Framstegen inom bilens elektriska system intresserar sig för generatorer som ger ovanliga nivåer av utställningen. Kritiska egenskaper hos framtida generatorer innehåller högre effekt och kontrolltjocklek, högre temperaturdrift och bättre övergående svar. Tillämpningen av kraftelektronik till kraftproduktion av bilar är en ny lastmatchningsteknik som presenterar en enkel likriktare för omkopplingsläge för att uppnå dramatiska ökningar av topp- och medeleffekt från en konventionell Lundell-generator, förutom avsevärd uppgradering ineffektivitet. Fordonselektroniska kraftkomponenter, tillsammans med det övergripande energihanterings- och styrsystemet, introducerar en ny uppsättning utmaningar för design av elektriska system. Dessa kraftelektroniska komponenter inkluderar energilagringsenheter, DC / DC-omvandlare, växelriktare och kör. Bil Power Electronics har hittats i många applikationer några av dessa nämns nedan.
- Drivkretsar för bränsleinjektor
- IGBT-tändspole-drivkretsar
- Elektriska servostyrningssystem
- 42V kraftnät
- Elektriska / hybriddrev
The Lundell Alternator:
Lundell kallas också Cla-Pole-generator är en synkronmaskin med sårfält där rotorn består av ett par stansade polstycken fästa runt en cylindrisk fältlindning. Lundell-generator är den vanligaste kraftproduktionsenheten som används i bilar. Det är de mest använda kommersiella bilgeneratorerna. Dessutom ingår kontrollfunktionen för den inbyggda brygglikriktaren och spänningsregulatorn med denna generator. Det är en trefas synkron generator med lindningsfält som innehåller en intern trefas diodlikriktare och spänningsregulator. Rotorn består av ett par stansade stycken, fästa runt en cylindrisk fältlindning. Dock är Lundell-generatorernas effektivitet och uteffekt begränsad. Detta är en stor nackdel för dess användning i moderna fordon som kräver en ökning av elkraften. Fältlindningen drivs av spänningsregulatorn via glidringar och kolborstar. Fältströmmen är mycket mindre än generatorns utgångsström. De lågströms och relativt släta glidringarna säkerställer större tillförlitlighet och längre livslängd än den som erhålls av en likströmsgenerator med dess kommutator och högre ström som passerar genom borstarna. En stator är en 3-fas konfiguration och en fullbryggadiodlikriktare används traditionellt vid maskinutgången för att korrigera 3-fas spänningsgeneratorn från generatormaskinen.
Ovanstående figur är en enkel Lundell-generator (switchad-likriktare) -modell. Maskinens fältström bestäms av regulatorns fältström som tillämpar a pulsbredd modulerad spänning över fältlindningen. Medelfältströmmen bestäms av fältlindningsmotståndet och den genomsnittliga spänningen som appliceras av regulatorn. Förändringar i fältström inträffar med en L / R-fältlindningstidskonstant som vanligtvis är i ordning. Denna långa tidskonstant dominerar generatorns övergående prestanda. Ankaret är utformat med en uppsättning sinusformade 3-fas back-emf-spänningar som Vsa, Vsb, Vsc och läckinduktans Ls. Den elektriska frekvensen ω är proportionell mot den mekaniska hastigheten ωm och antalet maskinstänger. Storleken på de bakre emf-spänningarna är proportionell mot både frekvens och fältström.
V = nyckel
Lundell-generatorn har stor läckareaktans i statorn. För att övervinna de reaktiva dropparna vid hög generatorström är relativt stora maskinens bakre emf-storlekar nödvändiga. En plötslig minskning av belastningen på generatorn minskar de reaktiva dropparna och resulterar i att en stor del av bakspänningen uppträder vid generatorns utgång innan fältströmmen kan reduceras. Den resulterande övergående viljan äger rum. Denna övergående undertryckning kan enkelt uppnås med det nya generatorsystemet genom korrekt styrning av växlingsriktaren.
En diodbro korrigerar växelströmsmaskinens utgång till en konstant spänningskälla Vo som representerar batteriet och tillhörande belastningar. Den här enkla modellen fångar upp många av de viktiga aspekterna av Lundell-generatorn samtidigt som den förblir systematiskt hanterbar. Tillämpningen av omkopplad kraftelektronik med en omdesignad armatur kan ge en rad förbättringar av effekt och effektivitet. Vi kan ersätta dessa dioder med MOSFET för bättre prestanda. Dessutom kräver MOSFETs gate-drivrutiner och gate-drivrutiner kräver strömförsörjning, inklusive nivåförskjutna nätaggregat. Så kostnaden för att ersätta en diodbro med en helt aktiv brygga är betydande.
I detta system kan vi också lägga till en boost-switch som kan vara MOSFET följt av Diode Bridge som en kontrollerad switch. Denna omkopplare slås på och av med hög frekvens i pulsbreddsmodulering. I en genomsnittlig mening fungerar boost-switch-uppsättningen som en likströmstransformator med ett varvförhållande som styrs av PWM-arbetsförhållandet. Den antagande strömmen genom likriktaren relativt konstant över en PWM-cykel, genom att reglera arbetsförhållandet d, kan man variera medelspänningen vid bryggans utgång till vilket värde som helst under utgångsspänningen för generatorsystemet.
Användningen av en PWM-styrd likriktare istället för en diodlikriktare möjliggör följande huvudfördelar som att öka driften för att öka uteffekten vid låg hastighet och effektfaktorkorrigering i maskinen för maximering av uteffekten.
När den elektriska belastningen ökar på grund av att mer ström dras från generatorn faller utspänningen, vilket i sin tur detekteras av regulatorn, vilket ökar arbetscykeln för att öka fältströmmen, och därmed ökar utspänningen. På samma sätt, om det finns en minskning av den elektriska belastningen, minskar arbetscykeln så att utspänningen minskar. PWM full-bridge likriktare (PFBR) kan användas för att maximera uteffekten med sinusformad PWM-kontroll. En PFBR är en ganska dyr och komplex lösning. Det räknas för flera aktiva omkopplare och kräver rotorpositionsavkänning eller komplexa meningslösa algoritmer.
Men som en synkron likriktare erbjuder den dubbelriktad effektflödeskontroll. Om dubbelriktat effektflöde inte krävs kan vi använda andra PWM-likriktare som de tre enfas BSBR-strukturerna. Den har två gånger mindre aktiva omkopplare och alla refereras till marken. Aktiva växlar kan bara reduceras till en med en Boost Switched-ModeRectifier (BSMR). Med denna topologi är det inte nödvändigt att använda en rotorpositionssensor men effektvinkeln kan inte kontrolleras.
