Η πρόοδος των ηλεκτρικών συστημάτων αυτοκινήτων κάνει ενδιαφέρον για τις γεννήτριες που προσφέρουν ασυνήθιστα επίπεδα της έκθεσης. Οι κρίσιμες ιδιότητες των μελλοντικών εναλλακτών περιλαμβάνουν μεγαλύτερη ισχύ και πάχος ελέγχου, λειτουργία υψηλότερης θερμοκρασίας και καλύτερη παροδική απόκριση. Η εφαρμογή ηλεκτρονικών ισχύος στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας αυτοκινήτου είναι μια νέα τεχνική αντιστοίχισης φορτίου που παρουσιάζει έναν απλό ανορθωτή εναλλαγής για να επιτύχει δραματικές αυξήσεις στην μέγιστη και μέση απόδοση ισχύος από έναν συμβατικό εναλλάκτη Lundell, εκτός από σημαντική αναποτελεσματικότητα αναβαθμίσεων. Τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα ισχύος του οχήματος, σε συνδυασμό με το συνολικό σύστημα διαχείρισης και ελέγχου ισχύος, εισάγουν ένα νέο σύνολο προκλήσεων για το σχεδιασμό του ηλεκτρικού συστήματος. Αυτά τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα ισχύος περιλαμβάνουν συσκευές αποθήκευσης ενέργειας, μετατροπείς DC / DC, μετατροπείς , και οδηγεί. Αυτοκίνητο Η Power Electronics έχει βρει σε πολλές εφαρμογές μερικά από αυτά αναφέρονται παρακάτω.
- Κυκλώματα ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας μπεκ ψεκασμού καυσίμου
- Κυκλώματα οδηγού πηνίου ανάφλεξης IGBT
- Ηλεκτρικά συστήματα διεύθυνσης
- 42V Power Net
- Ηλεκτρικά / υβριδικά τρένα
Ο εναλλάκτης Lundell:
Το Lundell ονομάζεται επίσης Cla-Pole εναλλάκτη είναι μια σύγχρονη μηχανή πληγής-πεδίου στην οποία ο ρότορας περιλαμβάνει ένα ζεύγος σφραγισμένων τεμαχίων πόλων στερεωμένα γύρω από ένα κυλινδρικό τύλιγμα πεδίου. Ο εναλλάκτης Lundell είναι η πιο κοινή συσκευή παραγωγής ενέργειας που χρησιμοποιείται στα αυτοκίνητα. Είναι οι πιο χρησιμοποιούμενοι εναλλάκτες εμπορικών αυτοκινήτων. Επιπλέον, η δυνατότητα ελέγχου του ενσωματωμένου ανορθωτή γέφυρας και του ρυθμιστή τάσης περιλαμβάνεται σε αυτόν τον εναλλάκτη. Είναι μια τριφασική σύγχρονη γεννήτρια πεδίου πληγής που περιέχει έναν εσωτερικό τριφασικό ανορθωτή διόδων και ρυθμιστή τάσης. Ο ρότορας αποτελείται από ένα ζεύγος σφραγισμένων κομματιών πόλων, στερεωμένα γύρω από ένα κυλινδρικό τύλιγμα πεδίου. Ωστόσο, η απόδοση και η ισχύς εξόδου των εναλλακτών Lundell είναι περιορισμένες. Αυτό είναι ένα σημαντικό μειονέκτημα για τη χρήση του σε σύγχρονα οχήματα που απαιτούν αύξηση της ηλεκτρικής ισχύος. Η περιέλιξη πεδίου οδηγείται από τον ρυθμιστή τάσης μέσω δακτυλίων ολίσθησης και καρβουνών. Το ρεύμα πεδίου είναι πολύ μικρότερο από το ρεύμα εξόδου του εναλλάκτη. Τα χαμηλά ρεύματα και οι σχετικά ομαλοί δακτύλιοι ολίσθησης εξασφαλίζουν μεγαλύτερη αξιοπιστία και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από εκείνη που επιτυγχάνεται από μια γεννήτρια συνεχούς ρεύματος με τον μεταγωγέα της και το υψηλότερο ρεύμα διέρχεται από τις βούρτσες της. Ένας στάτορας είναι διαμόρφωσης 3 φάσεων και παραδοσιακός ανορθωτής διόδων γεφυρών χρησιμοποιείται παραδοσιακά στην έξοδο του μηχανήματος για την διόρθωση της τριφασικής γεννήτριας τάσης από το μηχάνημα εναλλαγής.
Η παραπάνω εικόνα είναι ένα απλό μοντέλο εναλλάκτη Lundell (μετασχηματιστής εναλλαγής). Το ρεύμα πεδίου του μηχανήματος καθορίζεται από το ρεύμα πεδίου του ρυθμιστή που ισχύει a πλάτος παλμού διαμορφωμένη τάση στο τύλιγμα του πεδίου. Το μέσο ρεύμα πεδίου καθορίζεται από την αντίσταση περιέλιξης πεδίου και τη μέση τάση που εφαρμόζεται από τον ρυθμιστή. Αλλαγές στο ρεύμα πεδίου συμβαίνουν με μια σταθερά χρόνου περιέλιξης πεδίου L / R που είναι συνήθως στη σειρά. Αυτή η μακροχρόνια σταθερά κυριαρχεί στην παροδική απόδοση του εναλλάκτη. Ο οπλισμός έχει σχεδιαστεί με ένα σύνολο ημιτονοειδών 3 φάσεων back-emf τάσεων όπως Vsa, Vsb, Vsc και επαγωγική διαρροή Ls. Η ηλεκτρική συχνότητα ω είναι ανάλογη με τη μηχανική ταχύτητα ωm και τον αριθμό των πόλων του μηχανήματος. Το μέγεθος των πίσω τάσεων emf είναι ανάλογο τόσο της συχνότητας όσο και του ρεύματος πεδίου.
Κλειδί V =
Ο εναλλάκτης Lundell έχει μεγάλη αντίσταση διαρροής στάτορα. Για να ξεπεραστούν οι αντιδραστικές πτώσεις στο υψηλό ρεύμα του εναλλάκτη, απαιτούνται σχετικά μεγάλα μεγέθη πλάτης της μηχανής. Μια ξαφνική μείωση του φορτίου στον εναλλάκτη μειώνει τις αντιδραστικές πτώσεις και έχει ως αποτέλεσμα ένα μεγάλο κλάσμα της οπίσθιας τάσης να εμφανίζεται στην έξοδο του εναλλάκτη πριν να μειωθεί το ρεύμα πεδίου. Η προκύπτουσα παροδική θα πραγματοποιηθεί. Αυτή η παροδική καταστολή μπορεί εύκολα να επιτευχθεί με το νέο σύστημα εναλλάκτη μέσω σωστού ελέγχου του ανορθωτή εναλλαγής.
Μια γέφυρα διόδων διορθώνει την έξοδο του μηχανήματος εναλλασσόμενου ρεύματος σε πηγή σταθερής τάσης Vo που αντιπροσωπεύει την μπαταρία και τα σχετικά φορτία. Αυτό το απλό μοντέλο συλλαμβάνει πολλές από τις ζωτικές πτυχές του εναλλάκτη Lundell, ενώ παραμένει συστηματικά εύχρηστο. Η εφαρμογή ηλεκτρονικών ισχύος εναλλαγής λειτουργίας με επανασχεδιασμένο οπλισμό μπορεί να προσφέρει μια σειρά βελτιώσεων στην ισχύ και την απόδοση. Μπορούμε να αντικαταστήσουμε αυτές τις διόδους από MOSFET για καλύτερη απόδοση. Επιπλέον, τα MOSFET απαιτούν προγράμματα οδήγησης πυλών και τα προγράμματα οδήγησης πυλών απαιτούν τροφοδοτικά, συμπεριλαμβανομένων των τροφοδοτικών με μετατόπιση στάθμης. Έτσι, το κόστος αντικατάστασης μιας πλήρους ενεργού γέφυρας με μια γέφυρα διόδων είναι σημαντικό.
Σε αυτό το σύστημα, μπορούμε επίσης να προσθέσουμε ένα διακόπτη ενίσχυσης που μπορεί να είναι MOSFET ακολουθούμενο από το Diode Bridge ως ελεγχόμενο διακόπτη. Αυτός ο διακόπτης ενεργοποιείται και απενεργοποιείται με υψηλή συχνότητα σε διαμόρφωση πλάτους παλμού. Με μέση έννοια, το σετ διακόπτη ενίσχυσης λειτουργεί ως μετασχηματιστής DC με αναλογία στροφών που ελέγχεται από την αναλογία λειτουργίας PWM. Αν υποθέσουμε ότι το ρεύμα μέσω του ανορθωτή είναι σχετικά σταθερό σε έναν κύκλο PWM, ελέγχοντας τον λόγο λειτουργίας d, μπορεί κανείς να μεταβάλλει τη μέση τάση στην έξοδο της γέφυρας, σε οποιαδήποτε τιμή κάτω από την τάση εξόδου του συστήματος εναλλακτών.
Η χρήση ενός ελεγχόμενου ανορθωτή PWM αντί ενός ανορθωτή διόδων επιτρέπει τα ακόλουθα κύρια πλεονεκτήματα, όπως ενίσχυση της λειτουργίας για αύξηση της ισχύος εξόδου σε χαμηλή ταχύτητα και διόρθωση του συντελεστή ισχύος στο μηχάνημα για μεγιστοποίηση της ισχύος εξόδου.
Όταν το ηλεκτρικό φορτίο αυξάνεται λόγω του ότι λαμβάνεται περισσότερο ρεύμα από τον εναλλάκτη, η τάση εξόδου πέφτει, η οποία με τη σειρά της ανιχνεύεται από τον ρυθμιστή ο οποίος αυξάνει τον κύκλο λειτουργίας για να αυξήσει το ρεύμα πεδίου, και συνεπώς αυξάνεται η τάση εξόδου. Ομοίως, εάν υπάρχει μείωση του ηλεκτρικού φορτίου, ο κύκλος λειτουργίας μειώνεται έτσι ώστε να μειώνεται η τάση εξόδου. Ο ανορθωτής PWM πλήρους γέφυρας (PFBR) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μεγιστοποίηση της ισχύος εξόδου με ημιτονοειδές έλεγχο PWM. Το PFBR είναι μια πολύ ακριβή και πολύπλοκη λύση. Μετρά για αρκετούς ενεργούς διακόπτες και απαιτεί ανίχνευση θέσης ρότορα ή σύνθετους αλγόριθμους χωρίς νόημα.
Ωστόσο, όπως ένας σύγχρονος ανορθωτής, προσφέρει αμφίδρομο έλεγχο ροής ισχύος. Εάν δεν απαιτείται αμφίδρομη ροή ισχύος, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε άλλους ανορθωτές PWM όπως τις τρεις μονοφασικές δομές BSBR. Διαθέτει δύο φορές λιγότερο ενεργούς διακόπτες και όλοι τους αναφέρονται στο έδαφος. Οι ενεργοί διακόπτες μπορούν να μειωθούν σε έναν μόνο χρησιμοποιώντας ένα Boost Switched-ModeRectifier (BSMR). Με αυτήν την τοπολογία, δεν είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε έναν αισθητήρα στροφών, αλλά η γωνία ισχύος δεν μπορεί να ελεγχθεί.
