Sự tiến bộ của hệ thống điện ô tô đang tạo ra sự quan tâm đến máy phát điện mang lại mức độ không phổ biến trong triển lãm. Những phẩm chất quan trọng của máy phát điện trong tương lai bao gồm công suất cao hơn và độ dày kiểm soát, hoạt động ở nhiệt độ cao hơn và phản ứng thoáng qua tốt hơn. Ứng dụng của điện tử công suất vào sản xuất điện ô tô là một kỹ thuật phù hợp tải mới trình bày một bộ chỉnh lưu chế độ chuyển mạch đơn giản để đạt được sự gia tăng đáng kể về sản lượng điện cao nhất và trung bình từ một máy phát điện Lundell thông thường, ngoài việc nâng cấp đáng kể không hiệu quả. Các thành phần điện tử công suất của xe, cùng với hệ thống quản lý và kiểm soát điện năng tổng thể, đưa ra một loạt thách thức mới đối với thiết kế hệ thống điện. Các thành phần điện tử công suất này bao gồm thiết bị lưu trữ năng lượng, bộ chuyển đổi DC / DC, biến tần và các ổ đĩa. Ô tô Điện tử công suất được tìm thấy trong nhiều ứng dụng một số trong số đó được đề cập dưới đây.
- Mạch điều khiển điện từ kim phun nhiên liệu
- Mạch điều khiển cuộn dây đánh lửa IGBT
- Hệ thống lái trợ lực điện
- Mạng lưới điện 42V
- Tàu điện / xe lửa hybrid
Máy phát điện Lundell:
Máy phát điện Lundell còn được gọi là máy phát điện xoay chiều Cla-Pole là một máy điện đồng bộ trường quấn trong đó rôto bao gồm một cặp cực được đóng dấu được gắn chặt quanh cuộn dây trường hình trụ. Máy phát điện Lundell là thiết bị phát điện phổ biến nhất được sử dụng trên ô tô. Nó là máy phát điện ô tô thương mại được sử dụng nhiều nhất. Ngoài ra, khả năng điều khiển của bộ chỉnh lưu cầu tích hợp và bộ điều chỉnh điện áp đi kèm với máy phát điện này. Nó là máy phát điện đồng bộ ba pha trường quấn có chứa bộ chỉnh lưu diode ba pha bên trong và bộ điều chỉnh điện áp. Rôto bao gồm một cặp cực được dập, được cố định xung quanh cuộn dây trường hình trụ. Tuy nhiên, hiệu quả và công suất đầu ra của máy phát điện Lundell bị hạn chế. Đây là một nhược điểm lớn đối với việc sử dụng nó trên các phương tiện hiện đại yêu cầu tăng công suất điện. Cuộn dây trường được dẫn động bởi bộ điều chỉnh điện áp thông qua các vòng trượt và chổi than. Dòng điện trường nhỏ hơn nhiều so với dòng điện đầu ra của máy phát điện. Dòng điện thấp và vòng trượt tương đối trơn đảm bảo độ tin cậy cao hơn và tuổi thọ cao hơn so với dòng điện một chiều có cổ góp và dòng điện cao hơn đi qua chổi của nó. Stato là cấu hình 3 pha và bộ chỉnh lưu diode cầu đầy đủ theo truyền thống được sử dụng ở đầu ra của máy điện để chỉnh lưu máy phát điện áp 3 pha từ máy phát điện xoay chiều.
Hình trên là mô hình máy phát điện xoay chiều Lundell (chỉnh lưu chế độ chuyển mạch) đơn giản. Dòng điện trường của máy được xác định bởi dòng điện trường của bộ điều chỉnh áp dụng độ rộng xung điện áp điều biến trên cuộn dây. Dòng điện trường trung bình được xác định bởi điện trở của cuộn dây trường và điện áp trung bình được đặt bởi bộ điều chỉnh. Các thay đổi trong dòng điện trường xảy ra với hằng số thời gian cuộn dây trường L / R thường theo thứ tự. Hằng số thời gian dài này chi phối hiệu suất nhất thời của máy phát điện. Phần ứng được thiết kế với bộ điện áp ngược pha 3 pha hình sin như Vsa, Vsb, Vsc và điện cảm rò Ls. Tần số điện ω tỉ lệ với tốc độ cơ học ωm và số cực máy. Độ lớn của điện áp emf trở lại tỷ lệ với cả tần số và cường độ dòng điện.
V = phím
Máy phát điện xoay chiều Lundell có điện kháng rò rỉ stato lớn. Để khắc phục hiện tượng sụt giảm phản kháng ở dòng điện máy phát điện cao, cần phải có cường độ quay lưng máy tương đối lớn. Việc giảm tải đột ngột trên máy phát điện sẽ làm giảm sụt giảm phản kháng và dẫn đến một phần lớn điện áp ngược xuất hiện ở đầu ra của máy phát điện trước khi dòng điện trường có thể được giảm bớt. Kết quả nhất thời sẽ diễn ra. Việc triệt tiêu quá độ này có thể dễ dàng đạt được với hệ thống máy phát điện mới thông qua điều khiển thích hợp của bộ chỉnh lưu chế độ chuyển mạch.
Một cầu điốt chỉnh lưu đầu ra của máy điện xoay chiều thành nguồn điện áp không đổi Vo đại diện cho pin và các tải liên quan. Mô hình đơn giản này nắm bắt nhiều khía cạnh quan trọng của máy phát điện Lundell trong khi vẫn có thể điều chỉnh một cách có hệ thống. Việc áp dụng thiết bị điện tử công suất chế độ chuyển mạch với phần ứng được thiết kế lại có thể cung cấp một loạt các cải tiến về công suất và hiệu suất. Chúng tôi có thể thay thế các điốt này bằng MOSFET để có hiệu suất tốt hơn. Ngoài ra, MOSFET yêu cầu trình điều khiển cổng và trình điều khiển cổng yêu cầu nguồn cung cấp năng lượng, bao gồm cả nguồn điện được thay đổi mức. Vì vậy, chi phí thay thế một cầu hoạt động đầy đủ cho một cầu điốt là đáng kể.
Trong hệ thống này, chúng ta cũng có thể thêm một công tắc tăng cường có thể là MOSFET, sau đó là Diode Bridge như một công tắc điều khiển. Công tắc này được bật và tắt ở tần số cao trong Điều chế độ rộng xung. Theo nghĩa trung bình, bộ công tắc tăng cường hoạt động như một máy biến áp một chiều với tỷ lệ vòng được điều khiển bởi tỷ lệ nhiệm vụ PWM. Giả sử dòng điện qua bộ chỉnh lưu tương đối không đổi trong một chu kỳ PWM, bằng cách điều khiển tỷ lệ làm việc d, người ta có thể thay đổi điện áp trung bình ở đầu ra của cầu, thành bất kỳ giá trị nào dưới điện áp đầu ra của hệ thống máy phát điện.
Việc sử dụng bộ chỉnh lưu điều khiển PWM thay cho bộ chỉnh lưu diode cho phép đạt được những lợi ích chính sau đây như tăng cường hoạt động để tăng công suất đầu ra ở tốc độ thấp và hiệu chỉnh hệ số công suất trong máy để tối đa hóa công suất đầu ra.
Khi tải điện tăng lên do dòng điện được kéo ra từ máy phát điện nhiều hơn, điện áp đầu ra giảm xuống, điện áp đầu ra này sẽ được phát hiện bởi bộ điều chỉnh, điều này sẽ tăng chu kỳ làm việc để tăng dòng điện trường, và do đó điện áp đầu ra tăng lên. Tương tự như vậy, nếu tải điện giảm, chu kỳ làm việc giảm do đó điện áp đầu ra giảm. Bộ chỉnh lưu toàn cầu PWM (PFBR) có thể được sử dụng để tối đa hóa công suất đầu ra với điều khiển PWM hình sin. PFBR là một giải pháp khá tốn kém và phức tạp. Nó tính cho một số công tắc hoạt động và yêu cầu cảm biến vị trí rôto hoặc các thuật toán vô tri phức tạp.
Tuy nhiên, giống như một bộ chỉnh lưu đồng bộ, nó cung cấp khả năng điều khiển dòng điện hai chiều. Nếu không yêu cầu dòng điện hai chiều, chúng ta có thể sử dụng các bộ chỉnh lưu PWM khác giống như cấu trúc BSBR ba pha. Nó có hai lần công tắc ít hoạt động hơn và tất cả chúng đều được tham chiếu đến mặt đất. Các công tắc đang hoạt động có thể được giảm xuống chỉ còn một công tắc bằng cách sử dụng Bộ chỉnh lưu chuyển mạch tăng cường (BSMR), Với cấu trúc liên kết này, không cần thiết phải sử dụng cảm biến xoay nhưng không thể kiểm soát góc nguồn.
