Otomotiv elektrik sistemlerinin gelişimi, serginin alışılmadık seviyelerini veren jeneratörlere ilgi gösteriyor. Geleceğin alternatörlerinin kritik nitelikleri, daha yüksek güç ve kontrol kalınlığı, daha yüksek sıcaklıkta çalışma ve daha iyi geçiş tepkisi içerir. Güç elektroniğinin otomotiv güç üretimine uygulanması, önemli yükseltmelerdeki verimsizliğe ek olarak, geleneksel bir Lundell alternatöründen tepe ve ortalama güç çıkışında çarpıcı artışlar elde etmek için basit bir anahtarlamalı mod doğrultucu sunan yeni bir yük eşleştirme tekniğidir. Aracın güç elektroniği bileşenleri, genel güç yönetimi ve kontrol sistemiyle birleştiğinde, elektrik sistemi tasarımı için yeni bir dizi zorluk ortaya çıkarır. Bu güç elektroniği bileşenleri arasında enerji depolama cihazları, DC / DC dönüştürücüler, invertörler ve sürücüler. Otomotiv Güç Elektroniği birçok uygulamada bulundu bunlardan bazıları aşağıda belirtilmiştir.
- Yakıt enjektörü solenoidi sürücü devreleri
- IGBT ateşleme bobini sürücü devreleri
- Elektrikli hidrolik direksiyon sistemleri
- 42V Güç Ağı
- Elektrikli / Hibrit tahrik trenleri
Lundell Alternatör:
Lundell aynı zamanda Cla-Pole alternatörü olarak da adlandırılır, rotorun silindirik bir alan sargısının etrafına sabitlenmiş bir çift damgalı kutup parçası içerdiği bir sarma alanı senkron makinesidir. Lundell alternatör, otomobillerde kullanılan en yaygın elektrik üretim cihazıdır. En çok kullanılan ticari otomotiv alternatörleri. Ek olarak, bu alternatöre yerleşik köprü doğrultucu ve voltaj regülatörünün kontrol kabiliyeti dahildir. Dahili üç fazlı diyot doğrultucu ve voltaj regülatörü içeren yara alanı üç fazlı senkron bir jeneratördür. Rotor, silindirik bir alan sargısının etrafına sabitlenmiş bir çift damgalı kutup parçasından oluşur. Bununla birlikte, Lundell alternatörlerinin verimliliği ve çıkış gücü sınırlıdır. Bu, elektrik gücünde artış gerektiren modern araçlarda kullanımı için büyük bir dezavantajdır. Alan sargısı, kayma halkaları ve karbon fırçalar aracılığıyla voltaj regülatörü tarafından tahrik edilir. Alan akımı, alternatörün çıkış akımından çok daha küçüktür. Düşük akım ve nispeten pürüzsüz kayma halkaları, komütatörü ve fırçalarından daha yüksek akım geçen bir DC jeneratöründen elde edilenden daha fazla güvenilirlik ve daha uzun ömür sağlar. Bir stator 3 fazlı bir konfigürasyondur ve alternatör makinesinden 3 fazlı voltaj jeneratörünü düzeltmek için geleneksel olarak makine çıkışında bir tam köprü diyot doğrultucu kullanılır.
Yukarıda gösterilen şekil, basit bir Lundell alternatör (anahtarlamalı mod doğrultucu) modelidir. Makinenin alan akımı, regülatörün alan akımı tarafından belirlenir. Darbe genişliği alan sargısı boyunca modüle edilmiş voltaj. Ortalama alan akımı, alan sargı direnci ve regülatör tarafından uygulanan ortalama voltaj tarafından belirlenir. Alan akımındaki değişiklikler, tipik olarak siparişte olan bir L / R alanı sargı zaman sabiti ile meydana gelir. Bu uzun zaman sabiti alternatörün geçici performansına hakimdir. Armatür, Vsa, Vsb, Vsc ve kaçak endüktans Ls gibi bir dizi sinüzoidal 3 fazlı geri emf gerilimi ile tasarlanmıştır. Elektrik frekansı ω, mekanik hız ωm ve makine kutuplarının sayısı ile orantılıdır. Geri emf voltajlarının büyüklüğü hem frekans hem de alan akımıyla orantılıdır.
V = anahtar
Lundell alternatörünün büyük stator kaçak reaktansı vardır. Yüksek alternatör akımında reaktif düşüşlerin üstesinden gelmek için, nispeten büyük makine geri emf büyüklükleri gereklidir. Alternatör üzerindeki ani bir yük azalması, reaktif düşüşleri azaltır ve alan akımı azaltılmadan önce alternatörün çıkışında ortaya çıkan geri gerilimin büyük bir kısmıyla sonuçlanır. Ortaya çıkan geçici olacak. Bu geçici bastırma, yeni alternatör sistemiyle, anahtarlamalı mod doğrultucunun uygun şekilde kontrol edilmesiyle kolayca elde edilebilir.
Bir diyot köprüsü, ac makine çıkışını, pili ve ilgili yükleri temsil eden sabit bir voltaj kaynağına Vo çevirir. Bu basit model, sistematik olarak izlenebilirliğini korurken, Lundell alternatörünün birçok hayati yönünü yakalar. Yeniden tasarlanmış bir armatüre sahip anahtarlamalı güç elektroniğinin uygulanması, güç ve verimlilik için bir dizi iyileştirme sağlayabilir. Daha iyi performans için bu diyotları MOSFET'lerle değiştirebiliriz. Ek olarak, MOSFET'ler kapı sürücüleri gerektirir ve kapı sürücüleri, seviye kaydırmalı güç kaynakları dahil olmak üzere güç kaynaklarına ihtiyaç duyar. Bu nedenle, bir diyot köprüsü için tam aktif bir köprünün ikame edilmesinin maliyeti önemli.
Bu sistemde, kontrollü anahtar olarak MOSFET ve ardından Diode Bridge olabilen bir boost anahtarı da ekleyebiliriz. Darbe genişliği Modülasyonunda bu anahtar yüksek frekansta açılır ve kapanır. Ortalama bir anlamda, güçlendirme anahtarı seti, PWM görev oranı tarafından kontrol edilen bir dönüş oranına sahip bir dc trafo görevi görür. Doğrultucu üzerinden akımın bir PWM çevrimi boyunca nispeten sabit olduğu varsayıldığında, görev oranı d kontrol edilerek, köprünün çıkışındaki ortalama voltaj, alternatör sisteminin çıkış voltajının altındaki herhangi bir değere değiştirilebilir.
Bir diyot doğrultucu yerine PWM kontrollü bir doğrultucunun kullanılması, düşük hızda çıkış gücünü artırmak için güçlendirme işlemi ve çıkış gücünün maksimize edilmesi için makinede güç faktörü düzeltmesi gibi aşağıdaki ana faydaları sağlar.
Alternatörden daha fazla akım çekildiği için elektrik yükü arttığında, çıkış voltajı düşer, bu da regülatör tarafından tespit edilir, bu da alan akımını artırmak için görev döngüsünü arttırır ve dolayısıyla çıkış voltajı artar. Aynı şekilde, elektrik yükünde bir azalma varsa, görev döngüsü azalır, böylece çıkış voltajı düşer. PWM tam köprü doğrultucu (PFBR), sinüzoidal PWM kontrolü ile çıkış gücünü maksimize etmek için kullanılabilir. Bir PFBR oldukça pahalı ve karmaşık bir çözümdür. Birkaç aktif anahtarı hesaba katar ve rotor konumu algılama veya karmaşık anlamsız algoritmalar gerektirir.
Bununla birlikte, senkronize bir doğrultucu gibi, çift yönlü güç akışı kontrolü sunar. Çift yönlü güç akışı gerekmiyorsa, üç tek fazlı BSBR yapısı gibi Diğer PWM redresörlerini kullanabiliriz. İki kat daha az aktif anahtarları vardır ve hepsi toprağa referanslıdır. Aktif anahtarlar, Yükseltme Anahtarlamalı Mod Doğrultucu (BSMR) kullanılarak yalnızca bir taneye indirilebilir. Bu topoloji ile, bir rotor pozisyon sensörü kullanmak gerekli değildir, ancak güç açısı kontrol edilemez.
