieruit lezen dat de AC-generator is (of kan worden) voorzien van een gelijkrichter en dat de genoemde spanningen zijn gemeten na deze gelijkrichter bij een belasting van 1,5 ohm. De melding "no-load" betekent dan wellicht dat er geen motoren waren aangesloten.
De maximale spanning van 35 V is dan hoger dan de benodigde spanning voor de motoren van 25 V. Zou dat niet gewoon betekenen dat de generator wat is overbemeten en niet maximaal hoeft te draaien?
Een DC-DC omvormer is in dat geval niet aan de orde.

[klazon]

Mijn fout. Die 35V is inderdaad de gelijkgerichte DC spanning en niet de AC spanning. Maar dat ligt dan nog buiten het bereik.

Zit er geen mogelijkheid voor spanningsregeling op de generator?

[Olof Bosma]

Er is nog een andere mogelijkheid. Die weerstand van 1,5 ohm was een lineaire belasting. Een motor met een propeller is dat niet. In principe is het benodigde koppel voor een propeller evenredig met het kwadraat van het toerental. Dat geeft een flinke afvlakking en dus verlaging van de maximum spanning.

[mfboersma]

@Moderator, bedankt voor je reactie.
Op je beredenering dat de gasturbine en dus de starter/generator dan niet maximaal hoeft te draaien kan ik het volgende zeggen: de gasturbine levert in mijn geval het vermogen om op te stijgen dus deze zal juist vaak op maximaal vermogen draaien..

Als ik het goed begrijp genereert de starter/generator dus na gelijkrichting en zonder belasting op stationair toerental 12V DC en op max toerental 35V DC. Wordt er een weerstand van 1.5 ohm aan gehangen, dan trekt deze weerstand bij stationair toerental 7.5A en bij max toerental 22A

Wat verklaart de 900Watt dan in de beschrijving van de fabrikant?
“ The generator is "hard" coupled to the turbine shaft (but there is no mechanical contact), i.e. it rotates at the same speed as the turbine. This configuration allows a much higher power output of the generator (900W!). “

[Benm]

Het is een rare beschrijving - normaliter zou ik bij 'no load' echt denken aan onbelaste spanning, niet met een weerstand van 1.5 ohm. Wellicht kan de generator bij een zwaardere belasting onder de meest gunstige omstandigheden die 900 watt leveren, al staat er niet bij hoe.

[Olof Bosma]

[/quote]

@Moderator, bedankt voor je reactie.
Op je beredenering dat de gasturbine en dus de starter/generator dan niet maximaal hoeft te draaien kan ik het volgende zeggen: de gasturbine levert in mijn geval het vermogen om op te stijgen dus deze zal juist vaak op maximaal vermogen draaien..

Daarom denk ik dat de reden die ik om 13:58 noemde (kwadratisch toenemend benodigd koppel) eerder de oorzaak is dat bij aangesloten motoren de spanning van 25 V niet wordt overschreden.


Als ik het goed begrijp genereert de starter/generator dus na gelijkrichting en zonder belasting op stationair toerental 12V DC en op max toerental 35V DC. Wordt er een weerstand van 1.5 ohm aan gehangen, dan trekt deze weerstand bij stationair toerental 7.5A en bij max toerental 22A

Ik denk dat de generator zonder enige belasting een hogere spanning opwekt. Om toch min of meer realistisch te kunnen meten wordt waarschijnlijk die weerstand van 1,5 ohm i.p.v. de motoren aangesloten.


Wat verklaart de 900Watt dan in de beschrijving van de fabrikant?

Er zal enig verlies optreden in dit proces. Verder wil je waarschijnlijk wat marge hebben. Dat kan verklaren waarom het vermogen van de generator groter is dan dat van de motoren.


“ The generator is "hard" coupled to the turbine shaft (but there is no mechanical contact), i.e. it rotates at the same speed as the turbine. This configuration allows a much higher power output of the generator (900W!). “

Het betreft brushless motoren. Die worden elktronisch aangestuurd en deze besturing bepaalt het toerental. Kennelijk is die besturing zo ingericht dat het toerental van de generator hierbij wordt gevolgd.
Kennelijk leidt dat tot een hogere output van de generator.

[Benm]

Ik begrijp het ook niet helemaal: als er geen sprake is van directe mechanische verbinding, waarom zou een electromotor dan op dezelfde snelheid -moeten- draaien als de generator, als er een stap van gelijkrichting tussen zit?

Bij een brushless motor lijkt het mij puur de electronica die het toerental bepaalt, ongeacht het DC voltage, zolang dat maar genoeg stroom kan leveren om de gewenste snelheid te behouden.