L’avenç dels sistemes elèctrics d’automoció està interessant els generadors que donen nivells poc habituals de l’exposició. Les qualitats crítiques dels futurs alternadors incorporen una potència i un gruix de control més elevats, un funcionament de temperatura més alt i una millor resposta transitòria. L’aplicació de l’electrònica de potència a la generació d’energia automotriu és una nova tècnica d’adaptació de càrrega que presenta un simple rectificador de mode commutat per aconseguir dramàtics augments de potència màxima i mitjana d’un alternador Lundell convencional, a més d’una ineficiència considerable en les actualitzacions. Els components electrònics de potència del vehicle, juntament amb el sistema general de gestió i control d’energia, introdueixen un nou conjunt de reptes per al disseny de sistemes elèctrics. Aquests components electrònics de potència inclouen dispositius d’emmagatzematge d’energia, convertidors de CC / CC, inversors , i condueix. Automoció L’electrònica de potència s’ha trobat en moltes aplicacions alguns d'aquests esmenten a continuació.
- Circuits de control de solenoide d'injector de combustible
- Circuits de control de bobina d’encesa IGBT
- Sistemes de direcció assistida elèctrica
- Xarxa d'alimentació de 42V
- Trens elèctrics / híbrids
L’alternador Lundell:
El Lundell també s’anomena Cla-Pole, l’alternador és una màquina síncrona de camp enrotllat en què el rotor comprèn un parell de pols estampats fixats al voltant d’un bobinatge de camp cilíndric. L’alternador Lundell és el dispositiu de generació d’energia més comú que s’utilitza als cotxes. És l’alternador d’automoció comercial més utilitzat. A més, la capacitat de control del rectificador de pont incorporat i del regulador de tensió inclosos amb aquest alternador. És un generador síncron trifàsic de camp ferit que conté un reductor de díode trifàsic intern i un regulador de voltatge. El rotor consisteix en un parell de pols estampats, assegurats al voltant d’un bobinatge de camp cilíndric. Tot i això, l’eficiència i la potència de sortida dels alternadors Lundell són limitats. Aquest és un desavantatge important per al seu ús en vehicles moderns que requereixen un augment de la potència elèctrica. El bobinador de camp és impulsat pel regulador de tensió mitjançant anells lliscants i raspalls de carboni. El corrent de camp és molt menor que el corrent de sortida de l’alternador. Els anells de lliscament de corrent baix i relativament suaus garanteixen una major fiabilitat i una vida més llarga que l'obtenció d'un generador de corrent continu amb el seu commutador i un corrent superior que passa pels seus raspalls. Un estator és una configuració trifàsica i tradicionalment s’utilitza un rectificador de díode de pont complet a la sortida de la màquina per rectificar el generador de tensió trifàsic de l’alternador.
La figura que es mostra anteriorment és un model senzill d’alternador de Lundell (rectificador de mode commutat). El corrent de camp de la màquina està determinat pel corrent de camp del regulador que aplica a amplada de pols tensió modulada a través del bobinat de camp. El corrent de camp mitjà està determinat per la resistència de bobinatge de camp i la tensió mitjana aplicada pel regulador. Els canvis en el corrent de camp es produeixen amb una constant de temps de bobinatge de camp L / R que sol estar a l’ordre. Aquesta constant de temps domina el rendiment transitori de l'alternador. L'armadura està dissenyada amb un conjunt de tensions de contra-emf trifàsiques sinusoïdals com Vsa, Vsb, Vsc i inductància de fuites Ls. La freqüència elèctrica ω és proporcional a la velocitat mecànica ωm i al nombre de pols de la màquina. La magnitud dels voltatges EMF posteriors és proporcional a la freqüència i al corrent de camp.
V = clau
L’alternador Lundell té una gran reactància de fuita d’estator. Per superar les caigudes reactives a un alt corrent d’alternador, són necessàries magnituds EMF de retrocés relativament grans. Una reducció sobtada de la càrrega a l’alternador redueix les caigudes reactives i resulta que apareix una gran fracció de la tensió posterior a la sortida de l’alternador abans que es pugui reduir el corrent de camp. Es produeix la voluntat transitòria resultant. Aquesta supressió transitòria es pot obtenir fàcilment amb el nou sistema d'alternador mitjançant un control adequat del rectificador de mode commutat.
Un pont de díodes rectifica la sortida de la màquina de corrent altern en una font de voltatge constant Vo que representa la bateria i les càrregues associades. Aquest model senzill capta molts dels aspectes vitals de l’alternador de Lundell, tot i que es pot tractar sistemàticament. L'aplicació d'electrònica de potència en mode commutat amb una armadura redissenyada pot proporcionar una sèrie de millores en potència i eficiència. Podem substituir aquests díodes per MOSFET per obtenir un millor rendiment. A més, els MOSFET requereixen controladors de porta i els controladors de porta requereixen fonts d’alimentació, incloses fonts d’alimentació de nivell. Per tant, el cost de substituir un pont actiu complet per un pont de díodes és important.
En aquest sistema, també podem afegir un interruptor d’augment que pot ser MOSFET seguit de Diode Bridge com a interruptor controlat. Aquest commutador està activat i desactivat a alta freqüència en la modulació d'ample de pols. En un sentit mitjà, el conjunt d’interruptors d’augment actua com un transformador de corrent continu amb una relació de girs controlada per la relació de treball PWM. Suposant que el corrent a través del rectificador és relativament constant durant un cicle PWM, mitjançant el control de la relació de treball d, es pot variar la tensió mitjana a la sortida del pont, fins a qualsevol valor inferior a la tensió de sortida del sistema d'alternador.
L’ús d’un rectificador controlat per PWM en lloc d’un rectificador de díodes permet obtenir els següents avantatges principals, com ara augmentar l’operació per augmentar la potència de sortida a baixa velocitat i la correcció del factor de potència a la màquina per maximitzar la potència de sortida.
Quan la càrrega elèctrica augmenta a causa de que s’obté més corrent de l’alternador, cau la tensió de sortida, que al seu torn és detectada pel regulador, cosa que augmenta el cicle de treball per augmentar el corrent de camp i, per tant, augmenta la tensió de sortida. De la mateixa manera, si es produeix una disminució de la càrrega elèctrica, el cicle de treball disminueix de manera que disminueix la tensió de sortida. El rectificador de pont complet PWM (PFBR) es pot utilitzar per maximitzar la potència de sortida amb el control PWM sinusoïdal. Un PFBR és una solució bastant cara i complexa. Compta amb diversos commutadors actius i requereix detecció de posició del rotor o algorismes complexos sense sentit.
No obstant això, com un rectificador síncron, ofereix un control de flux bidireccional de potència. Si no cal un flux de potència bidireccional, podem utilitzar altres rectificadors PWM com les tres estructures BSBR monofàsiques. Té dos commutadors actius menys i tots ells estan referenciats a terra. Els commutadors actius només es poden reduir a un mitjançant un Boost Switched-ModeRectifier (BSMR). Amb aquesta topologia, no és necessari utilitzar un sensor de rotorposició, però l’angle de potència no es pot controlar.
