Kemajuan sistem elektrik automotif membuat minat pada generator yang memberikan tahap pameran yang tidak biasa. Kualiti kritikal pengganti masa depan menggabungkan kekuatan dan ketebalan kawalan yang lebih tinggi, operasi suhu yang lebih tinggi, dan tindak balas sementara yang lebih baik. Penerapan elektronik kuasa untuk penjanaan kuasa automotif adalah teknik pemadanan beban baru yang menghadirkan penyearah mod suis sederhana untuk mencapai peningkatan dramatik dalam output daya puncak dan rata-rata dari alternator Lundell konvensional, di samping peningkatan kecekapan yang cukup besar. Komponen elektronik kuasa kenderaan, ditambah dengan keseluruhan sistem pengurusan dan kawalan kuasa, memperkenalkan satu set cabaran baru untuk reka bentuk sistem elektrik. Komponen elektronik kuasa ini merangkumi peranti simpanan tenaga, penukar DC / DC, penyongsang , dan pemacu. Automotif Power Electronics terdapat dalam banyak aplikasi sebilangannya dinyatakan di bawah.
- Litar pemacu solenoid penyuntik bahan api
- Litar pemacu gegelung pencucuhan IGBT
- Sistem stereng kuasa elektrik
- Jaring Kuasa 42V
- Kereta api elektrik / hibrid
Alternator Lundell:
Lundell juga disebut Cla-Pole alternator adalah mesin sinkron medan luka di mana rotor terdiri daripada sepasang kepingan tiang yang dicantum yang diikat di sekitar belitan medan silinder. Alternator Lundell adalah peranti penjanaan kuasa yang paling biasa digunakan di dalam kereta. Ini adalah pengganti automotif komersial yang paling banyak digunakan. Di samping itu, keupayaan kawalan penerus jambatan dan pengatur voltan terbina dalam disertakan dengan alternator ini. Ia adalah generator sinkron tiga fasa medan luka yang mengandungi penyearah diod tiga fasa dalaman dan pengatur voltan. Rotor terdiri daripada sepasang tiang yang dicap, yang diikat di sekeliling belitan medan silinder. Walau bagaimanapun, kecekapan dan kuasa output dari alternatif Lundell adalah terhad. Ini adalah kelemahan utama penggunaannya dalam kenderaan moden yang memerlukan peningkatan kuasa elektrik. Penggulungan medan didorong oleh pengatur voltan melalui gelang slip dan berus karbon. Arus medan jauh lebih kecil daripada arus keluaran alternator. Gelang gelincir arus rendah dan agak lancar memastikan kebolehpercayaan yang lebih besar dan jangka hayat yang lebih lama daripada yang diperoleh oleh penjana DC dengan penggeraknya dan arus yang lebih tinggi disalurkan melalui kuasnya. Stator adalah konfigurasi 3 fasa dan penyearah diod jambatan penuh secara tradisional digunakan pada output mesin untuk membetulkan penjana voltan 3 fasa dari mesin alternator.
Gambar yang ditunjukkan di atas adalah model Lundell alternator (penerus mod beralih). Arus medan mesin ditentukan oleh arus medan pengatur yang berlaku a lebar nadi voltan termodulasi melintasi penggulungan medan. Arus medan rata-rata ditentukan oleh rintangan belitan medan dan voltan purata yang dikenakan oleh pengatur. Perubahan arus medan berlaku dengan pemalar masa penggulungan medan L / R yang biasanya mengikut pesanan. Pemalar lama ini mendominasi prestasi sementara alternator. Armature direka dengan satu set tegangan balik emf 3 fasa sinusoidal seperti Vsa, Vsb, Vsc, dan induktansi kebocoran Ls. Frekuensi elektrik ω berkadar dengan kelajuan mekanik ωm dan bilangan tiang mesin. Besarnya voltan emf belakang berkadar dengan frekuensi dan arus medan.
Kekunci V =
Alternator Lundell mempunyai reaktansi kebocoran stator yang besar. Untuk mengatasi penurunan reaktif pada arus ulang-alik yang tinggi, magnitud belakang mesin yang agak besar diperlukan. Pengurangan beban secara tiba-tiba pada alternator mengurangkan penurunan reaktif dan mengakibatkan sebahagian besar voltan belakang muncul pada output alternator sebelum arus medan dapat dikurangkan. Peralihan yang terhasil akan berlaku. Penindasan sementara ini dapat diperoleh dengan mudah dengan sistem alternator baru melalui kawalan tepat penyearah mod beralih.
Jambatan diod membetulkan output mesin ac menjadi sumber voltan malar yang mewakili bateri dan beban yang berkaitan. Model ringkas ini menangkap banyak aspek penting dari alternator Lundell sambil tetap dapat dikendalikan secara sistematik. Penerapan elektronik kuasa mod suis dengan angker yang direka bentuk semula dapat memberikan pelbagai peningkatan daya dan kecekapan. Kita boleh mengganti diod ini dengan MOSFET untuk prestasi yang lebih baik. Selain itu, MOSFET memerlukan pemacu gerbang, dan pemacu gerbang memerlukan bekalan kuasa, termasuk bekalan kuasa yang ditukar tahap. Oleh itu, kos untuk menggantikan jambatan aktif penuh dengan jambatan diod adalah besar.
Dalam sistem ini, kita juga dapat menambahkan sakelar penguat yang mungkin MOSFET diikuti oleh Diode Bridge sebagai suis terkawal. Suis ini dihidupkan dan dimatikan pada frekuensi tinggi dalam modulasi lebar nadi. Dalam arti rata-rata, set suis dorongan bertindak sebagai transformer dc dengan nisbah putaran yang dikendalikan oleh nisbah tugas PWM. Dengan andaian arus melalui penerus relatif tetap sepanjang kitaran PWM, dengan mengawal nisbah tugas d, seseorang dapat mengubah voltan rata-rata pada output jambatan, hingga nilai apa pun di bawah voltan keluaran sistem alternator.
Penggunaan penerus terkawal PWM dan bukannya penerus diod memungkinkan untuk faedah utama berikut seperti meningkatkan operasi untuk meningkatkan daya output pada kelajuan rendah dan pembetulan faktor kuasa di mesin untuk memaksimumkan daya output.
Apabila beban elektrik meningkat kerana arus lebih banyak diambil dari alternator, voltan output jatuh, yang pada gilirannya dikesan oleh pengatur yang meningkatkan kitaran tugas untuk meningkatkan arus medan, dan oleh itu voltan output meningkat. Begitu juga, jika terdapat penurunan beban elektrik, kitaran tugas menurun sehingga voltan keluaran menurun. Penyearah jambatan penuh PWM (PFBR) dapat digunakan untuk memaksimumkan daya output dengan kawalan PWM sinusoidal. PFBR adalah penyelesaian yang agak mahal dan kompleks. Ia memerlukan beberapa suis aktif dan memerlukan pengesan kedudukan pemutar atau algoritma tanpa akal yang kompleks.
Walau bagaimanapun, seperti penerus segerak, ia menawarkan kawalan aliran kuasa dua arah. Sekiranya aliran daya dua arah tidak diperlukan, kita dapat menggunakan penerus PWM lain seperti struktur BSBR tiga fasa tunggal. Ia mempunyai suis dua kali kurang aktif dan semuanya dirujuk ke tanah. Suis aktif dapat dikurangkan menjadi hanya satu menggunakan Boost Switched-ModeRectifier (BSMR). Dengan topologi ini, tidak perlu menggunakan sensor pemutar rotor tetapi sudut daya tidak dapat dikendalikan.
