자동차 전기 시스템의 발전은 희귀 한 수준의 전시회를 제공하는 발전기에 대한 관심을 불러 일으키고 있습니다. 미래의 교류 발전기의 중요한 특성에는 더 높은 전력 및 제어 두께, 더 높은 온도 작동 및 더 나은 과도 응답이 포함됩니다. 파워 일렉트로닉스를 자동차 발전에 적용하는 것은 단순한 스위치 모드 정류기를 제공하여 기존 Lundell 교류 발전기의 피크 및 평균 전력 출력을 크게 증가시키고 비 효율성을 크게 높이는 새로운 부하 매칭 기술입니다. 전체 전력 관리 및 제어 시스템과 결합 된 차량의 전력 전자 부품은 전기 시스템 설계에 새로운 과제를 안겨줍니다. 이러한 전력 전자 부품에는 에너지 저장 장치, DC / DC 컨버터, 인버터 및 드라이브. 자동차 전력 전자는 많은 응용 분야에서 발견했습니다 그 중 일부는 아래에 언급되어 있습니다.
- 연료 인젝터 솔레노이드 드라이버 회로
- IGBT 점화 코일 드라이버 회로
- 전기 파워 스티어링 시스템
- 42V 파워넷
- 전기 / 하이브리드 드라이브 트레인
Lundell 발전기 :
Lundell은 Cla-Pole 발전기라고도하며, 로터가 원통형 필드 권선 주위에 고정 된 한 쌍의 스탬핑 폴 피스로 구성된 권 선형 동기식 기계입니다. Lundell 교류 발전기는 자동차에 사용되는 가장 일반적인 발전 장치입니다. 가장 많이 사용되는 상업용 자동차 발전기입니다. 또한이 교류 발전기에 포함 된 내장 브리지 정류기 및 전압 조정기의 제어 기능. 내부 3 상 다이오드 정류기와 전압 조정기를 포함하는 권 선형 3 상 동기 발생기입니다. 로터는 원통형 필드 와인딩 주위에 고정 된 한 쌍의 스탬핑 폴 피스로 구성됩니다. 그러나 Lundell 교류 발전기의 효율과 출력 전력은 제한적입니다. 이것은 전력 증가가 필요한 현대 차량에서 사용하는 데있어 주요 단점입니다. 계자 권선은 슬립 링과 카본 브러시를 통해 전압 조정기에 의해 구동됩니다. 계자 전류는 교류 발전기의 출력 전류보다 훨씬 작습니다. 낮은 전류와 상대적으로 부드러운 슬립 링은 정류자와 더 높은 전류가 브러시를 통과하는 DC 발전기보다 더 높은 신뢰성과 긴 수명을 보장합니다. 고정자는 3 상 구성이며 풀 브리지 다이오드 정류기는 전통적으로 교류기 기계에서 3 상 전압 발생기를 정류하기 위해 기계 출력에 사용됩니다.
위에 표시된 그림은 간단한 Lundell 교류 발전기 (스위치 모드 정류기) 모델입니다. 기계의 계자 전류는 조정기의 계자 전류에 의해 결정됩니다. 펄스 폭 계자 권선에 걸쳐 변조 된 전압. 평균 계자 전류는 계자 권선 저항과 조정기에 의해 적용된 평균 전압에 의해 결정됩니다. 계자 전류의 변화는 일반적으로 주문에있는 L / R 계자 권선 시정 수로 발생합니다. 이 긴 시간 상수는 교류 발전기의 과도 성능을 지배합니다. 전기자는 Vsa, Vsb, Vsc 및 누설 인덕턴스 Ls와 같은 정현파 3 상 역기전력 전압 세트로 설계되었습니다. 전기 주파수 ω는 기계적 속도 ωm과 기계 극의 수에 비례합니다. 역기전력 전압의 크기는 주파수와 계자 전류에 비례합니다.
V = 키
Lundell 교류 발전기에는 큰 고정자 누설 리액턴스가 있습니다. 높은 교류 전류에서 반응 강하를 극복하려면 상대적으로 큰 기계 역기전력 크기가 필요합니다. 교류 발전기의 갑작스러운 부하 감소는 반응성 강하를 줄이고 계자 전류가 감소되기 전에 교류 발전기의 출력에 나타나는 역 전압의 상당 부분을 초래합니다. 결과적인 과도 현상이 발생합니다. 이 과도 현상 억제는 스위치 모드 정류기의 적절한 제어를 통해 새로운 교류 발전기 시스템으로 쉽게 얻을 수 있습니다.
다이오드 브리지는 AC 기계 출력을 배터리 및 관련 부하를 나타내는 정전압 소스 Vo로 정류합니다. 이 간단한 모델은 Lundell 교류 발전기의 많은 중요한 측면을 포착하면서 체계적으로 다루기 쉽습니다. 재 설계된 전기자가있는 스위치 모드 전력 전자 장치의 적용은 전력 및 효율성에 대한 다양한 개선을 제공 할 수 있습니다. 더 나은 성능을 위해 이러한 다이오드를 MOSFET으로 대체 할 수 있습니다. 또한 MOSFET에는 게이트 드라이버가 필요하고 게이트 드라이버에는 레벨 시프트 전원 공급 장치를 포함한 전원 공급 장치가 필요합니다. 따라서 전체 활성 브리지를 다이오드 브리지로 대체하는 비용은 상당합니다.
이 시스템에서는 MOSFET이 될 수있는 부스트 스위치와 다이오드 브리지를 제어 스위치로 추가 할 수도 있습니다. 이 스위치는 펄스 폭 변조에서 고주파수에서 켜지고 꺼집니다. 평균적인 의미에서 부스트 스위치 세트는 PWM 듀티 비에 의해 제어되는 권선비를 가진 DC 변압기 역할을합니다. 정류기를 통한 전류가 PWM 사이클 동안 비교적 일정하다고 가정하면 듀티 비 d를 제어하여 브리지 출력의 평균 전압을 교류 발전기 시스템의 출력 전압보다 낮은 값으로 변경할 수 있습니다.
다이오드 정류기 대신 PWM 제어 정류기를 사용하면 저속에서 출력 전력을 높이기위한 부스팅 작동 및 출력 전력 최대화를위한 기계의 역률 보정과 같은 다음과 같은 주요 이점을 얻을 수 있습니다.
교류 발전기에서 더 많은 전류가 유입되어 전기 부하가 증가하면 출력 전압이 떨어지고, 이는 다시 레귤레이터에 의해 감지되어 계자 전류를 증가시키기 위해 듀티 사이클을 증가시켜 출력 전압이 증가합니다. 마찬가지로 전기 부하가 감소하면 듀티 사이클이 감소하여 출력 전압이 감소합니다. PWM 풀 브리지 정류기 (PFBR)는 정현파 PWM 제어로 출력 전력을 최대화하는 데 사용할 수 있습니다. PFBR은 상당히 비싸고 복잡한 솔루션입니다. 여러 개의 활성 스위치가 필요하며 로터 위치 감지 또는 복잡한 무의미한 알고리즘이 필요합니다.
그러나 동기식 정류기와 마찬가지로 양방향 전력 흐름 제어를 제공합니다. 양방향 전력 흐름이 필요하지 않은 경우 3 개의 단상 BSBR 구조와 같은 기타 PWM 정류기를 사용할 수 있습니다. 두 배 적은 활성 스위치가 있으며 모두 접지를 기준으로합니다. BSMR (Boost Switched-ModeRectifier)을 사용하여 활성 스위치를 하나로 만 줄일 수 있습니다.이 토폴로지에서는 회전 위치 센서를 사용할 필요가 없지만 전력 각도는 제어 할 수 없습니다.
