Fremskrittet for elektriske bilsystemer interesserer seg for generatorer som gir uvanlige nivåer av utstillingen. Kritiske kvaliteter til fremtidige generatorer inkluderer høyere kraft og kontrolltykkelse, høyere temperaturdrift og bedre forbigående respons. Anvendelsen av kraftelektronikk til bilproduksjon er en ny lastematchingsteknikk som presenterer en enkel byttet-likeretter for å oppnå dramatiske økninger i topp- og gjennomsnittlig effekt fra en konvensjonell Lundell-generator, i tillegg til betydelig oppgradering ineffektivitet. Kjøretøyets kraftelektroniske komponenter, kombinert med det samlede strømstyrings- og kontrollsystemet, introduserer et nytt sett med utfordringer for design av elektrisk system. Disse kraftelektroniske komponentene inkluderer energilagringsenheter, DC / DC-omformere, omformere , og kjører. Bilindustri Power Electronics har funnet i mange applikasjoner noen av disse er nevnt nedenfor.
- Drivstoffinjektorens magnetkretser for drivere
- IGBT-tennspoledriverkretser
- Elektriske servostyringssystemer
- 42V kraftnett
- Elektriske / hybriddrev
Lundell Alternator:
Lundell kalles også Cla-Pole-generatoren er en synkronmaskin med sårfelt der rotoren består av et par stemplede polstykker festet rundt en sylindrisk feltvikling. Lundell-generator er den vanligste kraftgenereringsenheten som brukes i biler. Det er de mest brukte kommersielle bilgeneratorene. I tillegg følger kontrollfunksjonen til den innebygde bro likeretteren og spenningsregulatoren med denne dynamoen. Det er en trefaset synkron generator med sårfelt som inneholder en intern trefaset diode likeretter og spenningsregulator. Rotoren består av et par stemplede stolpestykker, festet rundt en sylindrisk feltvikling. Effektiviteten og utgangseffekten til Lundell-generatorene er imidlertid begrenset. Dette er en stor ulempe for bruken i moderne biler som krever en økning i elektrisk kraft. Feltviklingen drives av spenningsregulatoren via glideringer og karbonbørster. Feltstrømmen er mye mindre enn utgangsstrømmen til generatoren. Lavstrømmen og de relativt glatte glidringene sikrer større pålitelighet og lengre levetid enn den som oppnås av en DC-generator med kommutatoren og høyere strøm som føres gjennom børstene. En stator er en 3-faset konfigurasjon og en fullbro-diode likeretter brukes tradisjonelt ved maskinutgangen for å rette på 3-faset spenningsgenerator fra generatormaskinen.
Ovennevnte figur er en enkel Lundell-generator (switch-mode likeretter) modell. Maskinens feltstrøm bestemmes av feltstrømmen til regulatoren som bruker a pulsbredde modulert spenning over feltviklingen. Den gjennomsnittlige feltstrømmen bestemmes av feltviklingsmotstanden og den gjennomsnittlige spenningen som påføres av regulatoren. Endringer i feltstrøm skjer med en L / R feltviklingstidskonstant som vanligvis er på bestilling. Denne lange tidskonstanten dominerer generatorens forbigående ytelse. Armaturet er designet med et sett med sinusformede 3-fase back-emf-spenninger som Vsa, Vsb, Vsc og lekkasjeinduktans Ls. Den elektriske frekvensen ω er proporsjonal med den mekaniske hastigheten ωm og antall maskinstenger. Størrelsen på bakspenningene er proporsjonal med både frekvens og feltstrøm.
V = nøkkel
Lundell-generatoren har stor statorlekkasjereaktans. For å overvinne de reaktive fallene ved høy generatorstrøm, er det relativt store maskinstørrelser nødvendig. En plutselig reduksjon av belastningen på generatoren reduserer de reaktive fallene og resulterer i at en stor del av bakspenningen dukker opp ved utgangen fra generatoren før feltstrømmen kan reduseres. Den resulterende forbigående viljen finner sted. Denne forbigående undertrykkelsen kan lett oppnås med det nye dynamosystemet gjennom riktig kontroll av byttet likeretter.
En diodebro retter vekselstrømsmaskinens utgang til en konstant spenningskilde Vo som representerer batteriet og tilhørende belastninger. Denne enkle modellen fanger opp mange av de viktige aspektene ved Lundell-dynamoen, mens den forblir systematisk brukbar. Anvendelsen av koblet moduselektronikk med et redesignet anker kan gi en rekke forbedringer av kraft og effektivitet. Vi kan erstatte disse diodene med MOSFET for bedre ytelse. I tillegg krever MOSFET portdrivere, og portdrivere krever strømforsyninger, inkludert nivåforskyvede strømforsyninger. Så kostnadene ved å erstatte en fullbro med en diodebro er betydelige.
I dette systemet kan vi også legge til en boost-bryter som kan være MOSFET etterfulgt av Diode Bridge som en kontrollert bryter. Denne bryteren slås på og av ved høy frekvens i pulsbreddemodulering. I gjennomsnittlig forstand fungerer boost-bryter-settet som en DC-transformator med et svingforhold kontrollert av PWM-driftsforholdet. Den antatte strømmen gjennom likeretteren er relativt konstant over en PWM-syklus, ved å kontrollere driftsforholdet d, kan man variere gjennomsnittsspenningen ved utgangen fra broen, til hvilken som helst verdi under utgangsspenningen til generatorsystemet.
Bruken av en PWM-kontrollert likeretter i stedet for en dioderetterretter gir følgende hovedfordeler som å øke driften for å øke utgangseffekten ved lav hastighet og effektfaktorkorreksjon i maskinen for å maksimere utgangseffekten.
Når den elektriske belastningen øker på grunn av at mer strøm trekkes fra dynamoen, faller utgangsspenningen, som igjen blir oppdaget av regulatoren som øker driftssyklusen for å øke feltstrømmen, og dermed øker utgangsspenningen. På samme måte, hvis det er en reduksjon i elektrisk belastning, reduseres driftssyklusen slik at utgangsspenningen synker. PWM fullbro-likeretter (PFBR) kan brukes til å maksimere utgangseffekten med sinusformet PWM-kontroll. En PFBR er en ganske kostbar og kompleks løsning. Den teller for flere aktive brytere og krever rotorposisjonsregistrering eller komplekse meningsløse algoritmer.
Imidlertid, som en synkron likeretter, tilbyr den toveis strømstyringskontroll. Hvis toveis kraftstrøm ikke er nødvendig, kan vi bruke andre PWM-likerettere som de tre enfasede BSBR-strukturene. Den har to ganger mindre aktive brytere, og alle er referert til bakken. Aktive brytere kan bare reduseres til en ved hjelp av en Boost Switched-ModeRectifier (BSMR). Med denne topologien er det ikke nødvendig å bruke en rotorposisjonssensor, men kraftvinkelen kan ikke kontrolleres.
