Il progresso dei sistemi elettrici automobilistici sta interessando ai generatori che danno livelli insoliti della mostra. Le qualità critiche dei futuri alternatori comprendono una maggiore potenza e uno spessore di controllo, un funzionamento a temperature più elevate e una migliore risposta ai transienti. L'applicazione dell'elettronica di potenza alla generazione di energia automobilistica è una nuova tecnica di corrispondenza del carico che presenta un semplice raddrizzatore a modalità commutata per ottenere notevoli aumenti della potenza di picco e media da un alternatore Lundell convenzionale, oltre a notevoli inefficienza degli aggiornamenti. I componenti elettronici di potenza del veicolo, insieme al sistema di controllo e gestione della potenza complessiva, introduce una nuova serie di sfide per la progettazione del sistema elettrico. Questi componenti elettronici di potenza includono dispositivi di accumulo di energia, convertitori CC / CC, inverter e unità. Settore automobilistico L'elettronica di potenza ha trovato in molte applicazioni alcuni di questi sono menzionati di seguito.
- Circuiti di pilotaggio del solenoide dell'iniettore di carburante
- Circuiti driver bobina di accensione IGBT
- Sistemi di servosterzo elettrico
- Rete elettrica 42V
- Trasmissioni elettriche / ibride
L'alternatore di Lundell:
Il Lundell è anche chiamato alternatore Cla-Pole è una macchina sincrona a campo avvolto in cui il rotore comprende una coppia di espansioni polari stampate fissate attorno a un avvolgimento di campo cilindrico. L'alternatore di Lundell è il dispositivo di generazione di energia più comune utilizzato nelle automobili. È l'alternatore automobilistico commerciale più utilizzato. Inoltre, la capacità di controllo del raddrizzatore a ponte integrato e del regolatore di tensione inclusi con questo alternatore. È un generatore sincrono trifase a campo avvolto contenente un raddrizzatore a diodi trifase interno e un regolatore di tensione. Il rotore è costituito da una coppia di espansioni polari stampate, fissate attorno a un avvolgimento di campo cilindrico. Tuttavia, l'efficienza e la potenza di uscita degli alternatori Lundell sono limitate. Questo è un grave inconveniente per il suo utilizzo nei veicoli moderni che richiedono un aumento della potenza elettrica. L'avvolgimento di campo è azionato dal regolatore di tensione tramite collettori rotanti e spazzole di carbone. La corrente di campo è molto inferiore alla corrente di uscita dell'alternatore. I collettori rotanti a bassa corrente e relativamente lisci garantiscono una maggiore affidabilità e una durata maggiore rispetto a quella ottenuta da un generatore DC con il suo commutatore e una maggiore corrente che passa attraverso le sue spazzole. Uno statore è una configurazione trifase e un raddrizzatore a diodi a ponte intero viene tradizionalmente utilizzato all'uscita della macchina per rettificare il generatore di tensione trifase dalla macchina dell'alternatore.
La figura sopra mostrata è un semplice modello di alternatore Lundell (raddrizzatore a commutazione). La corrente di campo della macchina è determinata dalla corrente di campo del regolatore che applica a larghezza di impulso tensione modulata attraverso l'avvolgimento di campo. La corrente di campo media è determinata dalla resistenza dell'avvolgimento di campo e dalla tensione media applicata dal regolatore. Le variazioni nella corrente di campo si verificano con una costante di tempo dell'avvolgimento di campo L / R che è tipicamente nell'ordine. Questa lunga costante di tempo domina le prestazioni transitorie dell'alternatore. L'armatura è progettata con una serie di tensioni di back-emf trifase sinusoidali come Vsa, Vsb, Vsc e induttanza di dispersione Ls. La frequenza elettrica ω è proporzionale alla velocità meccanica ωm e al numero di poli della macchina. L'ampiezza delle tensioni back emf è proporzionale sia alla frequenza che alla corrente di campo.
V = chiave
L'alternatore di Lundell ha una grande reattanza di dispersione dello statore. Per superare le cadute reattive ad alta corrente dell'alternatore, sono necessarie magnitudini di fem di ritorno della macchina relativamente grandi. Un'improvvisa riduzione del carico sull'alternatore riduce le cadute reattive e si traduce in una grande frazione della tensione di ritorno che appare all'uscita dell'alternatore prima che la corrente di campo possa essere ridotta. Il transitorio risultante avrà luogo. Questa soppressione transitoria può essere facilmente ottenuta con il nuovo sistema di alternatore attraverso il corretto controllo del raddrizzatore a commutazione.
Un ponte a diodi rettifica l'uscita della macchina in ca in una sorgente di tensione costante Vo che rappresenta la batteria e i carichi associati. Questo semplice modello cattura molti degli aspetti vitali dell'alternatore di Lundell pur rimanendo sistematicamente trattabile. L'applicazione dell'elettronica di potenza a modalità commutata con un'armatura ridisegnata può fornire una serie di miglioramenti in termini di potenza ed efficienza. Possiamo sostituire questi diodi con MOSFET per prestazioni migliori. Inoltre, i MOSFET richiedono gate driver e gate driver richiedono alimentatori, inclusi alimentatori con spostamento di livello. Quindi il costo di sostituire un ponte completamente attivo con un ponte a diodi è notevole.
In questo sistema, possiamo anche aggiungere un interruttore boost che può essere MOSFET seguito da Diode Bridge come interruttore controllato. Questo interruttore viene attivato e disattivato ad alta frequenza nella modulazione della larghezza di impulso. In senso medio, il set di interruttori boost funge da trasformatore cc con un rapporto di rotazione controllato dal rapporto di lavoro PWM. Supponendo che la corrente attraverso il raddrizzatore sia relativamente costante su un ciclo PWM, controllando il rapporto di lavoro d, si può variare la tensione media all'uscita del ponte, a qualsiasi valore inferiore alla tensione di uscita del sistema alternatore.
L'uso di un raddrizzatore controllato PWM invece di un raddrizzatore a diodi consente i seguenti vantaggi principali come il potenziamento del funzionamento per aumentare la potenza di uscita a bassa velocità e la correzione del fattore di potenza nella macchina per massimizzare la potenza di uscita.
Quando il carico elettrico aumenta a causa della maggiore corrente prelevata dall'alternatore, la tensione di uscita diminuisce, che a sua volta viene rilevata dal regolatore che aumenta il duty-cycle per aumentare la corrente di campo, e quindi la tensione di uscita aumenta. Allo stesso modo, se c'è una diminuzione del carico elettrico, il ciclo di lavoro diminuisce in modo che la tensione di uscita diminuisca. Il raddrizzatore a ponte intero PWM (PFBR) può essere utilizzato per massimizzare la potenza di uscita con il controllo PWM sinusoidale. Un PFBR è una soluzione piuttosto costosa e complessa. Conta per diversi interruttori attivi e richiede il rilevamento della posizione del rotore o algoritmi complessi senza senso.
Tuttavia, come un raddrizzatore sincrono, offre un controllo del flusso di potenza bidirezionale. Se non è richiesto un flusso di potenza bidirezionale, possiamo utilizzare altri raddrizzatori PWM come le tre strutture BSBR monofase. Ha due volte meno interruttori attivi e tutti sono riferiti al suolo. Gli interruttori attivi possono essere ridotti a uno solo utilizzando un Boost Switched-ModeRectifier (BSMR), con questa topologia non è necessario utilizzare un sensore di posizione del rotore ma l'angolo di potenza non può essere controllato.
