Razvoj avtomobilskih električnih sistemov se zanima za generatorje, ki dajejo neobičajne ravni razstave. Kritične lastnosti prihodnjih alternatorjev vključujejo večjo moč in debelino nadzora, višje temperature in boljši prehodni odziv. Uporaba močnostne elektronike za proizvodnjo električne energije v avtomobilih je nova tehnika uravnavanja obremenitve, ki predstavlja preprost usmerjevalni usmernik, s katerim dosežemo dramatično povečanje največje in povprečne izhodne moči običajnega Lundellovega alternatorja, poleg tega pa znatno izboljšuje neučinkovitost. Električne komponente moči vozila skupaj s celotnim sistemom za upravljanje in nadzor moči predstavljajo nov sklop izzivov za zasnovo električnega sistema. Te energetske elektronske komponente vključujejo naprave za shranjevanje energije, pretvornike DC / DC, pretvorniki in pogoni. Avtomobilizem Power Electronics so našli v mnogih aplikacijah nekateri izmed njih so navedeni spodaj.
- Gonilni tokokrogi elektromagnetnega vbrizga goriva
- Gonilna vezja vžigalne tuljave IGBT
- Električni servo volan
- Moč 42 V
- Električni / hibridni pogonski vlaki
Lundell alternator:
Lundell se imenuje tudi Cla-Pole alternator je sinhroni stroj z navitim poljem, pri katerem rotor vsebuje par žigosanih drogov, pritrjenih okoli valjastega navitja polja. Lundell alternator je najpogostejša naprava za proizvodnjo električne energije, ki se uporablja v avtomobilih. Je najbolj uporabljen komercialni avtomobilski alternator. Poleg tega je krmilna zmogljivost vgrajenega mostovnega usmernika in regulatorja napetosti, ki sta priložena temu alternatorju. Je trifazni sinhroni generator z navitim poljem, ki vsebuje notranji trifazni diodni usmernik in regulator napetosti. Rotor je sestavljen iz para odtisnjenih drogov, pritrjenih okoli valjastega navitja polja. Vendar sta učinkovitost in izhodna moč alternatorjev Lundell omejeni. To je glavna pomanjkljivost njegove uporabe v sodobnih vozilih, ki zahtevajo večjo električno moč. Poljsko navitje poganja regulator napetosti preko drsnih obročev in ogljikovih ščetk. Poljski tok je veliko manjši od izhodnega toka alternatorja. Nizkotokovni in razmeroma gladki drsni obroči zagotavljajo večjo zanesljivost in daljšo življenjsko dobo, kot jo dobi enosmerni generator s svojim komutatorjem in večjim tokom, ki se prenaša skozi njegove ščetke. Stator je 3-fazna konfiguracija, na izhodu stroja pa se tradicionalno uporablja celotni mostični diodni usmernik za usmerjanje 3-faznega generatorja napetosti iz alternatorja.
Zgoraj prikazana slika je preprost model alternatorja Lundell (usmernik s preklopnim načinom). Poljski tok stroja se določi s poljskim tokom regulatorja, ki deluje a širina impulza modulirana napetost na navitju polja. Povprečni tok polja se določi z uporom navitja polja in povprečno napetostjo regulatorja. Spremembe toka polja se pojavijo pri časovni konstanti navijanja polja L / R, ki je običajno v vrstnem redu. Ta dolgočasna konstanta prevladuje nad prehodnimi zmogljivostmi alternatorja. Armatura je zasnovana z nizom sinusoidnih 3-faznih napetosti nazaj EMF, kot so Vsa, Vsb, Vsc in induktivnost puščanja Ls. Električna frekvenca ω je sorazmerna z mehansko hitrostjo ωm in številom strojnih polov. Velikost napetosti povratne ems je sorazmerna tako frekvenci kot toku polja.
V = tipka
Lundellov alternator ima veliko reaktanco puščanja statorja. Da bi premagali reaktivne padce pri visokem toku alternatorja, so potrebne relativno velike EMF-vrednosti. Nenadno zmanjšanje obremenitve na alternatorju zmanjša reaktivne padce in povzroči velik del povratne napetosti, ki se pojavi na izhodu alternatorja, preden se lahko zmanjša poljski tok. Nastala prehodna volja se zgodi. To prehodno zatiranje lahko z novim sistemom alternatorja enostavno dosežemo z ustreznim nadzorom usmerjenega usmernika.
Diodni most popravi izhod izmeničnega stroja v vir konstantne napetosti Vo, ki predstavlja baterijo in s tem povezane obremenitve. Ta preprost model zajema številne ključne vidike Lundellovega alternatorja, hkrati pa ostaja sistematično sledljiv. Uporaba vklopljene močnostne elektronike s preoblikovano armaturo lahko zagotovi vrsto izboljšav moči in učinkovitosti. Te diode lahko nadomestimo z MOSFET-i za boljše delovanje. Poleg tega MOSFET-ji zahtevajo gonilnike vrat, gonilniki vrat pa potrebujejo napajalnike, vključno z napajalniki s premikom nivoja. Torej so stroški zamenjave polno aktivnega mostu z diodnim mostom precejšnji.
V ta sistem lahko dodamo tudi ojačevalno stikalo, ki je lahko MOSFET, ki mu sledi Diode Bridge kot nadzorovano stikalo. To stikalo se vklopi in izklopi pri visoki frekvenci pri modulaciji širine impulza. V povprečju deluje ojačevalno stikalo kot enosmerni transformator z razmerjem obratov, ki ga nadzira razmerje obratovanja PWM. Če predpostavimo, da je tok skozi usmernik razmeroma konstanten v ciklusu PWM, lahko z uravnavanjem delovnega razmerja d spremenimo povprečno napetost na izhodu mostu na katero koli vrednost pod izhodno napetostjo sistema alternatorja.
Uporaba usmerjevalnika s PWM namesto diodnega usmernika omogoča naslednje glavne prednosti, kot je pospeševanje delovanja za povečanje izhodne moči pri nizki hitrosti in popravek faktorja moči v stroju za maksimiranje izhodne moči.
Ko se električna obremenitev poveča zaradi večjega toka, ki ga potegne alternator, izhodna napetost pade, kar nato zazna regulator, ki poveča delovni cikel za povečanje poljskega toka in s tem izhodna napetost narašča. Če pride do zmanjšanja električne obremenitve, se delovni cikel zmanjša, tako da se izhodna napetost zmanjša. PWM usmernik s celotnim mostom (PFBR) se lahko uporablja za maksimiranje izhodne moči s sinusno regulacijo PWM. PFBR je precej draga in zapletena rešitev. Šteje več aktivnih stikal in zahteva zaznavanje položaja rotorja ali zapletene nesmiselne algoritme.
Vendar kot sinhroni usmernik ponuja dvosmerni nadzor pretoka moči. Če dvosmerni pretok moči ni potreben, lahko uporabimo druge usmernike PWM, tako kot tri enofazne BSBR strukture. Ima dvakrat manj aktivna stikala in vsa so povezana z zemljo. Aktivna stikala je mogoče zmanjšati na samo eno z uporabo Boost Switched-ModeRectifier (BSMR). Pri tej topologiji ni treba uporabljati senzorja rotorja, vendar kota moči ni mogoče nadzorovati.
