Fremskridt med elektriske bilindustrien interesserer sig for generatorer, der giver usædvanlige niveauer af udstillingen. Kritiske kvaliteter af fremtidige generatorer inkluderer højere effekt og kontroltykkelse, højere temperaturdrift og bedre forbigående respons. Anvendelsen af kraftelektronik til bilproduktion er en ny belastningstilpasningsteknik, der præsenterer en simpel switch-ensretter for at opnå dramatiske stigninger i top- og gennemsnitseffekt fra en konventionel Lundell-generator, ud over betydelig opgradering ineffektivitet. Køretøjets elektriske elektroniske komponenter kombineret med det overordnede strømstyrings- og kontrolsystem introducerer et nyt sæt udfordringer for det elektriske systemdesign. Disse kraftelektroniske komponenter inkluderer energilagringsenheder, DC / DC-omformere, invertere og kører. Automotive Power Electronics har fundet i mange applikationer nogle af dem er nævnt nedenfor.
- Drivkredsløb til brændstofinjektor
- IGBT tændspole driver kredsløb
- Elektriske servostyringssystemer
- 42V strømnet
- Elektriske / hybriddrev
Lundell Alternator:
Lundell kaldes også Cla-Pole-generatoren er en synkronmaskine med sårfelt, hvor rotoren består af et par stemplede polstykker, der er fastgjort omkring en cylindrisk feltvikling. Lundell-generator er den mest almindelige elproduktionsenhed, der bruges i biler. Det er de mest anvendte kommercielle bilgeneratorer. Derudover følger styringsfunktionen med den indbyggede bro-ensretter og spændingsregulator med denne generator. Det er en trefaset synkron generator med sårfelt, der indeholder en intern trefaset diode-ensretter og spændingsregulator. Rotoren består af et par stemplede stangstykker, der er fastgjort omkring en cylindrisk feltvikling. Dog er effektiviteten og udgangseffekten af Lundell-generatorerne begrænset. Dette er en stor ulempe ved brugen i moderne køretøjer, der kræver en stigning i elektrisk kraft. Feltviklingen drives af spændingsregulatoren via glideringe og kulbørster. Feltstrømmen er meget mindre end generatorens udgangsstrøm. De ringe og relativt glatte glideringe sikrer større pålidelighed og længere levetid end den, der opnås af en jævnstrømsgenerator med dens kommutator og højere strøm, der føres gennem børsterne. En stator er en 3-faset konfiguration, og der anvendes traditionelt en fuldbro-diode-ensretter ved maskinudgangen til at rette 3-faset spændingsgenerator fra generatormaskinen.
Ovenstående figur er en simpel Lundell-generator (switch-mode ensretter) -model. Maskinens feltstrøm bestemmes af regulatorens feltstrøm, der anvender a Pulsbredde moduleret spænding over markviklingen. Den gennemsnitlige feltstrøm bestemmes af feltviklingsmodstanden og den gennemsnitlige spænding, der anvendes af regulatoren. Ændringer i feltstrøm sker med en L / R feltviklingstidskonstant, der typisk er i ordren. Denne lange tidskonstant dominerer generatorens forbigående ydeevne. Armaturet er designet med et sæt sinusformede 3-fase back-emf-spændinger som Vsa, Vsb, Vsc og lækageinduktans Ls. Den elektriske frekvens ω er proportional med den mekaniske hastighed ωm og antallet af maskinstænger. Størrelsen af de bageste emf-spændinger er proportional med både frekvens og feltstrøm.
V = nøgle
Lundell-generatoren har stor reaktans i statorlækage. For at overvinde de reaktive dråber ved høj generatorstrøm er det nødvendigt med relativt store emf-størrelser. En pludselig reduktion af belastningen på generatoren reducerer de reaktive fald og resulterer i, at en stor del af bagspændingen vises ved udgangen af generatoren, før feltstrømmen kan reduceres. Den resulterende forbigående vilje finder sted. Denne forbigående undertrykkelse kan let opnås med det nye generator-system gennem korrekt kontrol af switch-ensretteren.
En diodebro korrigerer vekselstrømsmaskinens output til en konstant spændingskilde Vo, der repræsenterer batteriet og tilhørende belastninger. Denne enkle model fanger mange af de vitale aspekter af Lundell-generatoren, mens den forbliver systematisk køreklar. Anvendelsen af tændt strømelektronik med en redesignet anker kan give en række forbedringer af effekt og effektivitet. Vi kan erstatte disse dioder med MOSFET'er for bedre ydelse. Derudover kræver MOSFETs gate-drivere, og gate-drivere kræver strømforsyninger, inklusive niveauskiftede strømforsyninger. Så omkostningerne ved at erstatte en diodebro med en fuld aktiv bro er betydelige.
I dette system kan vi også tilføje en boost-switch, som kan være MOSFET efterfulgt af Diode Bridge som en kontrolleret switch. Denne kontakt tændes og slukkes ved høj frekvens i pulsbreddemodulation. I en gennemsnitlig forstand fungerer boost-switch-sættet som en DC-transformer med et drejningsforhold styret af PWM-driftsforholdet. At antage, at strøm gennem ensretter er relativt konstant over en PWM-cyklus, ved at styre driftsforholdet d, kan man variere den gennemsnitlige spænding ved udgangen af broen til en hvilken som helst værdi under udgangsspændingen for generatorsystemet.
Brugen af en PWM-styret ensretter i stedet for en dioderetterretter muliggør følgende hovedfordele som at øge driften til at øge udgangseffekten ved lav hastighed og effektfaktorkorrigering i maskinen for at maksimere udgangseffekten.
Når den elektriske belastning stiger på grund af mere strøm, der trækkes fra generatoren, falder udgangsspændingen, hvilket igen detekteres af regulatoren, hvilket øger driftscyklussen for at øge feltstrømmen, og dermed stiger udgangsspændingen. Ligeledes, hvis der er et fald i elektrisk belastning, falder driftscyklussen, så udgangsspændingen falder. PWM full-bridge ensretter (PFBR) kan bruges til at maksimere udgangseffekten med sinusformet PWM-kontrol. En PFBR er en ret dyr og kompleks løsning. Det tæller med flere aktive afbrydere og kræver rotorpositionsregistrering eller komplekse meningsløse algoritmer.
Men som en synkron ensretter tilbyder den tovejs strømstyringskontrol. Hvis der ikke kræves tovejs effektflow, kan vi bruge andre PWM-ensrettere som de tre enfasede BSBR-strukturer. Den har to gange mindre aktive afbrydere, og alle henvises til jorden. Aktive afbrydere kan kun reduceres til én ved hjælp af en Boost Switched-ModeRectifier (BSMR). Med denne topologi er det ikke nødvendigt at bruge en rotorpositionssensor, men effektvinklen kan ikke kontrolleres.
