Progresul sistemelor electrice auto atrage interesul asupra generatoarelor care oferă niveluri neobișnuite ale expoziției. Calitățile critice ale alternatoarelor viitoare încorporează o putere mai mare și o grosime de control, o funcționare la temperatură mai mare și un răspuns tranzitoriu mai bun. Aplicarea electronicii de putere la generarea de energie auto este o nouă tehnică de potrivire a sarcinii care prezintă un redresor simplu în modul comutat pentru a obține creșteri dramatice ale puterii de vârf și a puterii medii de la un alternator convențional Lundell, pe lângă ineficiența considerabilă a actualizărilor. Componentele electronice de putere ale vehiculului, împreună cu sistemul general de gestionare și control al energiei, introduc un nou set de provocări pentru proiectarea sistemului electric. Aceste componente electronice de putere includ dispozitive de stocare a energiei, convertoare DC / DC, invertoare , și conduce. Automobile Electronica de putere a găsit în multe aplicații unele dintre acestea sunt menționate mai jos.
- Circuite conducător auto solenoid injector combustibil
- Circuite driver bobină de aprindere IGBT
- Sisteme de servodirecție electrică
- Net de alimentare de 42V
- Trenuri electrice / hibride
Alternatorul Lundell:
Lundell se mai numește și alternatorul Cla-Pole este o mașină sincronă cu câmp înfășurat în care rotorul cuprinde o pereche de piese polare ștampilate fixate în jurul unei înfășurări cilindrice de câmp. Alternatorul Lundell este cel mai obișnuit dispozitiv de generare a energiei utilizat la mașini. Este cel mai folosit alternator comercial comercial. În plus, capacitatea de control a redresorului de punte încorporat și a regulatorului de tensiune incluse în acest alternator. Este un generator sincron trifazat cu câmp înfășurat care conține un redresor intern cu diodă trifazată și un regulator de tensiune. Rotorul este format dintr-o pereche de piese stâlpite, fixate în jurul unei înfășurări cilindrice de câmp. Cu toate acestea, eficiența și puterea de ieșire a alternatoarelor Lundell sunt limitate. Acesta este un dezavantaj major pentru utilizarea sa la vehiculele moderne care necesită o creștere a puterii electrice. Înfășurarea de câmp este acționată de regulatorul de tensiune prin inele de alunecare și perii de carbon. Curentul de câmp este mult mai mic decât curentul de ieșire al alternatorului. Curentul redus și inelele de alunecare relativ netede asigură o fiabilitate mai mare și o durată de viață mai mare decât cea obținută de un generator de curent continuu cu comutatorul său și un curent mai mare fiind trecut prin perii. Un stator este o configurație trifazată și un redresor cu diodă de punte completă este utilizat în mod tradițional la ieșirea mașinii pentru a rectifica generatorul de tensiune trifazat de la mașina alternatorului.
Figura prezentată mai sus este un model simplu alternator Lundell (redresor cu comutare). Curentul de câmp al mașinii este determinat de curentul de câmp al regulatorului care aplică a lățimea pulsului tensiune modulată pe înfășurarea câmpului. Curentul mediu de câmp este determinat de rezistența la înfășurarea câmpului și de tensiunea medie aplicată de regulator. Modificările curentului de câmp apar cu o constantă de timp de înfășurare a câmpului L / R care este de obicei la comandă. Această constantă lungă de timp domină performanța tranzitorie a alternatorului. Armătura este proiectată cu un set de tensiuni back-emf trifazice sinusoidale precum Vsa, Vsb, Vsc și inductanță de scurgere Ls. Frecvența electrică ω este proporțională cu viteza mecanică ωm și numărul de poli ai mașinii. Mărimea tensiunilor emf din spate este proporțională atât cu frecvența, cât și cu curentul de câmp.
V = cheie
Alternatorul Lundell are o reactanță mare la scurgere a statorului. Pentru a depăși picăturile reactive la un curent ridicat al alternatorului, sunt necesare magnitudini emf relativ mari ale mașinii. O reducere bruscă a sarcinii pe alternator reduce căderile reactive și are ca rezultat o fracțiune mare din tensiunea inversă care apare la ieșirea alternatorului înainte ca curentul de câmp să poată fi redus. Voința tranzitorie rezultată are loc. Această suprimare tranzitorie poate fi obținută cu ușurință cu noul sistem alternator printr-un control adecvat al redresorului cu comutare.
O punte cu diode rectifică ieșirea mașinii de curent alternativ într-o sursă constantă de tensiune Vo reprezentând bateria și sarcinile asociate. Acest model simplu surprinde multe dintre aspectele vitale ale alternatorului Lundell, rămânând în același timp tractabil sistematic. Aplicarea electronicii de putere în modul comutat cu o armătură reproiectată poate oferi o serie de îmbunătățiri ale puterii și eficienței. Putem înlocui aceste diode cu MOSFET-uri pentru o performanță mai bună. În plus, MOSFET-urile necesită drivere de poartă, iar driverele de poartă necesită surse de alimentare, inclusiv surse de alimentare cu deplasare la nivel. Deci, costul înlocuirii unui pod activ complet cu un pod cu diode este substanțial.
În acest sistem, putem adăuga și un comutator de impuls care poate fi MOSFET urmat de Diode Bridge ca un comutator controlat. Acest comutator este pornit și oprit la frecvență ridicată în modularea lățimii impulsului. Într-un sens mediu, setul de comutatoare de impuls acționează ca un transformator de curent continuu cu un raport de rotații controlat de raportul de funcționare PWM. Dacă presupunem curentul prin redresor relativ constant pe un ciclu PWM, prin controlul raportului de funcționare d, se poate varia tensiunea medie la ieșirea podului, la orice valoare sub tensiunea de ieșire a sistemului alternator.
Utilizarea unui redresor controlat PWM în locul unui redresor cu diode permite următoarele beneficii principale, cum ar fi operația de creștere pentru creșterea puterii de ieșire la viteză redusă și corectarea factorului de putere în mașină pentru maximizarea puterii de ieșire.
Când încărcătura electrică crește din cauza mai multului curent extras din alternator, tensiunea de ieșire scade, care este la rândul său detectată de regulator, care mărește ciclul de funcționare pentru a crește curentul de câmp și, prin urmare, crește tensiunea de ieșire. La fel, dacă există o scădere a sarcinii electrice, ciclul de funcționare scade astfel încât tensiunea de ieșire să scadă. Redresorul PWM full-bridge (PFBR) poate fi folosit pentru a maximiza puterea de ieșire cu control sinusoidal PWM. Un PFBR este o soluție destul de costisitoare și complexă. Contează pentru mai multe comutatoare active și necesită detectarea poziției rotorului sau algoritmi fără sens complexi.
Cu toate acestea, la fel ca un redresor sincron, acesta oferă control bidirecțional al debitului de putere. Dacă nu este necesar fluxul de putere bidirecțional, putem folosi alte redresoare PWM precum cele trei structuri BSBR monofazate. Are comutatoare active de două ori mai puține și toate sunt referite la sol. Comutatoarele active pot fi reduse la unul singur folosind un Boost Switched-ModeRectifier (BSMR). Cu această topologie, nu este necesar să utilizați un senzor de rotație, dar unghiul de putere nu poate fi controlat.
