Funktionsweise des Ladereglers für BMW Marine D7/D12

[nagmat84]

Hallo zusammen,

ich versuche die Funktionsweise des Ladereglers bei einer BMW Marine D7/D12 zu verstehen. Bevor jemand fragt, warum ich das wissen wolle und was denn nicht funktionieren würde, darum geht es mir nicht. Mir geht es erstmal nur um das Technikverständnis.

Das Originalhandbuch von Dehlya findet man hier: https://dehlya.de/index.php/downloads/dehlya-downloads?download=35:bmw-d7-betriebsanleitung. In dem PDF gibt es die Seite 18 mit dem Schaltplan mehrfach. Die beste erkennbare Version findet man auf PDF-Seite 26.

Der Einfachheit halber habe ich die relevanten Anteile aber nochmals neu gezeichnet und die Bauelemente mit Kennbuchstaben versehen:

Gegenüber der Originaldarstellung aus dem Handbuch habe ich Folgendes geändert:

1. Die Schottky-Diode V5 habe ich in eine Zener-Diode verwandelt. Ich bin mittlerweile davon überzeugt, dass es so sein sollte.
2. In grau habe ich die Gleichrichterdioden V3 und V4 ergänzt, um den Einweggleichrichter zu einem vollständigen Brückengleichrichter zu komplettieren.

Mittlerweile glaube ich zu verstehen, wie der Laderegler funktionieren soll. Die Spulen L1 und L2 (mutmaßlich so angeordnet, dass sie 180° phasenversetzt arbeiten) werden über V1 und V2 (bei mir zusätzlich noch V3 und V4) gleichgerichtet. Die Zener-Diode V5 dient der Spannungsmessung. Wenn die Drehzahl des Generators so hoch wird, dass die Spannung die gewünschte Ladeschlussspannung (14,4V) überschreitet, schaltet die Zenerdiode durch und zündet den Thyristor. Der Thyristor schließt die Spule L3 gegen Masse, sodass im Generator ein Gegenfeld erzeugt wird, der die Leistung des Generator runterdrückt.

Stimmt meine Interpretation?

Nun meine weiteren Fragen:

1. Wie sind die Gleichrichterdioden V1 und V2 (bzw. ggf. auch V3 und V4) zu dimensionieren? Woanders habe ich eine Plan gefunden, in dem als Typ BA157/158/159 vorgeschlagen wurde. Die sind aber doch nur für einen Dauerstrom I_f = 1A ausgelegt. Das kann doch nicht richtig sein, oder? Meiner Meinung nach müssten die Dioden doch den maximalen Strom bei Nennleistung 350W, also 25A tragen können?!
2. Der Thyristor V6 müsste so dimensioniert werden, dass er den Kurzschlussstrom der Spule L3, also auch 25A, aushalten, sprich "verbraten" kann. Richtig?
3. Wie sind die Zenerdiode V5 und der Widerstand R1 zu dimensionieren? Ich vermute, dass
   1. die Durchbruchspannung U_z der Zenerdiode,
   2. der Spannungsfall über R1 beim Zündstrom des gewählten Thyristors,
   3. der Innenwiderstand des Thyristor zwischen Anode und Gate, zusammen mit
   4. dem Innenwiderstand von L3
      die gewünschte Ladeschlusspannung ergeben muss, also z.B. 14,4V. Richtig?
4. Aber wie sind der Widerstand R2 und der Kondensator C1 zu dimensionieren? Wofür sind die überhaupt, welchen Zweck dienen die?
5. Ist es sinnvoll die Gleichrichterdioden V3 und V4 zu ergänzen? Passt das so wie in grau gezeichnet? Worum wurden die wohl original weggelassen? Aus meiner Sicht müsste doch so der Generator viel gleichmäßiger belastet werden. Würden diese zusätzlichen Dioden irgendwas kaputtmachen?

[Hai-Bruce]

Hast du da schon mal geschaut?

https://maker.pro/forums/threads/bmw...roject.249021/

[nagmat84]

Danke, nein hatte ich noch nicht gefunden.

Auf der Seite scheint man aber nicht allzu viel Ahnung zu haben, weil die Dimensionierung der Bauteile nicht systematisch hergeleitet wurde, sondern mehr so nach dem Motto "probieren wir mal 100 Ohm für XYZ und schauen, ob es explodiert". Der letzte Post auf der Seite sagt auch nur aus, dass es nicht funktioniert hat. Trotzdem melde ich mich da mal an und frage nach, was der aktuelle Stand ist.

[-the mechanic-]

Moin,

wenn Du ein dickes Fell hast stell' die Frage doch mal im Forum von "Mikrocontroller.net":

https://www.mikrocontroller.net/foru...zeugelektronik

Aber sei gewarnt.

-the mechanic-

[coffeemuc]

Wer nachlesen will:

https://www.mikrocontroller.net/topic/254772

[coffeemuc]

Zitat von nagmat84

Aber wie sind der Widerstand R2 und der Kondensator C1 zu dimensionieren? Wofür sind die überhaupt, welchen Zweck dienen die?

Ich denke der R2 sorgt dafür, dass immer eine definierte "Masse" an der Diode anliegt, auch solange noch kein Strom fließt.
Und C1 dafür dass es nicht schwingt.
Somit kann R2 recht hochohmig sein und C1 sollte für ein paar Motorumdrehungen den Strom liefern können um den Thyristor auch noch zu zünden wenn die Spannung an der Z-Diode schon wieder ein wenig unter die Durchbruchspannung gesunken ist.

[nagmat84]

Zitat von -the mechanic-

Moin,
wenn Du ein dickes Fell hast stell' die Frage doch mal im Forum von "Mikrocontroller.net" [...] Aber sei gewarnt.

Danke für den Tipp, aber wie coffeemuc schon herausgefunden hat,

Zitat von coffeemuc

Wer nachlesen will: https://www.mikrocontroller.net/topic/254772

war ich bereits mehrgleisig unterwegs. Ja, das Forum Mikrocontroller.Net scheint schwierig zu sein. Ich dachte es läge erst an mir.

Zitat von coffeemuc

Ich denke der R2 sorgt dafür, dass immer eine definierte "Masse" an der Diode anliegt, auch solange noch kein Strom fließt.

Natürlich, danke. Das ergibt Sinn. Das muss sogar so sein. Wenn Die Zener-Diode keinen Massebezug hätte, könnte die Zener-Diode die erreichte Spannung nie "messen", weil das Bezugspotential fehlt.

Darauf hätte ich auch selbst kommen müssen.

Zitat von coffeemuc

Und C1 dafür, dass es nicht schwingt.

Das hatte ich auch schon vermutet, dass C1 eine Art Tiefpassfilter sein soll, aber den hätte ich dann eher auf der anderen Seite, also direkt am Ausgang des Gleichrichters erwartet und nicht innerhalb des Regelkreises.

Zitat von coffeemuc

und C1 sollte für ein paar Motorumdrehungen den Strom liefern können um den Thyristor auch noch zu zünden wenn die Spannung an der Z-Diode schon wieder ein wenig unter die Durchbruchspannung gesunken ist.

Oder meinst Du mit "Schwingen" nicht die Glättung der (geregelten) Gleichspannung, sondern um das ständige Ein-/Ausschalten des Thyristors etwas zu gätten, um die Anzahl an Schaltspielen zu reduzieren?

[coffeemuc]

Aus dem Nachbarforum (Hab keine Lust mich dort anzumelden):

"Wie kann man die Wahl der Kapazität C1 und der Widerstände R1 und R2 begründen?"

Ein Versuch:

Angenommen man will auf 14V regeln.
R1 ergibt sich dann aus 14V minus Zenerspannung minus Tyristoreinschaltspannung (0,9V oder so) und dem nötigen Strom.

R2 = 10 * R1 (Daumenwert, oder noch mehr).

Für C1 müsste man auch die Frequenz wissen. Die hängt von Motordrehzahl, mechanischer Übersetzung und Anzahl der Permanentmagnetpole und dem Zündstrom ab.

Ich denke aber der Wert ist unkritsch. Die Faustformel für Siebelkos beim Gleichrichter wird da genau genug sein. Für höhere Frequenzen als 50 Hz entsprechend verkleinern.
Wenn man Glück hat ist man klein genug, dass man keinen Elko braucht.

[nagmat84]

Auch auf die Gefahr hin, dass das jetzt ein Doppelpost wird. (Ich sehe meinen letzten Beitrag nicht, obwohl angeblich abgeschickt wurde.)

Zitat von -the mechanic-

wenn Du ein dickes Fell hast stell' die Frage doch mal im Forum von "Mikrocontroller.net": [...] Aber sei gewarnt.

Danke für die Warnung. Ich dachte schon es liegt an mir, aber in dem Forum scheinen sich ein paar sehr seltsame Typen herumzutreiben.

Denn wie coffeemuc bereits herausgefunden hat

Zitat von coffeemuc

Wer nachlesen will: https://www.mikrocontroller.net/topic/254772

bin ich bereits zweigleisig gefahren.

Zitat von coffeemuc

Ich denke der R2 sorgt dafür, dass immer eine definierte "Masse" an der Diode anliegt, auch solange noch kein Strom fließt.

Danke. Das ergibt natürlich Sinn und ich hätte selbst darauf kommen sollen. Ohne R2 wäre das Potential auf der rechten Seite ja undefiniert solange der Thyristor nicht leitet und die Zenerdiode würde quasi irgendwas messen.

Zitat von coffeemuc

Und C1 dafür dass es nicht schwingt. [...] C1 sollte für ein paar Motorumdrehungen den Strom liefern können um den Thyristor auch noch zu zünden wenn die Spannung an der Z-Diode schon wieder ein wenig unter die Durchbruchspannung gesunken ist.

Ich nehme an mit "es" meinst Du die Thyristorschaltvorgänge. Also C1 soll dafür sorgen, dass der Thyristor nicht beliebig häufig schaltet ("zittert"), wenn die Spannung der Durchbruchspannung der Zenerdiode entspricht. Habe ich Dich richtig verstanden? Auch das macht Sinn.

[coffeemuc]

Zitat von nagmat84

Oder meinst Du mit "Schwingen" nicht die Glättung der (geregelten) Gleichspannung, sondern um das ständige Ein-/Ausschalten des Thyristors etwas zu gätten, um die Anzahl an Schaltspielen zu reduzieren?

Genau das. Auch wenn die Z-Diode schon wieder zu macht, liefert der C noch weiter Strom. Damit entsteht eine kleine Hysterese, die die Anzahl der Schaltungen reduziert.
Also eine Zeitlang den Thyristor immer zünden oder den Thyristor immer nicht zünden.