Die Weiterentwicklung der elektrischen Systeme für Kraftfahrzeuge macht ein Interesse an Generatoren, die ungewöhnliche Ausstellungsniveaus bieten. Zu den kritischen Eigenschaften zukünftiger Lichtmaschinen gehören eine höhere Leistung und Steuerdicke, ein Betrieb bei höheren Temperaturen und ein besseres Einschwingverhalten. Die Anwendung der Leistungselektronik bei der Stromerzeugung in Kraftfahrzeugen ist eine neue Lastanpassungstechnik, die einen einfachen Schaltgleichrichter darstellt, mit dem die Spitzen- und Durchschnittsleistung eines herkömmlichen Lundell-Generators zusätzlich zu erheblichen Ineffizienzen erheblich gesteigert werden kann. Die leistungselektronischen Komponenten des Fahrzeugs in Verbindung mit dem gesamten Energieverwaltungs- und Steuerungssystem stellen das Design elektrischer Systeme vor neue Herausforderungen. Diese leistungselektronischen Komponenten umfassen Energiespeicher, DC / DC-Wandler, Wechselrichter und fährt. Automobil Leistungselektronik hat in vielen Anwendungen gefunden Einige davon sind unten aufgeführt.
- Stromkreise des Kraftstoffeinspritzmagneten
- IGBT-Zündspulentreiberschaltungen
- Elektrische Servolenkung
- 42V Stromnetz
- Elektro- / Hybridantriebe
Die Lundell-Lichtmaschine:
Der Lundell wird auch als Cla-Pole-Generator bezeichnet und ist eine Wickelfeld-Synchronmaschine, bei der der Rotor ein Paar geprägter Polstücke umfasst, die um eine zylindrische Feldwicklung befestigt sind. Die Lundell-Lichtmaschine ist das am häufigsten in Autos verwendete Stromerzeugungsgerät. Es ist die am häufigsten verwendete kommerzielle Lichtmaschine für Kraftfahrzeuge. Darüber hinaus ist die Steuerbarkeit des eingebauten Brückengleichrichters und Spannungsreglers in dieser Lichtmaschine enthalten. Es ist ein Wicklungsfeld-Dreiphasensynchrongenerator, der einen internen Dreiphasendiodengleichrichter und einen Spannungsregler enthält. Der Rotor besteht aus einem Paar geprägter Polstücke, die um eine zylindrische Feldwicklung befestigt sind. Der Wirkungsgrad und die Ausgangsleistung der Lundell-Lichtmaschinen sind jedoch begrenzt. Dies ist ein Hauptnachteil für den Einsatz in modernen Fahrzeugen, die eine Erhöhung der elektrischen Leistung erfordern. Die Feldwicklung wird vom Spannungsregler über Schleifringe und Kohlebürsten angetrieben. Der Feldstrom ist viel kleiner als der Ausgangsstrom der Lichtmaschine. Der niedrige Strom und die relativ glatten Schleifringe gewährleisten eine höhere Zuverlässigkeit und längere Lebensdauer als ein Gleichstromgenerator, dessen Kommutator und höherer Strom durch seine Bürsten geleitet werden. Ein Stator ist eine 3-Phasen-Konfiguration, und am Maschinenausgang wird traditionell ein Vollbrückendiodengleichrichter verwendet, um den 3-Phasen-Spannungsgenerator von der Lichtmaschinenmaschine zu gleichrichten.
Die oben gezeigte Abbildung ist ein einfaches Modell eines Lundell-Generators (Schaltgleichrichter). Der Feldstrom der Maschine wird durch den Feldstrom des Reglers bestimmt, der a anlegt Impulsbreite modulierte Spannung über der Feldwicklung. Der durchschnittliche Feldstrom wird durch den Feldwicklungswiderstand und die vom Regler angelegte durchschnittliche Spannung bestimmt. Änderungen des Feldstroms treten mit einer L / R-Feldwicklungszeitkonstante auf, die typischerweise in der Größenordnung liegt. Diese lange Zeitkonstante dominiert die Übergangsleistung der Lichtmaschine. Der Anker ist mit einem Satz sinusförmiger 3-Phasen-Gegen-EMK-Spannungen wie Vsa, Vsb, Vsc und Streuinduktivität Ls ausgelegt. Die elektrische Frequenz ω ist proportional zur mechanischen Geschwindigkeit ωm und zur Anzahl der Maschinenpole. Die Größe der Gegen-EMK-Spannungen ist sowohl zur Frequenz als auch zum Feldstrom proportional.
V = Schlüssel
Der Lundell-Generator hat eine große Statorleckreaktanz. Um die reaktiven Abfälle bei hohem Wechselstromgeneratorstrom zu überwinden, sind relativ große Gegen-EMK-Größen der Maschine erforderlich. Eine plötzliche Verringerung der Belastung des Wechselstromgenerators verringert die reaktiven Abfälle und führt dazu, dass ein großer Teil der Rückspannung am Ausgang des Wechselstromgenerators auftritt, bevor der Feldstrom verringert werden kann. Der resultierende vorübergehende Wille findet statt. Diese Übergangsunterdrückung kann mit dem neuen Wechselstromgeneratorsystem leicht durch ordnungsgemäße Steuerung des Schaltgleichrichters erreicht werden.
Eine Diodenbrücke korrigiert den Ausgang der Wechselstrommaschine in eine Konstantspannungsquelle Vo, die die Batterie und die zugehörigen Lasten darstellt. Dieses einfache Modell erfasst viele wichtige Aspekte der Lundell-Lichtmaschine und bleibt dabei systematisch nachvollziehbar. Die Anwendung einer Schaltelektronik mit einem neu gestalteten Anker kann eine Reihe von Verbesserungen in Bezug auf Leistung und Effizienz bieten. Wir können diese Dioden durch MOSFETs ersetzen, um eine bessere Leistung zu erzielen. Zusätzlich erfordern MOSFETs Gate-Treiber, und Gate-Treiber benötigen Stromversorgungen, einschließlich pegelverschobener Stromversorgungen. Die Kosten für das Ersetzen einer Diodenbrücke durch eine voll aktive Brücke sind daher erheblich.
In diesem System können wir auch einen Boost-Schalter hinzufügen, bei dem es sich möglicherweise um einen MOSFET handelt, gefolgt von einer Diodenbrücke als gesteuerten Schalter. Dieser Schalter wird bei der Pulsweitenmodulation mit hoher Frequenz ein- und ausgeschaltet. Im gemittelten Sinne wirkt der Boost-Schalter-Satz als Gleichstromtransformator mit einem Windungsverhältnis, das durch das PWM-Tastverhältnis gesteuert wird. Unter der Annahme, dass der Strom durch den Gleichrichter über einen PWM-Zyklus relativ konstant ist, kann durch Steuern des Tastverhältnisses d die durchschnittliche Spannung am Ausgang der Brücke auf einen beliebigen Wert unterhalb der Ausgangsspannung des Generatorsystems variiert werden.
Die Verwendung eines PWM-gesteuerten Gleichrichters anstelle eines Diodengleichrichters ermöglicht die folgenden Hauptvorteile wie den Boosting-Betrieb zur Erhöhung der Ausgangsleistung bei niedriger Geschwindigkeit und die Leistungsfaktorkorrektur in der Maschine zur Maximierung der Ausgangsleistung.
Wenn die elektrische Last zunimmt, weil mehr Strom aus der Lichtmaschine entnommen wird, fällt die Ausgangsspannung ab, was wiederum vom Regler erfasst wird, der das Tastverhältnis erhöht, um den Feldstrom zu erhöhen, und daher die Ausgangsspannung zunimmt. Wenn die elektrische Last abnimmt, nimmt auch das Tastverhältnis ab, so dass die Ausgangsspannung abnimmt. Der PWM-Vollbrückengleichrichter (PFBR) kann verwendet werden, um die Ausgangsleistung mit sinusförmiger PWM-Steuerung zu maximieren. Ein PFBR ist eine ziemlich teure und komplexe Lösung. Es zählt für mehrere aktive Schalter und erfordert die Erfassung der Rotorposition oder komplexe sinnlose Algorithmen.
Wie ein Synchrongleichrichter bietet er jedoch eine bidirektionale Leistungsflusssteuerung. Wenn kein bidirektionaler Leistungsfluss erforderlich ist, können wir andere PWM-Gleichrichter wie die drei einphasigen BSBR-Strukturen verwenden. Es hat zweimal weniger aktive Schalter und alle sind auf den Boden bezogen. Aktive Schalter können mit einem Boost Switched-ModeRectifier (BSMR) auf nur einen reduziert werden. Bei dieser Topologie ist es nicht erforderlich, einen Rotorpositionssensor zu verwenden, aber der Leistungswinkel kann nicht gesteuert werden.
