Приложения на Power Electronic към автомобилното производство на енергия

Опитайте Нашия Инструмент За Премахване На Проблемите





Напредъкът на автомобилните електрически системи предизвиква интерес към генераторите, които дават необичайни нива на изложението. Критичните качества на бъдещите алтернатори включват по-висока мощност и дебелина на управлението, работа с по-висока температура и по-добра преходна реакция. Прилагането на силова електроника към автомобилното производство на енергия е нова техника за съпоставяне на натоварването, която представлява прост токоизправител с превключен режим за постигане на драстично увеличение на върхова и средна мощност от конвенционален алтернатор на Lundell, в допълнение към значително подобряване на неефективността. Електрическите компоненти на автомобила, съчетани с цялостната система за управление и управление на мощността, въвеждат нов набор от предизвикателства за дизайна на електрическата система. Тези силови електронни компоненти включват устройства за съхранение на енергия, DC / DC преобразуватели, инвертори , и дискове. Автомобилна Power Electronics са открити в много приложения някои от тях са споменати по-долу.

  • Вериги на драйвера на соленоида на инжектора за гориво
  • Вериги на IGBT запалителна бобина
  • Електрически сервоусилватели
  • 42V захранваща мрежа
  • Електрически / хибридни задвижвания

Алтернаторът на Lundell:

Lundell се нарича още Cla-Pole алтернатор е синхронна машина с навито поле, в която роторът включва двойка щамповани полюсни парчета, закрепени около цилиндрична полева намотка. Генераторът Lundell е най-често срещаното устройство за производство на енергия, използвано в автомобилите. Това е най-използваният търговски автомобилен генератор. В допълнение, възможностите за управление на вградения мостов изправител и регулатор на напрежението, включени в този алтернатор. Това е трифазен синхронен генератор с навито поле, съдържащ вътрешен трифазен диоден токоизправител и регулатор на напрежението. Роторът се състои от двойка щамповани стълбове, закрепени около цилиндрична полева намотка. Ефективността и изходната мощност на генераторите на Lundell обаче са ограничени. Това е основен недостатък за използването му в съвременните превозни средства, изискващи увеличаване на електрическата мощност. Намотката на полето се задвижва от регулатора на напрежението чрез плъзгащи пръстени и въглеродни четки. Токът на полето е много по-малък от изходния ток на алтернатора. Слаботоковите и относително гладки плъзгащи се пръстени осигуряват по-голяма надеждност и по-дълъг живот от този, получен от DC генератор с неговия комутатор и по-висок ток, преминаващ през четките му. Статорът е 3-фазна конфигурация и изходът с пълен мостов диод традиционно се използва на изхода на машината, за да коригира 3-фазния генератор на напрежение от машината на алтернатора.




Показаната по-горе фигура е прост модел на алтернатор на Lundell (токоизправител с превключен режим). Полевият ток на машината се определя от полевия ток на регулатора, който прилага a продължителност на импулса модулирано напрежение в полевата намотка. Средният ток на полето се определя от съпротивлението на намотката на полето и средното напрежение, приложено от регулатора. Промени в тока на полето се случват с константа на време на намотка L / R, която обикновено е от порядъка. Тази продължителна постоянна време доминира в преходните характеристики на алтернатора. Арматурата е проектирана с набор от синусоидални 3-фазни задно-елф напрежения като Vsa, Vsb, Vsc и индуктивност на изтичане Ls. Електрическата честота ω е пропорционална на механичната скорост ωm и броя на полюсите на машината. Големината на напреженията на задната едс е пропорционална както на честотата, така и на тока на полето.

V = ключ



Генераторът на Lundell има голямо съпротивление на изтичане на статора. За да се преодолеят реактивните капки при висок ток на генератора, са необходими относително големи магнитуди на обратната едр на машината. Внезапното намаляване на натоварването на алтернатора намалява реактивните капки и води до появата на голяма част от задното напрежение на изхода на алтернатора, преди токът на полето да може да бъде намален. Получената преходна воля се осъществява. Това преходно потискане може лесно да бъде постигнато с новата система на алтернатора чрез правилно управление на токоизправителя с превключен режим.

Диоден мост коригира изхода на променливотоковото устройство в източник на постоянно напрежение Vo, представляващ батерията и свързаните с нея товари. Този прост модел улавя много от жизненоважните аспекти на алтернатора Lundell, като същевременно остава систематично проследим. Прилагането на силова електроника с превключен режим с преработена котва може да осигури редица подобрения в мощността и ефективността. Можем да заменим тези диоди с MOSFET за по-добра производителност. Освен това MOSFET-ите изискват драйвери за порта, а драйверите за порта изискват захранвания, включително захранвания с изместване на нивото. Така че разходите за заместване на пълен активен мост с диоден мост са значителни.


В тази система можем да добавим и усилващ превключвател, който може да бъде MOSFET, последван от Диоден мост като контролиран превключвател. Този превключвател се включва и изключва при висока честота в модулация с широчина на импулса. В усреднен смисъл, комплектът за усилващ превключвател действа като постоянен трансформатор със съотношение на завоите, контролирано от коефициента на запълване на ШИМ. Ако приемем, че токът през токоизправителя е относително постоянен по време на ШИМ цикъл, чрез управление на коефициента на мито d, може да се променя средното напрежение на изхода на моста до всяка стойност под изходното напрежение на системата на алтернатора.

Използването на ШИМ контролиран токоизправител вместо диоден токоизправител позволява следните основни предимства като усилваща операция за увеличаване на изходната мощност при ниска скорост и корекция на фактора на мощността в машината за максимизиране на изходната мощност.

Когато електрическото натоварване се увеличи поради изтеглянето на повече ток от алтернатора, изходното напрежение пада, което от своя страна се открива от регулатора, който увеличава работния цикъл за увеличаване на тока на полето и следователно изходното напрежение се увеличава. По същия начин, ако има намаляване на електрическото натоварване, работният цикъл намалява, така че изходното напрежение намалява. PWM изправителят с пълен мост (PFBR) може да се използва за максимизиране на изходната мощност със синусоидален PWM контрол. PFBR е доста скъпо и сложно решение. Той отчита няколко активни превключвателя и изисква засичане на положението на ротора или сложни безсмислени алгоритми.

Въпреки това, подобно на синхронен токоизправител, той предлага двупосочен контрол на мощността. Ако не е необходим двупосочен поток на мощност, можем да използваме други ШИМ токоизправители, подобно на трите еднофазни BSBR структури. Той има два пъти по-малко активни превключватели и всички те са свързани към земята. Активните превключватели могат да бъдат намалени само до един с помощта на Boost Switched-ModeRectifier (BSMR). С тази топология не е необходимо да се използва роторен сензор, но ъгълът на мощността не може да се контролира.