Развитие автомобильных электрических систем вызывает интерес к генераторам, придающим выставке необычный уровень. Важнейшими качествами будущих генераторов переменного тока являются более высокая мощность и регулируемая толщина, работа при более высоких температурах и лучшая переходная характеристика. Применение силовой электроники для производства электроэнергии в автомобилях - это новый метод согласования нагрузки, который представляет собой простой переключаемый выпрямитель для достижения резкого увеличения пиковой и средней выходной мощности обычного генератора Lundell в дополнение к значительному повышению эффективности. Силовые электронные компоненты транспортного средства в сочетании с общей системой управления и контроля мощности создают новый набор проблем при проектировании электрических систем. Эти силовые электронные компоненты включают устройства накопления энергии, преобразователи постоянного / постоянного тока, инверторы , и диски. Автомобильная промышленность Силовая электроника нашла множество применений некоторые из них упомянуты ниже.

Цепи привода соленоида топливной форсунки
Цепи драйвера катушки зажигания IGBT
Системы рулевого управления с электроусилителем
42V Power Net
Электрические / гибридные приводы

Генератор Lundell:

Генератор Lundell также называют генератором Cla-Pole - это синхронная машина с возбужденным полем, в которой ротор состоит из пары штампованных полюсных наконечников, закрепленных вокруг цилиндрической обмотки возбуждения. Генератор Lundell - это наиболее распространенное устройство для выработки электроэнергии, используемое в автомобилях. Это наиболее часто используемые коммерческие автомобильные генераторы. Кроме того, этот генератор имеет возможность управления встроенным мостовым выпрямителем и регулятором напряжения. Это трехфазный синхронный генератор с фазным полем, содержащий внутренний трехфазный диодный выпрямитель и регулятор напряжения. Ротор состоит из пары штампованных полюсных наконечников, закрепленных вокруг цилиндрической обмотки возбуждения. Однако КПД и выходная мощность генераторов Lundell ограничены. Это главный недостаток его использования в современных транспортных средствах, требующих увеличения электрической мощности. Обмотка возбуждения приводится в действие регулятором напряжения через контактные кольца и угольные щетки. Ток возбуждения намного меньше, чем выходной ток генератора переменного тока. Низкий ток и относительно гладкие контактные кольца обеспечивают большую надежность и более длительный срок службы, чем генератор постоянного тока с его коммутатором и более высоким током, пропускаемым через его щетки. Статор представляет собой трехфазную конфигурацию, и диодный выпрямитель с полным мостом традиционно используется на выходе машины для выпрямления 3-фазного генератора напряжения от генератора переменного тока.

“полевой транзистор из оксида металла ”

На рисунке выше изображена простая модель генератора переменного тока Lundell (импульсного выпрямителя). Ток возбуждения машины определяется током возбуждения регулятора, который применяет ширина импульса модулированное напряжение на обмотке возбуждения. Средний ток возбуждения определяется сопротивлением обмотки возбуждения и средним напряжением, подаваемым регулятором. Изменения в токе возбуждения происходят с постоянной времени обмотки возбуждения L / R, которая обычно порядка порядка. Эта длительная постоянная времени определяет переходные характеристики генератора переменного тока. Якорь разработан с набором синусоидальных трехфазных напряжений обратной ЭДС, таких как Vsa, Vsb, Vsc и индуктивности рассеяния Ls. Электрическая частота ω пропорциональна механической скорости ωm и количеству полюсов машины. Величина напряжений обратной ЭДС пропорциональна как частоте, так и току возбуждения.

V = ключ

“АЧХ фильтра высоких частот ”

Генератор Lundell имеет большое реактивное сопротивление утечки статора. Для преодоления реактивных падений при высоком токе генератора необходимы относительно большие значения обратной ЭДС машины. Внезапное снижение нагрузки на генератор переменного тока снижает реактивные падения и приводит к тому, что большая часть обратного напряжения появляется на выходе генератора, прежде чем можно будет уменьшить ток возбуждения. В результате будет иметь место переходный процесс. Это подавление переходных процессов может быть легко получено с помощью новой системы генератора переменного тока путем надлежащего управления переключаемым выпрямителем.

Диодный мост выпрямляет выходной сигнал машины переменного тока в источник постоянного напряжения Vo, представляющий батарею и связанные с ней нагрузки. Эта простая модель отражает многие жизненно важные аспекты генератора Lundell, оставаясь при этом легко управляемой. Применение импульсной силовой электроники с модернизированным якорем может обеспечить ряд улучшений мощности и эффективности. Мы можем заменить эти диоды на полевые МОП-транзисторы для повышения производительности. Кроме того, для полевых МОП-транзисторов требуются драйверы затвора, а для драйверов затвора требуются источники питания, включая источники питания со смещенным уровнем. Таким образом, стоимость замены полного активного моста на диодный мост значительна.

“как ограничить ток в цепи постоянного тока ”

В этой системе мы также можем добавить повышающий переключатель, который может быть MOSFET, за которым следует диодный мост в качестве управляемого переключателя. Этот переключатель включается и выключается при высокой частоте широтно-импульсной модуляции. В усредненном смысле набор переключателей наддува действует как трансформатор постоянного тока с коэффициентом вращения, управляемым скважностью ШИМ. Предполагая, что ток через выпрямитель относительно постоянен в течение цикла ШИМ, путем регулирования коэффициента заполнения d можно изменять среднее напряжение на выходе моста до любого значения ниже выходного напряжения системы генератора переменного тока.

Использование выпрямителя с ШИМ-управлением вместо диодного выпрямителя дает следующие основные преимущества, такие как режим повышения мощности для увеличения выходной мощности на низкой скорости и коррекция коэффициента мощности в машине для максимизации выходной мощности.

Когда электрическая нагрузка увеличивается из-за большего тока, потребляемого от генератора переменного тока, выходное напряжение падает, что, в свою очередь, обнаруживается регулятором, который увеличивает рабочий цикл, чтобы увеличить ток возбуждения, и, следовательно, выходное напряжение увеличивается. Аналогичным образом, при уменьшении электрической нагрузки рабочий цикл уменьшается, так что выходное напряжение уменьшается. Полномостовой выпрямитель с ШИМ (PFBR) может использоваться для максимизации выходной мощности с помощью синусоидального ШИМ-управления. PFBR - довольно дорогое и сложное решение. Он рассчитан на несколько активных переключателей и требует определения положения ротора или сложных бессмысленных алгоритмов.

Однако, как и синхронный выпрямитель, он предлагает двунаправленное управление потоком мощности. Если двунаправленный поток мощности не требуется, мы можем использовать другие выпрямители с ШИМ, такие как три однофазных структуры BSBR. У него в два раза меньше активных переключателей, и все они привязаны к земле. Активные переключатели могут быть уменьшены до одного с помощью Boost Switched-ModeRectifier (BSMR). В этой топологии нет необходимости использовать датчик положения ротора, но нельзя контролировать угол поворота.