Pokrok v automobilových elektrických systémech vzbuzuje zájem o generátory poskytující neobvyklou úroveň výstavy. Kritické vlastnosti budoucích alternátorů zahrnují vyšší výkon a tloušťku řízení, provoz při vyšších teplotách a lepší přechodovou odezvu. Aplikace výkonové elektroniky na výrobu energie v automobilovém průmyslu je novou technikou přizpůsobení zátěže, která představuje jednoduchý spínaný usměrňovač pro dosažení dramatického zvýšení špičkového a průměrného výstupního výkonu z konvenčního alternátoru Lundell, kromě značné neefektivity upgradů. Výkonové elektronické součástky vozidla spolu s celkovým systémem řízení a kontroly výkonu představují pro konstrukci elektrického systému novou řadu výzev. Mezi tyto výkonové elektronické součástky patří zařízení pro skladování energie, měniče DC / DC, střídače a pohony. Automobilový průmysl Výkonová elektronika našla mnoho aplikací některé z nich jsou uvedeny níže.
- Obvody řidiče solenoidu vstřikovače paliva
- Obvody budicí cívky IGBT
- Systémy elektrického posilovače řízení
- 42V napájecí síť
- Elektrické / hybridní hnací ústrojí
Lundell alternátor:
Lundell se také nazývá Cla-Pole alternátor je synchronní stroj s vinutým polem, ve kterém rotor obsahuje dvojici vyražených pólových nástavců upevněných kolem válcového vinutí pole. Lundell alternátor je nejběžnější zařízení na výrobu energie používané v automobilech. Jedná se o nejpoužívanější komerční automobilové alternátory. Kromě toho je u tohoto alternátoru zahrnuta možnost ovládání integrovaného můstkového usměrňovače a regulátoru napětí. Jedná se o třífázový synchronní generátor s vinutým polem, který obsahuje vnitřní třífázový diodový usměrňovač a regulátor napětí. Rotor se skládá z dvojice vyražených pólových nástavců, upevněných kolem válcového polního vinutí. Účinnost a výstupní výkon alternátorů Lundell jsou však omezené. To je hlavní nevýhoda jeho použití v moderních vozidlech vyžadujících zvýšení elektrické energie. Polní vinutí je poháněno regulátorem napětí přes sběrací kroužky a uhlíkové kartáče. Polní proud je mnohem menší než výstupní proud alternátoru. Nízkoproudé a relativně hladké sběrací kroužky zajišťují větší spolehlivost a delší životnost, než jaké dosahuje stejnosměrný generátor s jeho komutátorem a vyšší proud procházející jeho kartáči. Stator je třífázová konfigurace a na výstupu stroje se tradičně používá usměrňovací dioda s plným můstkem k usměrnění třífázového generátoru napětí z alternátoru.
Výše uvedený obrázek je jednoduchý model alternátoru Lundell (spínaný usměrňovač). Polní proud stroje je určen polním proudem regulátoru, který aplikuje a šířka pulzu modulované napětí na vinutí pole. Průměrný proud pole je určen odporem vinutí pole a průměrným napětím aplikovaným regulátorem. Ke změnám proudu pole dochází při časové konstantě vinutí L / R pole, která je obvykle v pořadí. Tato dlouhá časová konstanta dominuje přechodnému výkonu alternátoru. Kotva je navržena se sadou sinusových 3fázových zpětných emf napětí, jako jsou Vsa, Vsb, Vsc a indukčnost úniku Ls. Elektrická frekvence ω je úměrná mechanické rychlosti ωm a počtu pólů stroje. Velikost napětí zpětného emf je úměrná frekvenci i polnímu proudu.
V = kωi
Lundellův alternátor má velkou reaktanci úniku statoru. K překonání reaktivních poklesů při vysokém proudu alternátoru jsou nutné relativně velké hodnoty zpětného rázu stroje. Náhlé snížení zátěže alternátoru snižuje reaktivní poklesy a vede k tomu, že se na výstupu alternátoru před snížením polního proudu objeví velká část zpětného napětí. Vznikne přechodná vůle. Toto přechodného potlačení lze snadno dosáhnout s novým alternátorovým systémem prostřednictvím řádného ovládání spínaného usměrňovače.
Diodový můstek usměrňuje výstup střídavého stroje na zdroj konstantního napětí Vo představující baterii a související zátěže. Tento jednoduchý model zachycuje mnoho životně důležitých aspektů alternátoru Lundell, přičemž zůstává systematicky ovladatelný. Použití spínané výkonové elektroniky s přepracovanou kotvou může poskytnout řadu vylepšení výkonu a účinnosti. Pro lepší výkon můžeme tyto diody nahradit MOSFETy. MOSFET navíc vyžadují ovladače brány a ovladače brány vyžadují napájecí zdroje, včetně napájecích zdrojů s posunutím úrovně. Náklady na náhradu celého aktivního můstku za diodový můstek jsou tedy značné.
V tomto systému můžeme také přidat přepínač boost, který může být MOSFET následovaný Diode Bridge jako řízený přepínač. Tento přepínač se zapíná a vypíná při vysoké frekvenci v modulaci šířky pulzu. Ve zprůměrovaném smyslu sada zesilovacích spínačů funguje jako stejnosměrný transformátor s poměrem otáček řízeným provozním poměrem PWM. Že za předpokladu, že proud přes usměrňovač je v průběhu PWM cyklu konstantní, lze regulací pracovního poměru d měnit průměrné napětí na výstupu můstku na jakoukoli hodnotu pod výstupním napětím alternátorového systému.
Použití usměrňovače řízeného PWM namísto diodového usměrňovače umožňuje následující hlavní výhody, jako je zesilovací provoz pro zvýšení výstupního výkonu při nízké rychlosti a korekce účiníku ve stroji pro maximalizaci výstupního výkonu.
Když se zvyšuje elektrická zátěž v důsledku odběru většího proudu z alternátoru, výstupní napětí klesá, což je zase detekováno regulátorem, který zvyšuje pracovní cyklus pro zvýšení proudu pole, a tím se zvyšuje výstupní napětí. Podobně, pokud dojde ke snížení elektrické zátěže, sníží se pracovní cyklus tak, že se sníží výstupní napětí. Usměrňovač PWM s plným můstkem (PFBR) lze použít k maximalizaci výstupního výkonu pomocí sinusového řízení PWM. PFBR je poměrně drahé a komplexní řešení. Počítá se pro několik aktivních spínačů a vyžaduje snímání polohy rotoru nebo složité nesmyslné algoritmy.
Stejně jako synchronní usměrňovač však nabízí obousměrné řízení toku energie. Pokud není vyžadován obousměrný tok energie, můžeme použít další usměrňovače PWM jako tři jednofázové struktury BSBR. Má dvakrát méně aktivních spínačů a všechny jsou odkazovány na zem. Aktivní spínače lze redukovat pouze na jeden pomocí Boost Switched-ModeRectifier (BSMR). S touto topologií není nutné používat snímač polohy rotoru, ale úhel výkonu nelze ovládat.
