电力电子技术在汽车发电中的应用

汽车电气系统的进步使人们对发电机产生了兴趣，使展览达到了不同寻常的水平。未来交流发电机的关键品质包括更高的功率和控制厚度，更高的温度运行，以及更好的瞬态响应。电力电子技术在汽车发电上的应用是一种新的负载匹配技bob足球体育app术，它提供了一种简单的开关模式整流器，可以显著提高传统Lundell交流发电机的峰值和平均输出功率，同时大大提高效率。汽车的电力电子元件，加上整体的电力管理和控制系统，为电气系统设计带来了一系列新的挑战。这些电力电子元件包括储能装置、DC/DC转换器、逆变器和驱动器。汽车电力电子设备bob足球体育app已在许多应用中找到下面提到的一些。

• 燃料喷射器电磁阀驱动电路
• IGBT点火线圈驱动电路
• 电动转向系统
• 42V电力网
• 电动/混合驱动火车

Lundell交流发电机：

伦德尔也叫克拉波兰人;交流发电机是一种绕线励磁同步电机，其转子包括一对固定在圆柱形励磁绕组周围的冲压极片。伦德尔交流发电机是汽车上最常用的发电装置。它是最常用的商用汽车交流发电机。此外，内置桥式整流器和电压调节器的控制能力，包括与此交流发电机。它是一个绕组磁场三相同步发电机包含一个内部三相二极管整流器和电压调节器。转子由一对冲压极片，固定在一个圆柱形磁场绕组。然而，伦德尔发电机的效率和输出功率是有限的。这是它在需要增加电力的现代车辆上使用的一个主要缺点。励磁绕组由电压调节器通过滑环和碳刷驱动。 The field current is much smaller than the output current of the alternator. The low current and relatively smooth slip rings ensure greater reliability and longer life than that obtained by a DC generator with its commutator and higher current being passed through its brushes. A stator is a 3-phase configuration and a full bridge diode rectifier is traditionally used at the machine output to rectify the 3-phase voltage generator from the alternator machine.

上图上图是简单的Lundell交流发电机（交换模式整流器）模型。机器的磁场电流由施加a的稳压器的磁场电流确定脉冲宽度通过磁场绕组的调制电压。平均励磁电流由励磁绕组电阻和调节器施加的平均电压决定。磁场电流的变化发生在L/R磁场绕组时间常数上。这个长时间常数支配着交流发电机的瞬态性能。电枢设计有一组正弦3相反电动势电压，如Vsa, Vsb, Vsc和漏感Ls。电频率ω与机械转速ωm和机极数成正比。反电动势电压的大小与频率和场电流成正比。

V = kω

伦德尔发电机定子漏电抗较大。为了克服在高交流电流无功下降，相对较大的机器反电动势大小是必要的。发电机负载的突然减少减少了无功降，并在励磁电流减少之前导致发电机输出的大量背压出现。由此产生的瞬态将会发生。这种暂态抑制可以很容易地与新的交流系统通过适当的控制开关模式整流器。

二极管桥将交流电机输出整流为恒压电源Vo, Vo代表电池和相关负载。这个简单的模型捕获了许多重要方面的伦德尔发电机，同时保持系统易于处理。通过重新设计电枢的开关模式电力电子的应用可以提供一系列的功率和效率的改进。bob足球体育app我们可以用mosfet代替这些二极管以获得更好的性能。此外，mosfet需要栅极驱动器，而栅极驱动器需要电源，包括水平移动电源。所以用全有源电桥代替二极管电桥的成本是相当大的。

在该系统中，我们还可以添加一个升压开关，该升压开关可以是MOSFET，然后是二极管桥作为受控开关。该开关在脉冲宽度调制中以高频打开和关闭。在平均意义上，升压开关组用作DC变压器，其具有由PWM占空比控制的匝数比。假设通过整流器通过PWM周期相对恒定，通过控制占空比D，可以将桥的输出处的平均电压变化到交流发电机系统的输出电压以下的任何值。

使用PWM控制整流器而不是二极管整流器可以实现以下主要好处，如在低速时提高输出功率的升压操作和机器中的功率因数校正，以最大限度地提高输出功率。

当电负载由于从交流发电机抽出的更多电流而增加时，输出电压下降，该输出电压逐渐被调节器检测，该调节器增加了占空比，以增加场电流，因此输出电压增加。同样，如果电负载减小，占空比减小，使得输出电压减小。PWM全桥式整流器（PFBR）可用于最大化具有正弦PWM控制的输出功率。PFBR是一个非常昂贵和复杂的解决方案。它对几个有源开关计数，并且需要转子位置感测或复杂的无感性算法。

但是，与同步整流器一样，它提供双向动力流量控制。如果不需要双向电源，我们可以使用其他PWM整流器像三个单相BSBR结构一样。它有两倍的活动开关，所有这些都是引用的地面。有源开关可以仅使用升压切换模式减少到一个整流器（BSMR），具有这种拓扑，没有必要使用转子位置传感器，但无法控制电源角度。