Az autóipari elektromos rendszerek fejlődése felkelti az érdeklődést a generátorok iránt, amelyek a kiállítás ritka szintjét adják. A jövőbeli generátorok kritikus tulajdonságai magukban foglalják a nagyobb teljesítmény- és vezérlővastagságot, a magasabb hőmérsékletű működést és a jobb átmeneti reakciót. A teljesítményelektronika alkalmazása az autóipari áramtermelésben egy új terhelés-egyeztetési technika, amely egy egyszerű kapcsoló üzemmódú egyenirányítót kínál a hagyományos Lundell generátorok csúcs- és átlagos teljesítményének drámai növekedése érdekében, a jelentős fejlesztési hatékonyság mellett. A jármű elektromos elektronikus alkatrészei az általános energiagazdálkodási és vezérlőrendszerrel párosítva új kihívások elé állítják az elektromos rendszerek tervezését. Ezek az erőelektronikai alkatrészek magukban foglalják az energiatárolókat, a DC / DC átalakítókat, inverterek , és hajt. Autóipari A Power Electronics számos alkalmazásban megtalálható ezek közül néhányat az alábbiakban említünk.
- Üzemanyag-befecskendező szolenoid meghajtó áramkörei
- IGBT gyújtótekercs-meghajtó áramkörök
- Elektromos szervokormány rendszerek
- 42V hálózati net
- Elektromos / hibrid hajtás
A Lundell generátor:
A Lundellt más néven Cla-Pole generátornak tekercses szinkron gépnek, amelyben a forgórész egy pár bélyegzett pólusdarabot tartalmaz, amelyek egy hengeres mezei tekercs körül vannak rögzítve. A Lundell generátor a leggyakoribb áramtermelő eszköz, amelyet az autókban használnak. Ez a leggyakrabban használt autóipari generátor. Ezenkívül a beépített hídirányító és feszültségszabályozó vezérlési képessége, amely ehhez a generátorhoz tartozik. Ez egy tekercselt háromfázisú szinkron generátor, amely egy belső háromfázisú dióda egyenirányítót és feszültségszabályozót tartalmaz. A rotor egy pár bélyegzett oszlopdarabból áll, amelyek egy hengeres mezőtekercs körül vannak rögzítve. A Lundell generátorok hatékonysága és kimeneti teljesítménye azonban korlátozott. Ez a modern járművek használatának fő hátránya, amelyek megnövelik az elektromos teljesítményt. A terepi tekercselést a feszültségszabályozó mozgatja csúszógyűrűkön és szénkeféken keresztül. A terepi áram jóval kisebb, mint a generátor kimeneti árama. Az alacsony áramú és viszonylag sima csúszógyűrűk nagyobb megbízhatóságot és hosszabb élettartamot biztosítanak, mint amit egy egyenáramú generátor biztosít kommutátorával és nagyobb árammal a kefein keresztül. Az állórész 3 fázisú konfiguráció, és a teljes kimeneti dióda egyenirányítót hagyományosan a gép kimeneténél használják a generátor háromfázisú feszültséggenerátorának kijavítására.
A fenti ábra egy egyszerű Lundell generátor (kapcsolt üzemmódú egyenirányító) modell. A gép téráramát a szabályozó mezőárama határozza meg, amely a impulzusszélesség modulált feszültség a terepi tekercsen. Az átlagos téráramot a tér tekercselési ellenállása és a szabályozó által alkalmazott átlagos feszültség határozza meg. A terepi áram változása egy L / R mező tekercselési időállandóval történik, amely általában a sorrendben van. Ez a hosszú időállandó uralja a generátor átmeneti teljesítményét. Az armatúra szinuszos háromfázisú back-emf feszültségekkel, például Vsa, Vsb, Vsc és Ls szivárgásinduktivitással rendelkezik. Az ω elektromos frekvencia arányos az ωm mechanikai sebességgel és a gép pólusainak számával. A hátsó emf feszültségek nagysága arányos mind a frekvenciával, mind a tér áramával.
V = kulcs
A Lundell generátornak nagy az állórész szivárgási reaktanciája. A reaktív cseppek legyőzéséhez nagy generátoráram mellett viszonylag nagy gépi emf-nagyságokra van szükség. A generátor terhelésének hirtelen csökkenése csökkenti a reaktív cseppeket, és azt eredményezi, hogy a hátsó feszültség nagy része megjelenik a generátor kimenetén, mielőtt a terepi áram csökkenthető lenne. Az ebből eredő átmeneti akarat bekövetkezik. Ez az átmeneti elnyomás könnyen elérhető az új generátorrendszerrel a kapcsolt üzemmódú egyenirányító megfelelő vezérlésével.
A diódahíd egyenirányítja a váltóáramú gép kimenetét állandó Vo feszültségforrássá, amely az akkumulátort és a hozzá tartozó terheléseket jelöli. Ez az egyszerű modell rögzíti a Lundell generátor számos létfontosságú aspektusát, miközben szisztematikusan kezelhető marad. Az áttervezett armatúrával rendelkező kapcsolt üzemmódú teljesítményelektronika számos javulást eredményezhet a teljesítményben és a hatékonyságban. A jobb teljesítmény érdekében ezeket a diódákat MOSFET-ekre cserélhetjük. Ezenkívül a MOSFET-ek kapu-illesztőprogramokat igényelnek, a kapu-meghajtók pedig tápegységeket igényelnek, beleértve a szinteltolásos tápegységeket is. Tehát a teljes aktív híd diódahídra történő cseréjének költsége jelentős.
Ebben a rendszerben hozzáadhatunk egy boost kapcsolót is, amely lehet MOSFET, amelyet a Dióda híd követ, mint vezérelt kapcsoló. Ezt a kapcsolót nagy frekvencián kapcsolják be és ki az impulzusszélesség modulációban. Átlagolt értelemben a boost kapcsolókészlet egyenáramú transzformátorként működik, a fordulatszámot a PWM terhelési arány szabályozza. Az a tény, hogy az egyenirányítón keresztüli áramot PWM-ciklus alatt viszonylag állandóan feltételezzük, a d teljesítményarány szabályozásával a híd kimenetén az átlagos feszültséget a generátor rendszer kimeneti feszültsége alatti értékre változtathatjuk.
A PWM által vezérelt egyenirányító használata diódás egyenirányító helyett a következő fő előnyöket teszi lehetővé, mint például a működés fokozása a kimenő teljesítmény kis sebességű növeléséhez és a teljesítménytényező korrekciója a gépben a kimenő teljesítmény maximalizálása érdekében.
Amikor az elektromos terhelés növekszik a generátorból származó nagyobb áram miatt, a kimeneti feszültség csökken, amelyet viszont a szabályozó észlel, amely növeli a munkaciklust a mezőáram növelése érdekében, és így a kimeneti feszültség növekszik. Hasonlóképpen, ha csökken az elektromos terhelés, az üzemi ciklus csökken, így a kimeneti feszültség csökken. A PWM full-bridge egyenirányító (PFBR) használható a kimeneti teljesítmény maximalizálására szinuszos PWM vezérléssel. A PFBR meglehetősen drága és összetett megoldás. Számos aktív kapcsolóra számít, és rotorhelyzet-érzékelő vagy komplex értelmetlen algoritmusokat igényel.
A szinkron egyenirányítóhoz hasonlóan azonban kétirányú áramlásszabályozást kínál. Ha nem szükséges kétirányú áramlás, akkor a három egyfázisú BSBR szerkezethez hasonlóan más PWM egyenirányítókat is használhatunk. Kétszer kevesebb aktív kapcsolóval rendelkezik, és mindegyik a földre vonatkozik. Az aktív kapcsolók csak egyre csökkenthetők a Boost Switched-ModeRectifier (BSMR) használatával. Ezzel a topológiával nem szükséges rotorpozíció-érzékelőt használni, de a teljesítményszöget nem lehet szabályozni.
