Rozwój samochodowych instalacji elektrycznych sprawia, że zainteresowanie generatorami daje niezwykłe poziomy ekspozycji. Krytyczne cechy przyszłych alternatorów obejmują wyższą moc i grubość sterowania, wyższą temperaturę pracy i lepszą reakcję przejściową. Zastosowanie elektroniki mocy w motoryzacyjnym wytwarzaniu energii jest nową techniką dopasowywania obciążenia, która przedstawia prosty prostownik przełączany w celu osiągnięcia dramatycznego wzrostu szczytowej i średniej mocy wyjściowej z konwencjonalnego alternatora Lundell, oprócz znacznych ulepszeń nieefektywności. Elektroniczne komponenty mocy pojazdu, w połączeniu z ogólnym systemem zarządzania mocą i sterowaniem, wprowadza nowy zestaw wyzwań w projektowaniu układów elektrycznych. Te elementy energoelektroniczne obejmują urządzenia magazynujące energię, przetwornice DC / DC, falowniki i dyski. Automobilowy Energoelektronika znalazła wiele zastosowań niektóre z nich są wymienione poniżej.
- Obwody sterownika solenoidu wtryskiwacza paliwa
- Obwody sterownika cewki zapłonowej IGBT
- Elektryczne wspomaganie kierownicy
- Sieć zasilania 42V
- Elektryczne / hybrydowe układy napędowe
Alternator Lundell:
Lundell jest również nazywany alternatorem Cla-Pole, to maszyna synchroniczna z polem uzwojenia, w której wirnik składa się z pary wytłoczonych nabiegunników zamocowanych wokół cylindrycznego uzwojenia pola. Alternator Lundell jest najczęściej stosowanym urządzeniem wytwarzającym energię w samochodach. Jest to najczęściej używany komercyjny alternator samochodowy. Ponadto możliwość sterowania wbudowanym prostownikiem mostkowym i regulatorem napięcia dołączonym do tego alternatora. Jest to trójfazowy generator synchroniczny z polem uzwojonym, zawierający wewnętrzny trójfazowy prostownik diodowy i regulator napięcia. Wirnik składa się z pary wytłoczonych nabiegunników, zamocowanych wokół cylindrycznego uzwojenia pola. Jednak sprawność i moc wyjściowa alternatorów Lundell są ograniczone. Jest to poważna wada jego stosowania w nowoczesnych pojazdach wymagających zwiększenia mocy elektrycznej. Uzwojenie pola jest napędzane przez regulator napięcia poprzez pierścienie ślizgowe i szczotki węglowe. Prąd pola jest znacznie mniejszy niż prąd wyjściowy alternatora. Niski prąd i stosunkowo gładkie pierścienie ślizgowe zapewniają większą niezawodność i dłuższą żywotność niż uzyskiwana przez generator prądu stałego z komutatorem i wyższym prądem przepuszczanym przez jego szczotki. Stojan jest konfiguracją 3-fazową, a na wyjściu maszyny tradycyjnie stosowany jest prostownik z pełnym mostkiem do prostowania trójfazowego generatora napięcia z maszyny alternatora.
Powyższy rysunek przedstawia prosty model alternatora Lundella (prostownika impulsowego). Prąd pola maszyny jest określony przez prąd pola regulatora, który stosuje a szerokość impulsu modulowane napięcie w uzwojeniu pola. Średni prąd wzbudzenia zależy od rezystancji uzwojenia wzbudzenia i średniego napięcia przyłożonego przez regulator. Zmiany prądu wzbudzenia występują przy stałej czasowej uzwojenia pola L / R, która jest zwykle w zamówieniu. Ta długotrwała stała dominuje w przejściowych osiągach alternatora. Twornik jest zaprojektowany z zestawem sinusoidalnych 3-fazowych napięć przeciwelektrodowych, takich jak Vsa, Vsb, Vsc i indukcyjność upływu Ls. Częstotliwość elektryczna ω jest proporcjonalna do prędkości mechanicznej ωm i liczby biegunów maszyny. Wielkość tylnych napięć EMF jest proporcjonalna zarówno do częstotliwości, jak i prądu pola.
V = klucz
Alternator Lundell ma dużą reaktancję upływu stojana. Aby przezwyciężyć spadki reaktywności przy wysokim prądzie alternatora, konieczne są stosunkowo duże wielkości wstecznych emf maszyny. Nagła redukcja obciążenia alternatora zmniejsza spadki reaktywności i powoduje, że duża część napięcia wstecznego pojawia się na wyjściu alternatora, zanim prąd wzbudzenia będzie mógł zostać zredukowany. Wynikająca z tego przejściowa będzie miała miejsce. Tłumienie przejściowe można łatwo uzyskać za pomocą nowego układu alternatora, poprzez odpowiednie sterowanie przełączanym prostownikiem.
Mostek diodowy prostuje wyjście maszyny prądu przemiennego na źródło stałego napięcia Vo reprezentujące akumulator i powiązane obciążenia. Ten prosty model oddaje wiele istotnych aspektów alternatora Lundell, zachowując jednocześnie systematyczną łatwość obsługi. Zastosowanie przełączanej elektroniki mocy z przeprojektowaną armaturą może zapewnić szereg ulepszeń w zakresie mocy i wydajności. Możemy zastąpić te diody tranzystorami MOSFET dla lepszej wydajności. Ponadto tranzystory MOSFET wymagają sterowników bramek, a sterowniki bramek wymagają zasilaczy, w tym zasilaczy z przesunięciem poziomu. Zatem koszt zastąpienia w pełni aktywnego mostka mostkiem diodowym jest znaczny.
W tym systemie możemy również dodać przełącznik doładowania, którym może być MOSFET, a następnie mostek diodowy jako przełącznik sterowany. Ten przełącznik jest włączany i wyłączany przy wysokiej częstotliwości w modulacji szerokości impulsu. W ujęciu uśrednionym zestaw przełączników podwyższających działa jak transformator prądu stałego ze współczynnikiem zwojów kontrolowanym przez współczynnik wypełnienia PWM. Zakładając względnie stały prąd płynący przez prostownik w cyklu PWM, kontrolując współczynnik wypełnienia d, można zmieniać średnie napięcie na wyjściu mostka do dowolnej wartości poniżej napięcia wyjściowego układu alternatora.
Zastosowanie prostownika sterowanego PWM zamiast prostownika diodowego pozwala na uzyskanie następujących głównych korzyści, takich jak zwiększenie mocy wyjściowej przy niskiej prędkości i korekcja współczynnika mocy w maszynie w celu maksymalizacji mocy wyjściowej.
Gdy obciążenie elektryczne wzrasta z powodu większego prądu pobieranego z alternatora, napięcie wyjściowe spada, co z kolei jest wykrywane przez regulator, który zwiększa cykl pracy, aby zwiększyć prąd pola, a tym samym wzrasta napięcie wyjściowe. Podobnie, jeśli następuje spadek obciążenia elektrycznego, cykl pracy zmniejsza się, tak że spada napięcie wyjściowe. Prostownik mostkowy PWM (PFBR) może być użyty do maksymalizacji mocy wyjściowej z sinusoidalnym sterowaniem PWM. PFBR to dość drogie i złożone rozwiązanie. Obejmuje kilka aktywnych przełączników i wymaga wykrywania położenia wirnika lub złożonych bezsensownych algorytmów.
Jednak, podobnie jak prostownik synchroniczny, oferuje dwukierunkową kontrolę przepływu mocy. Jeśli nie jest wymagany dwukierunkowy przepływ mocy, możemy zastosować inne prostowniki PWM, takie jak trzy jednofazowe struktury BSBR. Ma dwa razy mniej aktywnych przełączników i wszystkie są połączone z masą. Aktywne przełączniki można zredukować do tylko jednego za pomocą prostownika z przełączaniem trybu Boost (BSMR). W tej topologii nie jest konieczne stosowanie czujnika położenia obrotowego, ale nie można kontrolować kąta mocy.
