Lichtmaschine was passiert da genau

  • Weil ich selbst auch immer wieder nachdenken muss und nicht alle Zahlen im Kopf habe, wollte ich mal ein Posting setzen, in dem ich das zusammenfassend aufdrösel was den so in einem Kurzschlussregler passiert.


    Zuerst mal ein BildFormelrad Elektro.png


    Das Formelrad, mehr benötigt man nicht zum berechnen. Als nächstes das was wir wissen oder messen können. Wissen tun wir die Lima-Leistung, den Innenwiderstand einer Spule und den Widerstand eines Thyristors(mehr oder weniger, da er kein Widerstand sondern ein Spannungsbauteil ist).


    R innen = 0,05Ohm....ich müsste es ausbauen um es genau zu messen, daher mal eine Schätzung. Hab daher in meinem Excel mal verschiedene Werte dafür eingesetzt und berechnen lassen. Dazu später mehr

    R Kurzschluss = 0,005Ohm(5mOhm bei FET, eigentlich Null Ohm bei Thyristor)

    P Lima nehme ich mal mit 250W an, ein Wert der sich ungefähr bei 3500U/min des Motors schon einstellt. Quelle ist mein Chef der nach seinem Studium ca 5 Jahre bei Bosch gearbeitet hat und dort mit Lichtmaschinen bzw Zündsppulen zu tun hatte. Heute bauen wir selbst Spulen und fast alle unsere Entwicklungen basieren da drauf. Aber diese Motorradlimas kennt er nicht im Detail. Seine Aussage: Grundparameter wenn sie anfangen zu rechnen sind 80% Leistung bei halber Nenndrehzahl. Darauf hin wird dann alles berechnet was nötig ist das zu erreichen.


    So...mehr braucht man eigentlich nicht.


    I kurzschluss = Wurzel(250W/(0,05+0,005Ohm))= 67,4A

    U Kurzschluss = 67,4A*(0,05+0,005Ohm) = 3,7V

    U innen = 0,05Ohm * 67,4A = 3,37V

    U FET = 0,005Ohm * 67,4A = 0,337V

    P FET = 67,4A * 0,337V * Wurzel2 = 16,07W

    P innen = 67,4 * 3,37V * Wurzel2= 160,7W


    Wurzel 2 eingefügt weil wir eine Wechselspannung haben und kein DC. Folglich steigt die Spannungskurve ja an. Die Entnahme erfolgt aber in Watt DC aus der Batterie, also ohne Korrekturfaktor. Folglich haben wir einen Stromfluss von Null bis 35Ampere um einen dauerstrom von 25A zu entnehmen(12V *25A = 300W)

    Wichtig dabei, man sieht das die Leistung eigentlich in der Spule verbraten wird und nicht im Regler. Nun habe ich alles rein Ohmisch betrachtet. Die realen Werte reduzieren sich noch um den Scheinwiderstand einer Spule aufgrund der Frequenz und die Sättigung des Eisen, welches garkeine 67A dann entstehen lassen wird. Nur da müsste ich raten. Definitiv ist es also weniger als meine obige Rechnung. Geschätzt würde ich mal auf 45-50A max tippen, dann ist Ende.


    Setz ich Null Ohm Thyristor ein und nehme dann 0,7V Spannungsabfall weil ein PN-Übergang.


    Nun komme ich auf 70,7A, 3,5V, 35W Regler und 140W Lima. Aber man muss wohl auf 45A runter kalkulieren, dann werden die Zahlen völlig anders, deutlich kleiner. Ca 8W beim FET und 29W beim Thyristor. Da wir alle normalerweise Spannung messen am Moped, denken wir in Spannungspotential und nicht in Strom. Aber Spulen sind eben Strom, nicht spannungsbezogen. Besonders gut zu erkennen an Zündspulen, die aufgrund des Magnetfeldes unbedingt einen Strom fliesen lassen wollen und dann die Spannung solange erhöhen bis es überschlägt. Voila: Zündfunke.


    Meine Vermutung warum bei manchen abraucht und bei anderen ewig hält: der eine hat IMMER Licht an, der andere macht es zb aus, wenn er im Leerlauf vor dem Haus den Motor warm laufen lässt. Dort bekommt er den ersten Hitzeschlag auf den Regler. Je nach dem wie lange es dauert bis warm. Und so kommen immer mal negative Effekte dazu. Nur kurz, das hält er thermisch aus, weil Wärme auch Zeit braucht um zu kummulieren. Und obige 30W wohl nur ganz selten anliegen. Aber 30W sind definitiv zuviel. Natürlich ist Warmlaufen bei Leerlaufdrehzahl, daher weniger Leistung, davon noch ein Teil für Zündung weg. Dafür kein Fahrtwind der sich unter der Sitzbank durchdrückt.


    Bevor nun große Diskussionen entstehen. Die Zahlen sind natürlich nicht 100% exact und da ich gerade keine Spulenplatte habe, kann ich den Innenwiderstand nicht nachmessen. Deswegen habe ich eine unserer Spulen mit 25A Maxstrom und hoher Windungszahl genommen. Allerdings ist bei uns eine Windung kürzer als am Spulenpaket der Lima, also die Gesamtlänge auch kürzer. Habe da geschätzt. Jedoch die 5milliOhm des FET sind soviel kleiner als ein Drahtwiderstand, das die Grundverteilung gleich bleibt. 10x soviel Widerstand an der Spule = 10x soviel Leistung dort. Wer also mal nachmessen kann und es postet, dann verbessere ich das gerne. Aber ein Multimeter, selbst ein Fluke, kommt bei diesen Widerstandsgrößen auf keine hohe Genauigkeit. Mindestens Kelvinklemmen sollten also dran sein am Messgerät und 4-Drahtmessung. Ich habe im Ersatzmotor eine Spulenplatte, aber der Motor ist aktuell eingelagert und will Gehäuse aktuell nicht öffnen und zerlegen deswegen. Von aussen messe ich leider nur alle Spulen gemeinsam. Das ist sehr ungenau.


    Obige Berechnung dient also dazu, verständlich zu machen, wie eine Kurzschlussregelung gegenüber einer Linearregelung funktioniert. Und wo die Leistung dann bleibt, bzw wieso bei 250W Nennleistung im aktuellen Moment dann nur 200W oder weniger über bleiben, wenn Kurzschluss. Weniger dient es dazu, die genauen Werte zu wissen. Und Autolichtmaschinen funktionieren nochmal ganz anders, die regeln das Erregermagnetfeld und reglen dann einfach auf Null wenn nötig, indem sie keinen Strom mehr erzeugen. Ohne das dabei viel Verlustleistung entsteht.


    Schönes Wochenende

  • Ne, hatte im Büro wenig zu tun. Und mein Chef hatte auch etwas langeweile. Also haben wir uns mal ausgetauscht. Übrigens ebenfalls begeisterter BMW-Fahrer. Hat ne R800er G/S Boxer und neuerdings ne F700 aus 2017.

  • Na das möchte ich auch mal erleben an einem Freitag am Monatsende.:whistle:


    Hat jemand schon mal einen Schaltplan des Reglers ausgegraben, damit man genau sehen kann wie ein solcher aufgebaut ist?

  • Jetzt diesen bei BMW nicht. Die Regler sind vergossen. Aber im Grundprinzip sind die Thyristorregler alle gleich. 6 Thyristoren, einen Komperator. DaAs ist einfach eine Schaltung die eine bestimmte Spannung an einen Eingang anlegt, mittels einer intern erzeugten Referenz. Am anderen Pin liegt die Generatorspannung. Geht die höher als die Referenz schaltet der Ausgang und zündet den Thyristor. Thyristor ist kein Transistor, den man regeln kann. Sondern ein An Schalter der erst ausgeht wenn die Spannung auf Null absinkt. Da bei Wechsel/Drehstrom immer wieder Nulldurchgang ist, ergibt sich das automatisch.


    Dieses Grundprinzip reicht. Wie nun im Detail die Referenzspannung erzeugt wird, wie die Zündspannung erzeugt wird, das sind zwar unterschiede, aber nicht wirklich relevant für die Funktion.


    MOS-FET könnte man nun zwar Regeln, aber auch die werden einfach durchgeschaltet. Den die Verlustleistung ist am kleinsten an den oberen und unteren Grenzpunkten. Irgendwo in der Mitte ist Verlust am höchsten. Also diesen Arbeitspunkt möglichst schnell durchschreiten.

  • Ich widerspreche ja nur ungern, aber Wikipedia und alle anderen Quellen, die ich auf die Schnelle gefunden habe, zeigen ein Schaltbild mit nur 3 Thyristoren:

    Meines Wissen entspricht der SH532B-12 deinem Schaltbild.

    Es gibt jedoch noch den SH775 welcher 6 Thyristoren hat.

    Der FH020 und FH012 sind mit 3 Dioden und 3 FET.

  • Hat jemand schon mal einen Schaltplan des Reglers ausgegraben, damit man genau sehen kann wie ein solcher aufgebaut ist?

    In etwa entspricht es dem hier. Die Referenzspannungsquelle und die Ansteuerung der Thyristoren kann im Detail andres sein.

    46421-scr-regler-png


    In Zwischenzeit habe ich auch noch mein Model vom FET-Regler vervollständigt. Das Patent war dazu sehr hilfreich:

    Im Anhang wieder als Micro-Cap 12 File.

    Das Batterie Modell habe ich auch noch angepasst. Was noch fehlt sind die Induktivitäten des Generators. Diese sind aber für das Verständnis nicht so wichtig,

    FET Regler.png



    Eckart Du wolltest einen Längsregeler. Bitte, hier jemand der es gemacht hat.

    Der SH775 könnte aber die bessere Lösung sein.


    6 Thyristoren, einen Komperator. DaAs ist einfach eine Schaltung die eine bestimmte Spannung an einen Eingang anlegt,

    So einfach ist es nicht. Auf Anhieb habe ich es nicht hingekriegt.



    Weitere Infos zu Spannungsregler (Englisch):

    https://granttiller.com/regula…e-SCR-Regulator-Rectifier


    Shindegen hat noch einen Regler wo alles FET sind:

    https://www.shindengen.com/pro…technology/motorcycle_gp/

    Der hat aber einen zusätzlichen Sensor beim Generator.

    Könnte in etwa diesem Modell entsprechen: https://www.mathworks.com/matl…sed-three-phase-rectifier

  • Danke für den Input.

    Noch eine Frage:

    Im Parallel-Thread hatte ich den Sinn der Referenzleitung erwähnt, (wie dort richtig von dir korrigiert, ausgehend von der Reglerseite").In der Quelle wird eine weitere Funktion der Sense-Leitung erwähnt.

    Zitat

    Die Leitung V/Ar (klein b im rev. Schaltplan) ist einmal die "Einschaltleitung" für den Regler, d.h. hier erhält der Regler über das Zündschloß 12V+, damit er in Betrieb geht.

    Vorausgesetzt das dies so richtig beschrieben ist, verstehe ich nicht ganz recht den Zweck. Ein Anschluss ist doch schon über die Batterie direkt gegeben. Und ich sehe keine zeitrelevanten Bauteile, die ein vorhergehendes "Einschalten" erfordern sollten. Oder doch?

  • Sehr interessante Betrachtung der, bei genauem Hinsehen durchaus komplexen, Technik, die normalerweise unauffällig wie selbstverständlich funktioniert. Nur was tun, wenn das nicht so ist?


    Ich finde das mit der Berechnung plausibel. Jedoch finde ich: einmal in einen MOSFET-Regler investiert, kann man den Taschenrechner getrost beiseite legen. Er funktioniert einfach und das Leben einer Gelbatterie ist deutlich länger. Punkt.


    Sicherlich ist die Technik bewundernswert, man kann aber auch mit dem Moped einfach fahren, ohne Gedanken an Strombedarf und Innenwiderstand etc. zu verschwenden.


    LG Rolf

    und eine angenehme Winterpause bis 2022 das Salz von der Straße weg ist.

  • Vorausgesetzt das dies so richtig beschrieben ist, verstehe ich nicht ganz recht den Zweck. Ein Anschluss ist doch schon über die Batterie direkt gegeben. Und ich sehe keine zeitrelevanten Bauteile, die ein vorhergehendes "Einschalten" erfordern sollten. Oder doch?

    Ich lese von so einer Funktion auch das erste Mal. Die Frage ist ja auch berechtigt. Denn der Regler ist ja fest mit Batterie und Lichtmaschine verbunden und es stellt sich die Frage, wie er sich abgeschaltet verhalten sollte.


    Als bloße Funktion der Referenzleitung würde die im ausgeschalteten Zustand mit 0 sehr niedrige Spannung bedeuten, dass die Spannung als zu niedrig angesehen wird und der Regler nicht regelt, indem er (als Kurzschlussregler) die volle Lichtmaschinenleistung ins Bordnetz lässt. Allerdings sollte die Lichtmaschinenleistung zu diesem Zeitpunkt 0 sein, weil der Motor bei ausgeschalteter Zündung nicht läuft.


    Mit einer Zusatzschaltung könnte man aber auch erreichen, dass er unterhalb einer Schaltschwelle das Gegenteil tut, nämlich die - nicht laufende - Lichtmaschine so gut es geht dauerhaft kurzzuschließen.


    Somit ist so eine Funktionalität - wenn es sie denn überhapt gibt - eher akademisch und allenfalls bei einem Defekt oder nur im Ausschaltmoment relevant. Vielleicht findet ja mal jemand einen vollständigen Schaltplan so eines Reglers, der diese Frage beantwortet.


    KöfferliRebel Vielen Dank für Dein umfangreiches Zusammentragen der Informationen !


    Eckart

  • Auch wenn ich den Faden zerstöre:


    Mein Moped mochte leider 2 MOSFET-Regler nicht. Der eine lieferte 14,7-,8 V, der mir jetzt vom Händler ersetzt wird.

    Der andere lieferte plötzlich nach einer Pause bei einer Tour periodisch wiederkehrende Werte von 11V steigend auf 14V.

    Beides FH020AA Regler von verschiedenen Lieferanten.

    Jetzt läuft sie wieder mit einem alten Längsregler mit 14,3-14,5V.

    Macht einfach keinen Spaß wenn man ständig vor solchen Problemen steht.

  • Eckart

    Thyristoren lassen nur in eine Richtung durch. Mit 6 Thyristoren steuere ich vor der Gleichrichtung. Mit 3 Thyristoren steuere ich nach der Gleichrichtung. Dioden zum Gleichrichten haben ebenfalls 0,7V Spannungsabfall. Diese Leistung muss man ebenfalls mitkalkulieren. 25Ax0,7V = 20W Diodenverlustleistung. Daher vermute ich mal, es dürften keine Siliziumdioden sein, sondern Germanium. Kostet das 4-5fache, haben aber nur 0,3V Durchlasspannung. Oder Schottky-dioden. Ebenfalls weniger Spannungsabfall.


    So oder so, ein Designer muss also sich für einen Kompromiss entscheiden. Kosten-Verlustleistung-Belastbarkeit müssen in Einklang stehen. Dioden VOR Thyristor müssen den Kurzschlusstrom aushalten, Dioden nach Thyristor müssen nur noch den Nennstrom aushalten.


    Was nun genau in UNSEREM Regler verbaut ist weis ich nicht. Spielt aber fürs Funktionsprinzip kaum eine Rolle. Lediglich die Gesamtabwärme wird dadurch verändert. Da ich die Diodenverlustleistung nicht mitberechnet habe gilt meine Berechnung für jede Variante. Den in der 6 Thyristorvariante wird jeder Thyristor nur bei einer der 6 Halbwellen aktiv. 6 Halbwellen weil Drehstrom und positiv/negativ. In der 3 Thyristorvariante zündet er bei 2 von 6 Halbwellen. Den nun ist die negative Halbwelle zu einer positiven Halbwelle geworden.


    Was ich definitiv weis, das Schaltbild von Köfferli stimmt so auch nicht mehr. So ab 89 hat Bosch einen Reglerchip entwickelt, der das alles integriert hat. Keine dedizierten Einzelbauteile mehr. Hier entdet dann auch mein Knowhow. Welche Chips das waren, wuste mein Chef auch nicht, er war für die Spulenberechnungen zuständig und hat die Spulenplatten berechnet und die Eisenmenge die nötig ist. Dürfte aber kein Geheimniss mehr sein, aber auch nicht irgendwie öffentlich im Internet stehen. Weil das heute auch keinen mehr interessiert. Heute baut man FET ein, moderne FET kommen runter auf 0,5mOhm Durchlasswiderstand. bei 100Ampere wären das gerade mal 5Watt dann die man abführen muss als Wärme. Sowas wird heute gemacht, indem man auf der Platine eine Kupferfläche hat, welche diese Wärme abführt. Und der Chip wird mit dieser Fläche lötend verbunden.


    Will das mal einer sehen? PC aufmachen. Um die CPU herum(muss man meist den Lüfter abheben) sind 4-8 Spannungsregler. eine Hochleistungsgamer CPU hat bei 12V ca 130W Verlustleistung, was bedeutet das dort unten auf dem Board ca 110Ampere an Strom fliesen von diesen Chips zur CPU. Verteilt auf die 8 SpannungsregelFET hat also jeder völlig ohne zusätzliche Kühlung ca 15-20A zu verarbeiten. Dort fliest also mehr Strom als zu unserem Anlasser...nur die Spannung ist kleiner.


    Aber oben sieht man ja das die Spannung egal ist für die Verlustleistung. Nur der Strom ist relevant. Er erzeugt einen Spannungsabfall an einem Widerstand. Ob ich nun 100V oder 1000V anlege, wenn 10A fliesen habe ich immer die selbe Wärmemenge. Deswegen mein Beispiel mit dem PC. Und jeder darf sich nun selbst mal vorstellen wie das auf einer Grafikkarte zugeht, die 200-300W verbrät bei irgendeinem Hammergrafikspiel. Dort liegen 12V an, in der CPU werden 1,1-1,3V verarbeitet. Aussen rum muss man also 200A oder mehr an Ströme erzeugen.


    Rolf559


    100% Ack. Ich will hier kein Marketing für einen Reglertyp betreiben, sondern einfach die technischen Grundlagen betrachten. Natürlich hat ein MOS-FET Vorteile. Aber er kostet auch mehr. Ich habe zb in meinem Luftfilter oben 2x 20mm Loch drin, saugt nun da auch Luft an und holt das unter der Sitzbank. Mein Regler dankt es mir und gekostet hat das nichts, den Bohrer hatte ich sowieso schon da. Ich denke halt, wenn man weis wie etwas funktioniert kann man besser entscheiden.

  • Sorry, Maico, vielleicht habe ich einfach Glück gehabt. Für mich war das die Lösung. Es ist auf jeden Fall gut sich mit der Technik zu befassen. Baujahr '94 ist ja Lichtjahre von heutigen Standards entfernt. Und BMW hatte immer schon Batterie Probleme.

  • BMW hatte immer schon Batterie Probleme

    Einen schlechten Ruf wird man ja schwer wieder los. Schon mit der F650GS hielten die sich in Grenzen, wenn ,man rechtzeitig ans Nachfüllen dachte. Zum Glück kann ich sagen, mit meiner F800GS keine Batterieprobleme gehabt zu haben, die über das dem technischen Stand entsprechende übliche, mit so einem Bauteil verbundene Maß hinausgehen.

    Man kann natürlich trotzdem vom Regen in die Traufe kommen.


    Eckart

  • und BMW hatte immer schon Batterie Probleme.

    :thumbup: selbst meine 1150er hat mit der Original Konfig ( Exide Batterie ) Probleme = irgendwann ständig nerviges ABS-Geblinke bzw. Startschwierigkeiten wegen diversen Verbrauchern ( FID / Alarmanlage usw. )

    die an der Batt zerren - Natoknochen wäre hier eine Lösung bei Nichtbetrieb

    Meins habe ich bisher mit einer Hawker gut gelöst , aber auch diese möchte ab und zu nachgeladen werden......;)

    zumindest die Boschlima = PKW Technik macht hier einen guten Job :thumbsup2:


    Ob eine Hawker ( Bauform gibt es nicht ) in einer F650 länger leben würde kann ich nicht sagen

  • Will das mal einer sehen? PC aufmachen. Um die CPU herum(muss man meist den Lüfter abheben) sind 4-8 Spannungsregler. eine Hochleistungsgamer CPU hat bei 12V ca 130W Verlustleistung, was bedeutet das dort unten auf dem Board ca 110Ampere an Strom fliesen von diesen Chips zur CPU. Verteilt auf die 8 SpannungsregelFET hat also jeder völlig ohne zusätzliche Kühlung ca 15-20A zu verarbeiten.

    Die "ungekühlten" MOSFETs befinden sich unter den blauen Kühlkörper. Da der obere Kühlkörper nicht direkt im Luftstrom liegt, ist er mittels einer Heat Pipe (das silberne Rohr) mit dem unteren Kühlkörper verbunden welcher vom Ventilator gekühlt wird.

    Ungekühlte MOSFET mit Kühler im Luftstrom.jpg


    Was ich definitiv weis, das Schaltbild von Köfferli stimmt so auch nicht mehr. So ab 89 hat Bosch einen Reglerchip entwickelt, der das alles integriert hat.

    Shindengen ist nicht Bosch und unser Regler hat definitiv keinen Mikrokontroller.

    Wissen wir dank David A. Braun https://faq.f650.com/FAQs/Volt…ifierFAQ.htm#VR%20Autopsy


    rgb-compose.jpg

    (Kombination von den beiden relevanten Bildern. Scheint so, als haben sie nur mAs aber nicht kV angepasst)


    Die 6 Thyristor Variante ist bei Shindengen dazu die Ausnahme (SH775) und nicht die Regel.

  • Hm, ich hatte einen defekten Boschregler in meiner. Ist das dann kein Orginal? Ok...ich habe jetzt nicht so genau recherchiert, ich bin einfach davon ausgegangen das es ein Bosch ist, eil bei mir ein Bosch drin war. Und anhand dieser Bezeichnungen haben wir uns Schlau gemacht.

  • Hm, ich hatte einen defekten Boschregler in meiner. Ist das dann kein Orginal?

    Original is Shindengen SH532B-12 . Scheint so, als sei beim Vorbesitzer schon mal der Regler den Hitzetod gestorben. Und auch einer von Bosch tut die unbelüftete Lage auf die Länge nicht so gut.

  • Hier das Schema des SH532B-12 erstellt auf Basis der Röntgenbilder von David A. Braun

    http://www.deathstar.org/~flash/


    Bei D7 bin ich mir nicht sicher. Der Rest müsste in etwa stimmen.

    R0 ist nicht auf dem Schema, da dies nur eine Brücke ist.


    Edit: Ich glaube ich habe was vergessen: Zwischen Tx und den Thyristoren sind, so glaube ich noch jeweils eine Diode. Die schwarzen Blobs.

    Gleichs gilt wohl für D7? Das wäre dann wohl eher ein Widerstand.





    SH532B-12.png



    Controll Board.jpg

    Power Part.jpg


    Hier korrigiert:


    D7? wäre damit R12. Und D7 ist wohl eine weitere Zener-Diode, die verhindern soll, dass Sense und Reglerausgang zu weit auseinander driften.

    Also eigentlich ein Schutz der Batterie.


    SH532B-12.png