יישומים של חשמל אלקטרוני לייצור חשמל לרכב

התקדמות מערכות החשמל ברכב מעוררת עניין בגנרטורים שמעניקים רמות נדירות של התערוכה. איכויות קריטיות של אלטרנטורים עתידיים משלבות עובי הספק ובקרה גבוהים יותר, פעולת טמפרטורה גבוהה יותר ותגובה חולפת טובה יותר. היישום של אלקטרוניקה כוח לייצור חשמל לרכב הוא טכניקת התאמת עומסים חדשה המציגה מיישר פשוט במצב מיתוג כדי להשיג עליות דרמטיות בשיא תפוקת החשמל הממוצעת של אלטרנטור קונבנציונאלי של לונדל, בנוסף לחוסר יעילות ניכר בשדרוגים. הרכיבים האלקטרוניים החשמליים של הרכב, יחד עם מערכת ניהול ובקרת החשמל הכוללת, מציגים מערך אתגרים חדש לתכנון מערכות חשמל. רכיבים אלקטרוניים חשמליים אלה כוללים התקני אחסון אנרגיה, ממירי DC / DC, ממירים , ונוהג. רכב Power Electronics מצאו יישומים רבים חלקם מוזכרים להלן.

• מעגלי נהג סולנואיד מזרק דלק
• מעגלי נהג סלילי הצתה IGBT
• מערכות הגה חשמל חשמליות
• רשת כוח 42V
• רכבות כונן חשמלי / היברידי

האלטרנטור לונדל:

הלונדל נקרא גם אלטרנטור קלא-פול הוא מכונה סינכרונית של שדה פצע, בה הרוטור כולל זוג חתיכות מוט מוטבעות שמאובטחות סביב שדה גלילי מתפתל. אלטרנטור לונדל הוא המכשיר הנפוץ ביותר לייצור חשמל המשמש במכוניות. זהו האלטרנטורים המסחריים הנפוצים ביותר לרכב. בנוסף, יכולת הבקרה של מיישר הגשר ומווסת המתח המובנה כלולים עם אלטרנטור זה. זהו מחולל סינכרוני תלת פאזי בשדה הפצע המכיל מיישר דיודה תלת פאזי פנימי ווסת מתח. הרוטור מורכב מצמד חלקי מוט מוטבעים, מאובטחים סביב שדה גלילי המתפתל. עם זאת, היעילות והספק המוצא של האלטרנטורים של לונדל מוגבלים. זהו חסרון מרכזי בשימושו ברכבים מודרניים הדורשים עלייה בכוח החשמלי. סלילת השדה מונעת על ידי וסת המתח באמצעות טבעות החלקה ומברשות פחמן. זרם השדה קטן בהרבה מזרם המוצא של האלטרנטור. הזרם הנמוך וטבעות החלקה חלקות יחסית מבטיחות אמינות וחיים ארוכים יותר מזו שמשיג גנרטור DC עם הקומוטטור שלו והזרם הגבוה יותר מועבר דרך המברשות שלו. סטטור הוא תצורה תלת-פאזית ומיישר דיודות גשר מלא משמש באופן מסורתי בפלט המכונה לתיקון מחולל המתח התלת-פאזי ממכונת האלטרנטור.

האיור המוצג לעיל הוא מודל פשוט של אלטרנטור לונדל (מיישר מצב מתח). זרם השדה של המכונה נקבע על ידי זרם השדה של הרגולטור המחיל א רוחב דופק מתח מווסת על פני השדה המתפתל. זרם השדה הממוצע נקבע על ידי התנגדות סלילת השדה והמתח הממוצע המופעל על ידי הרגולטור. שינויים בזרם השדה מתרחשים עם קבוע זמן סלילה של שדה L / R שנמצא בדרך כלל לפי הסדר. קבוע זמן רב זה שולט בביצועים הארעיים של האלטרנטור. האבזור מתוכנן עם קבוצה של מתח סיבובי תלת פאזי תלת פאזי כמו Vsa, Vsb, Vsc, והשראות דליפה Ls. התדר החשמלי ω פרופורציונאלי למהירות המכנית ωm ולמספר עמודי המכונה. הגודל של מתח ה- EMF האחורי הוא פרופורציונאלי הן לתדר והן לזרם השדה.

V = מפתח

אלטרנטור לונדל יש תגובת דליפת סטטורים גדולה. כדי להתגבר על הטיפות התגובות בזרם אלטרנטור גבוה, יש צורך בגודל גדול יחסית של גב emf. הפחתת עומס פתאומית על האלטרנטור מפחיתה את הטיפות התגובות ומביאה לכך שחלק גדול מהמתח האחורי מופיע בפלט של האלטרנטור לפני שניתן להפחית את זרם השדה. הרצון החולף המתקיים מתרחש. ניתן להשיג דיכוי חולף זה בקלות באמצעות מערכת האלטרנטור החדשה באמצעות שליטה נכונה במיישר במצב המיתוג.

גשר דיודה מתקן את תפוקת מכונת ה- AC למקור מתח קבוע Vo המייצג את הסוללה והעומסים הנלווים. מודל פשוט זה לוכד רבים מההיבטים החיוניים של האלטרנטור של לונדל תוך הישארות שיטתית. היישום של מוצרי אלקטרוניקה ממתגים עם אבזור מחודש יכול לספק מגוון שיפורים בהספק וביעילות. אנו יכולים להחליף דיודות אלה ב- MOSFET לצורך ביצועים טובים יותר. בנוסף, MOSFETs דורשים נהגי שער, ונהגי שער דורשים ספקי כוח, כולל ספקי כוח ברמה. כך שעלות החלפת גשר פעיל מלא בגשר דיודה היא משמעותית.

במערכת זו, אנו יכולים להוסיף גם מתג דחיפה שעשוי להיות MOSFET ואחריו Diode Bridge כמתג מבוקר. מתג זה מופעל ונכבה בתדירות גבוהה באופנון רוחב הדופק. במובן הממוצע, ערכת מתגי ההעברה משמשת כ שנאי DC עם יחס סיבובים הנשלט על ידי יחס החובה של PWM. בהנחה שזרם דרך מיישר קבוע יחסית לאורך מחזור PWM, על ידי שליטה ביחס החובה d, ניתן לשנות את המתח הממוצע בפלט הגשר, לכל ערך הנמצא מתחת למתח היציאה של מערכת האלטרנטור.

השימוש במיישר מבוקר PWM במקום מיישר דיודה מאפשר את היתרונות העיקריים הבאים כמו הגברת הפעולה להגדלת הספק המוצא במהירות נמוכה ותיקון מקדם הספק במכונה למקסום הספק המוצא.

כאשר העומס החשמלי גדל בגלל זרם רב יותר שנשאב מהאלטרנטור, מתח המוצא נופל, אשר בתורו מתגלה על ידי הרגולטור המגדיל את מחזור החובה להגברת זרם השדה, ומכאן שמתח המוצא עולה. כמו כן, אם יש ירידה בעומס החשמלי, מחזור החובה יורד כך שמתח המוצא יורד. ניתן להשתמש במיישר הגשר המלא PWM (PFBR) כדי למקסם את עוצמת המוצא באמצעות שליטת PWM סינוסואידית. PFBR הוא פיתרון די יקר ומורכב. זה נחשב למספר מתגים פעילים ודורש חישת מיקום הרוטור או אלגוריתמים מורכבים חסרי טעם.

עם זאת, כמו מיישר סינכרוני, הוא מציע בקרת זרימת חשמל דו-כיוונית. אם אין צורך בזרימת חשמל דו-כיוונית, אנו יכולים להשתמש במיישרים PWM אחרים כמו שלושת מבני BSBR החד-פאזיים. יש לו פעמיים פחות מתגים פעילים וכולם מוזכרים לקרקע. ניתן להפחית מתגים פעילים לאחד בלבד באמצעות מייצב Boost Switched Mode Mode (BSMR), עם טופולוגיה זו, אין צורך להשתמש בחיישן רוטורפוזיציה אך לא ניתן לשלוט בזווית ההספק.