Ang mga aplikasyon ng Power Electronic sa Automotive Power Generation

Ang pagsulong ng mga automotive electrical system ay gumagawa ng interes sa mga generator na nagbibigay ng hindi karaniwang antas ng eksibisyon. Ang mga kritikal na katangian ng mga alternator sa hinaharap ay nagsasama ng mas mataas na lakas at kontrol sa kapal, mas mataas na operasyon ng temperatura, at mas mahusay na pansamantalang pagtugon. Ang aplikasyon ng power electronics sa pagbuo ng kapangyarihan ng automotive ay isang bagong diskarteng tumutugma sa pagkarga na nagpapakita ng isang simpleng switch-mode rectifier upang makamit ang dramatikong pagtaas sa rurok at average na output ng kuryente mula sa isang maginoo na alternatibong Lundell, bilang karagdagan sa hindi mahusay na pag-upgrade. Ang mga elektronikong sangkap ng kuryente ng Sasakyan, kasama ang pangkalahatang pamamahala ng kapangyarihan at sistema ng pagkontrol, ay nagpapakilala ng isang bagong hanay ng mga hamon para sa disenyo ng sistemang elektrikal. Ang mga elektronikong sangkap na ito ay may kasamang mga aparato sa pag-iimbak ng enerhiya, mga converter ng DC / DC, inverters , at mga drive. Sasakyan Ang Power Electronics ay natagpuan sa maraming mga application ang ilan sa mga nabanggit sa ibaba.

• Mga circuit ng driver ng solenoid ng driver ng fuel
• IGBT ignition coil driver circuit
• Mga electric power steering system
• 42V Power Net
• Mga tren ng Electric / Hybrid drive

Ang Alternatibong Lundell:

Ang Lundell ay tinatawag ding Cla-Pole alternator ay isang sugat-patlang na kasabay na makina kung saan ang rotor ay binubuo ng isang pares ng mga natatak na piraso ng poste na nasiguro sa paligid ng isang cylindrical field na paikot-ikot. Ang alternator ng Lundell ay ang pinaka-karaniwang aparato ng pagbuo ng kuryente na ginagamit sa mga kotse. Ito ang pinaka ginagamit na alternatibong komersyal na automotive. Bilang karagdagan, ang kakayahan sa kontrol ng built-in na tulay na tagatama at boltahe regulator na kasama ng alternator na ito. Ito ay isang sugat-patlang na tatlong yugto na kasabay na generator na naglalaman ng isang panloob na tatlong-phase na diode rectifier at boltahe regulator. Ang rotor ay binubuo ng isang pares ng mga naka-stamp na piraso ng poste, na-secure sa paligid ng isang cylindrical field na paikot-ikot. Gayunpaman, ang kahusayan at lakas ng output ng mga alternator ng Lundell ay limitado. Ito ay isang pangunahing sagabal para sa paggamit nito sa mga modernong sasakyan na nangangailangan ng pagtaas ng kuryente. Ang paikot-ikot na patlang ay hinihimok ng voltage regulator sa pamamagitan ng mga slip ring at carbon brushes. Ang kasalukuyang patlang ay mas maliit kaysa sa kasalukuyang output ng alternator. Ang mababang kasalukuyang at medyo makinis na mga singsing na slip ay nagsisiguro ng higit na pagiging maaasahan at mas mahabang buhay kaysa sa nakuha ng isang DC generator kasama ang commutator at mas mataas na kasalukuyang ipinapasa sa mga brush nito. Ang stator ay isang 3-phase na pagsasaayos at ang isang buong tulay na diode rectifier ay ayon sa kaugalian na ginagamit sa output ng makina upang maitama ang 3-phase boltahe generator mula sa alternator machine.

Ang ipinakitang figure sa itaas ay isang simpleng modelo ng alternatibong Lundell (switch-mode rectifier) ​​na modelo. Ang kasalukuyang patlang ng makina ay natutukoy ng kasalukuyang patlang ng regulator na nalalapat a lapad ng pulso na-modulate na boltahe sa buong paliko-likong patlang. Ang average na kasalukuyang patlang ay natutukoy ng patlang na paikot-ikot na paglaban at ang average na boltahe na inilapat ng regulator. Ang mga pagbabago sa kasalukuyang patlang ay nagaganap na may isang L / R patlang na paikot-ikot na oras pare-pareho na karaniwang nasa order. Ang mahabang panahon na ito ay patuloy na nangingibabaw sa pansamantalang pagganap ng alternator. Ang armature ay dinisenyo na may isang hanay ng sinusoidal 3 phase back-emf voltages tulad ng Vsa, Vsb, Vsc, at leakage inductance Ls. Ang dalas ng kuryente ω ay proporsyonal sa bilis ng mekanikal na ωm at ang bilang ng mga poste ng makina. Ang laki ng voltages ng likod ng emf ay proporsyonal sa parehong dalas at kasalukuyang patlang.

V = susi

Ang alternator ng Lundell ay may malaking reaksyang tumutulo sa stator. Upang mapagtagumpayan ang mga reaktibo na patak sa mataas na kasalukuyang alternator, kinakailangan ng malalaking lakas na likod ng emf na lakas. Ang isang biglaang pagbawas ng pagkarga sa alternator ay binabawasan ang mga reaktibo na patak at nagreresulta sa isang malaking bahagi ng boltahe sa likuran na lumilitaw sa output ng alternator bago mabawasan ang kasalukuyang patlang. Magaganap ang magresultang pansamantala. Ang pansamantalang pagpigil na ito ay maaaring madaling makuha sa bagong sistema ng alternator sa pamamagitan ng wastong kontrol ng switch-mode rectifier.

Ang isang tulay ng diode ay itinutuwid ang output ng ac machine sa isang pare-pareho na mapagkukunan ng boltahe na Vo na kumakatawan sa baterya at mga nauugnay na pag-load. Ang simpleng modelong ito ay nakukuha ang maraming mahahalagang aspeto ng alternator ng Lundell habang natitirang sistematikong madadaanan. Ang aplikasyon ng switch-mode na electronics ng kuryente na may muling idisenyo na armature ay maaaring magbigay ng isang hanay ng mga pagpapabuti sa kapangyarihan at kahusayan. Maaari naming palitan ang mga diode na ito ng MOSFETs para sa mas mahusay na pagganap. Bilang karagdagan, ang MOSFET ay nangangailangan ng mga driver ng gate, at ang mga driver ng gate ay nangangailangan ng mga supply ng kuryente, kasama na ang mga antas na inilipat na supply ng kuryente. Kaya't ang halaga ng pagpapalit ng isang buong aktibong tulay para sa isang tulay ng diode ay malaki.

Sa sistemang ito, maaari din kaming magdagdag ng isang boost switch na maaaring MOSFET na sinusundan ng Diode Bridge bilang isang kontroladong switch. Ang switch na ito ay naka-on at naka-off sa mataas na dalas sa lapad ng pulso Modulation. Sa isang average na kahulugan, ang set ng boost switch ay kumikilos bilang isang dc transpormer na may isang turn ratio na kinokontrol ng ratio ng tungkulin ng PWM. Sa pag-aakalang kasalukuyang sa pamamagitan ng rectifier medyo pare-pareho sa isang siklo ng PWM, sa pamamagitan ng pagkontrol sa duty ratio d, maaaring iiba-iba ng isang average ang boltahe sa output ng tulay, sa anumang halaga sa ibaba ng output boltahe ng alternator system.

Ang paggamit ng isang PWM na kinokontrol na tagapagtama sa halip na isang diode rectifier ay nagbibigay-daan para sa mga sumusunod na pangunahing mga benepisyo tulad ng pagpapalakas ng operasyon para sa pagtaas ng lakas ng output sa mababang bilis at pagwawasto ng lakas na kadahilanan sa makina para sa pag-maximize ng output na lakas.

Kapag tumaas ang pagkarga ng kuryente dahil sa mas maraming kasalukuyang inilalabas mula sa alternator, bumabagsak ang boltahe ng output, na nakita naman ng regulator na nagdaragdag ng duty-cycle upang madagdagan ang kasalukuyang patlang, at samakatuwid ang pagtaas ng boltahe ng output. Gayundin, kung may pagbawas sa pagkarga ng elektrisidad, bumababa ang cycle ng tungkulin upang ang boltahe ng output ay bumababa. Ang PWM full-bridge rectifier (PFBR) ay maaaring magamit upang ma-maximize ang output power gamit ang sinusoidal PWM control. Ang PFBR ay medyo mahal at kumplikadong solusyon. Nagbibilang ito para sa maraming mga aktibong switch at nangangailangan ng sensing ng posisyon ng rotor o kumplikadong mga algorithm na walang kahulugan.

Gayunpaman, tulad ng isang kasabay na tagapagtuwid, nag-aalok ito ng kontrol ng daloy ng kuryente na bidirectional. Kung ang daloy ng kuryente na bidirectional ay hindi kinakailangan, maaari naming gamitin ang Iba pang mga tagapagpatuwid ng PWM tulad ng tatlong mga istraktura ng solong-phase BSBR. Mayroon itong dalawang beses na hindi gaanong aktibo na mga switch at lahat ng ito ay isinangguni sa buong lupa. Ang mga aktibong switch ay maaaring mabawasan sa isa lamang gamit ang isang Boost Switched-ModeRectifier (BSMR), Gamit ang topology na ito, hindi kinakailangan na gumamit ng rotorposition sensor ngunit hindi makontrol ang anggulo ng kuryente.