Autojen sähköjärjestelmien kehitys on kiinnostunut generaattoreista, jotka antavat näyttelylle harvinaisia tasoja. Tulevien vaihtovirtageneraattoreiden kriittisissä ominaisuuksissa on suurempi teho ja säätöpaksuus, korkeampi lämpötilakäyttö ja parempi ohimenevä vaste. Tehoelektroniikan soveltaminen autojen sähköntuotantoon on uusi kuorman sovittamistekniikka, joka esittelee yksinkertaisen kytkintavan tasasuuntaajan tavanomaisen Lundell-vaihtovirtageneraattorin huippu- ja keskimääräisen tehon dramaattisen kasvun lisäksi huomattavan tehottomuuden lisäksi. Ajoneuvon tehoelektroniikkakomponentit yhdistettynä yleiseen virranhallinta- ja ohjausjärjestelmään tuovat uusia haasteita sähköjärjestelmän suunnitteluun. Näitä tehoelektroniikkakomponentteja ovat energian varastointilaitteet, DC / DC-muuntimet, invertterit ja ajaa. Autoteollisuus Power Electronics on löytynyt monista sovelluksista jotkut niistä mainitaan alla.
- Polttoainesuuttimen solenoidiohjainpiirit
- IGBT-sytytyspuolan ohjainpiirit
- Sähköiset ohjaustehostinjärjestelmät
- 42 V: n virtaverkko
- Sähkö- / hybridivoimajunat
Lundell-laturi:
Lundellia kutsutaan myös Cla-Pole-vaihtovirtageneraattoriksi on haavakentän synkroninen kone, jossa roottori käsittää parin leimattua napakappaletta, jotka on kiinnitetty sylinterimäisen kenttäkäämityksen ympärille. Lundell-laturi on yleisin autojen sähköntuotantolaite. Se on eniten käytetty kaupallinen vaihtovirtageneraattori. Lisäksi tämän laturin mukana toimitetun sisäänrakennetun sillan tasasuuntaajan ja jännitesäätimen ohjausominaisuudet. Se on haavakentän kolmivaiheinen synkronigeneraattori, joka sisältää sisäisen kolmivaiheisen diodin tasasuuntaajan ja jännitesäätimen. Roottori koostuu parista leimattua napakappaletta, jotka on kiinnitetty sylinterimäisen kenttäkäämityksen ympärille. Lundell-laturien tehokkuus ja lähtöteho ovat kuitenkin rajalliset. Tämä on merkittävä haittapuoli sen käytössä nykyaikaisissa ajoneuvoissa, jotka vaativat sähkön lisäämistä. Käämitystä ohjaa jännitesäädin liukurenkaiden ja hiiliharjojen kautta. Kentän virta on paljon pienempi kuin laturin lähtövirta. Matala virta ja suhteellisen sileät liukurenkaat takaavat paremman luotettavuuden ja pidemmän käyttöiän kuin tasavirta-generaattori, kun sen kommutaattori ja suurempi virta kulkevat harjansa läpi. Staattori on 3-vaiheinen kokoonpano, ja täyssiltadiodin tasasuuntaajaa käytetään perinteisesti koneen ulostulossa 3-vaiheisen jännitegeneraattorin korjaamiseksi vaihtovirtageneraattorista.
Yllä esitetty kuva on yksinkertainen Lundell-vaihtovirtageneraattorin malli (kytketty-tasasuuntaaja). Koneen kenttävirta määräytyy säätimen kenttävirran mukaan, joka käyttää a pulssin leveys moduloitu jännite kenttäkäämityksen yli. Keskimääräinen kenttävirta määräytyy kentän käämityksen vastuksen ja säätimen keskimääräisen jännitteen perusteella. Muutokset kenttävirrassa tapahtuu L / R-kentän käämityksen aikavakiona, joka on tyypillisesti järjestyksessä. Tämä pitkä aikavakio hallitsee laturin ohimenevää suorituskykyä. Ankkurissa on joukko sinimuotoisia 3-vaiheisia back-emf-jännitteitä, kuten Vsa, Vsb, Vsc ja vuotoinduktanssi Ls. Sähköinen taajuus ω on verrannollinen mekaaniseen nopeuteen ωm ja koneen napojen määrään. Taka-EMF-jännitteiden suuruus on verrannollinen sekä taajuuteen että kenttävirtaan.
V = avain
Lundell-laturilla on suuri staattorin vuotoreaktanssi. Reaktiivisten pisaroiden voittamiseksi suurella vaihtovirralla tarvitaan suhteellisen suuria koneen taka-EMF-suuruuksia. Laturin äkillinen kuormituksen lasku vähentää reaktiivisia pudotuksia ja johtaa siihen, että suuri osa takajännitteestä ilmestyy laturin ulostuloon ennen kuin kenttävirtaa voidaan vähentää. Tuloksena oleva ohimenevä tahto tapahtuu. Tämä ohimenevä vaimennus voidaan helposti saavuttaa uudella generaattorijärjestelmällä ohjaamalla kytkintavan tasasuuntaajaa oikein.
Diodisilta korjaa vaihtovirtakoneen ulostulon vakiojännitelähteeksi Vo, joka edustaa akkua ja siihen liittyviä kuormia. Tämä yksinkertainen malli sieppaa monet Lundell-vaihtovirtageneraattorin elintärkeistä piirteistä ja ovat samalla järjestelmällisesti hallittavissa. Kytketyn tehoelektroniikan käyttö uudelleensuunnitellulla ankkurilla voi tarjota useita parannuksia tehoon ja tehokkuuteen. Voimme korvata nämä diodit MOSFET-laitteilla suorituskyvyn parantamiseksi. Lisäksi MOSFET-laitteet tarvitsevat porttiohjaimia ja porttiohjaimet vaativat virtalähteitä, mukaan lukien tasosiirtolähteet. Joten kustannukset täyden aktiivisen sillan korvaamisesta diodisillalle ovat huomattavat.
Tässä järjestelmässä voimme myös lisätä tehokytkimen, joka voi olla MOSFET, jota seuraa Diode Bridge ohjattavana kytkimenä. Tämä kytkin kytketään päälle ja pois päältä suurella taajuudella pulssinleveyden moduloinnissa. Keskimääräisessä mielessä tehostuskytkinjoukko toimii DC-muuntajana, jonka kierrosluku ohjataan PWM-suhdeluvulla. Tuo oletus tasasuuntaajan kautta suhteellisen vakiona PWM-syklin aikana säätämällä kuormitussuhdetta d voidaan muuttaa keskimääräinen jännite sillan ulostulossa mihin tahansa arvoon laturijärjestelmän lähtöjännitteen alapuolella.
PWM-ohjatun tasasuuntaajan käyttö diodin tasasuuntaajan sijaan antaa seuraavat pääedut, kuten tehostustoiminto lähtötehon lisäämiseksi pienellä nopeudella ja tehokertoimen korjaus koneessa lähtötehon maksimoimiseksi.
Kun sähkökuormitus kasvaa sen vuoksi, että vaihtovirtageneraattorista otetaan enemmän virtaa, lähtöjännite putoaa, jonka puolestaan säädin havaitsee, mikä lisää käyttöjaksoa kenttävirran lisäämiseksi ja siten lähtöjännite kasvaa. Samoin, jos sähkökuormitus vähenee, käyttöjakso pienenee siten, että lähtöjännite pienenee. PWM-täyssiltasuuntaajaa (PFBR) voidaan käyttää maksimoimaan lähtöteho sinimuotoisella PWM-ohjauksella. PFBR on melko kallis ja monimutkainen ratkaisu. Se laskee useita aktiivisia kytkimiä ja vaatii roottorin sijainnin tunnistamisen tai monimutkaiset järjettömät algoritmit.
Kuitenkin, kuten synkroninen tasasuuntaaja, se tarjoaa kaksisuuntaisen tehovirtauksen ohjauksen. Jos kaksisuuntaista tehovirtaa ei tarvita, voimme käyttää muita PWM-tasasuuntaajia, kuten kolme yksivaiheista BSBR-rakennetta. Siinä on kaksi kertaa vähemmän aktiivisia kytkimiä, ja kaikkiin niihin viitataan maahan. Aktiiviset kytkimet voidaan pienentää vain yhdeksi käyttämällä Boost Switched-ModeRectifier (BSMR) -tekniikkaa. Tällä topologialla ei ole tarpeen käyttää roottoriasentoanturia, mutta tehokulmaa ei voida hallita.
