Napredak automobilskih električnih sustava zanima za generatore koji daju neobične razine izložbe. Kritične kvalitete budućih alternatora uključuju veću snagu i debljinu upravljanja, viši rad temperature i bolji privremeni odziv. Primjena energetske elektronike u automobilskoj proizvodnji nova je tehnika prilagođavanja opterećenja koja predstavlja jednostavan ispravljač s preklopljenim načinom rada kako bi se postigla dramatična povećanja vršne i prosječne izlazne snage iz konvencionalnog Lundell-ovog alternatora, uz značajnu nadogradnju neučinkovitosti. Elektronske komponente snage, zajedno sa cjelokupnim sustavom upravljanja i upravljanja energijom, predstavljaju novi niz izazova za dizajn električnog sustava. Ove energetske elektroničke komponente uključuju uređaje za pohranu energije, DC / DC pretvarače, pretvarači , i pogoni. Automobilski Power Electronics pronašao je u mnogim primjenama neki od njih su spomenuti u nastavku.
- Strujni krugovi elektromagnetskog ventila mlaznice za gorivo
- IGBT krugovi pogonskog svitka paljenja
- Sustavi električnog servo upravljača
- Snaga od 42V
- Električni / hibridni pogonski vlakovi
Lundell alternator:
Lundell se naziva i Cla-Pole alternator je sinkroni stroj s namotanim poljem u kojem se rotor sastoji od par utisnutih stupova osiguranih oko cilindričnog namota polja. Lundell alternator najčešći je uređaj za proizvodnju električne energije koji se koristi u automobilima. To je najčešće korišten komercijalni automobilski alternator. Uz to, upravljačka sposobnost ugrađenog ispravljača mosta i regulatora napona uključenih u ovaj alternator. To je trofazni sinkroni generator namotanog polja koji sadrži unutarnji trofazni diodni ispravljač i regulator napona. Rotor se sastoji od para utisnutih stupova, pričvršćenih oko cilindričnog namota polja. Međutim, učinkovitost i izlazna snaga Lundell alternatora su ograničeni. To je glavni nedostatak njegove uporabe u modernim vozilima koja zahtijevaju povećanje električne energije. Namotanje polja pokreće regulator napona preko kliznih prstenova i ugljičnih četki. Struja polja je mnogo manja od izlazne struje alternatora. Niskostrujni i relativno glatki klizni prstenovi osiguravaju veću pouzdanost i duži vijek trajanja od istosmjernog generatora sa svojim komutatorom i većom strujom koja prolazi kroz njegove četke. Stator je 3-fazna konfiguracija, a diodni ispravljač s punim mostom tradicionalno se koristi na izlazu stroja za ispravljanje trofaznog generatora napona iz stroja alternatora.
Gore prikazana slika predstavlja jednostavan model Lundell alternatora (ispravljač s preklopnim načinom rada). Struja polja stroja određuje se strujom polja regulatora koji primjenjuje a širina pulsa modulirani napon na namotu polja. Prosječna struja polja određena je otporom namota polja i prosječnim naponom koji primjenjuje regulator. Promjene u struji polja događaju se s vremenskom konstantom namota L / R polja koja je obično u redoslijedu. Ova dugotrajna konstanta dominira privremenim performansama alternatora. Armatura je konstruirana sa skupom sinusoidnih trofaznih napona povratnog ems-a kao što su Vsa, Vsb, Vsc i induktivitet propuštanja Ls. Električna frekvencija ω proporcionalna je mehaničkoj brzini ωm i broju polova stroja. Veličina stražnjih emf napona proporcionalna je i frekvenciji i struji polja.
V = ključ
Lundellov alternator ima veliku reaktanciju propuštanja statora. Da bi se prevladale reaktivne kapi pri visokoj struji alternatora, potrebne su relativno velike veličine EMF-a stroja. Iznenadno smanjenje opterećenja na alternatoru smanjuje reaktivne padove i rezultira velikim dijelom povratnog napona koji se pojavljuje na izlazu alternatora prije nego što se struja polja može smanjiti. Nastala prijelazna volja se odvija. Ovo privremeno prigušivanje lako se može postići novim sustavom alternatora pravilnom kontrolom ispravljača s preklopnim načinom rada.
Diodni most ispravlja izlaz izmjenične struje u izvor stalnog napona Vo koji predstavlja bateriju i pripadajuća opterećenja. Ovaj jednostavni model bilježi mnoge vitalne aspekte Lundell-ovog alternatora, a istovremeno ostaje sustavno izvediv. Primjena pogonske elektronike s preklopljenim načinom rada s redizajniranom armaturom može pružiti niz poboljšanja snage i učinkovitosti. Te diode možemo zamijeniti MOSFET-ovima radi boljih performansi. Uz to, MOSFET-ovima su potrebni upravljački programi vrata, a pogonskim uređajima vrata potrebna napajanja, uključujući napajanja s pomaknutom razinom. Dakle, troškovi zamjene potpuno aktivnog mosta diodnim mostom su znatni.
U ovaj sustav možemo dodati i pojačivač prenapona koji može biti MOSFET, a slijedi Diodni most kao kontrolirani prekidač. Ovaj se prekidač uključuje i isključuje na visokoj frekvenciji u modulaciji širine impulsa. U prosjeku, postavljen sklopka pojačala djeluje kao jednosmjerni transformator s omjerom zavoja kontroliranim omjerom radne snage PWM. Uz pretpostavku da je struja kroz ispravljač relativno konstantna tijekom PWM ciklusa, kontrolirajući omjer radne snage d, može se varirati prosječni napon na izlazu mosta, do bilo koje vrijednosti ispod izlaznog napona sustava alternatora.
Korištenje ispravljača kontroliranog PWM-om umjesto diodnog ispravljača omogućuje sljedeće glavne prednosti poput pojačanog rada za povećanje izlazne snage pri maloj brzini i korekciju faktora snage u stroju radi maksimiziranja izlazne snage.
Kada se električno opterećenje povećava zbog više struje koja se izvlači iz alternatora, izlazni napon pada, što zauzvrat detektira regulator koji povećava radni ciklus za povećanje struje polja, a time i izlazni napon. Isto tako, ako postoji smanjenje električnog opterećenja, radni ciklus se smanjuje tako da se izlazni napon smanjuje. PWM ispravljač s punim mostom (PFBR) može se koristiti za maksimaliziranje izlazne snage s sinusnim PWM upravljanjem. PFBR je prilično skupo i složeno rješenje. Računa se na nekoliko aktivnih prekidača i potrebno je prepoznavanje položaja rotora ili složeni besmisleni algoritmi.
Međutim, poput sinkronog ispravljača, nudi dvosmjernu kontrolu protoka snage. Ako dvosmjerni protok snage nije potreban, možemo koristiti ostale PWM ispravljače poput tri jednofazne BSBR strukture. Ima dvostruko manje aktivne sklopke i svi su upućeni na tlo. Aktivni prekidači mogu se svesti na samo jedan pomoću Boost Switched-ModeRectifier (BSMR). S ovom topologijom nije potrebno koristiti senzor položaja rotora, ali kut snage se ne može kontrolirati.
