L'avancement des systèmes électriques automobiles fait un intérêt pour les générateurs donnant des niveaux peu communs de l'exposition. Les qualités critiques des futurs alternateurs intègrent une puissance et une épaisseur de contrôle plus élevées, un fonctionnement à température plus élevée et une meilleure réponse transitoire. L'application de l'électronique de puissance à la production d'énergie automobile est une nouvelle technique d'adaptation de charge qui présente un simple redresseur à mode commuté pour obtenir des augmentations spectaculaires de la puissance de crête et moyenne d'un alternateur Lundell conventionnel, en plus de l'inefficacité considérable des mises à niveau. Les composants électroniques de puissance du véhicule, associés au système global de gestion et de contrôle de l’alimentation, présentent un nouvel ensemble de défis pour la conception du système électrique. Ces composants électroniques de puissance comprennent des dispositifs de stockage d'énergie, des convertisseurs DC / DC, onduleurs et lecteurs. Automobile L'électronique de puissance a trouvé dans de nombreuses applications certains d'entre eux sont mentionnés ci-dessous.
- Circuits de commande de solénoïde d'injecteur de carburant
- Circuits de commande de bobine d'allumage IGBT
- Systèmes de direction assistée électrique
- Réseau d'alimentation 42V
- Groupes motopropulseurs électriques / hybrides
L'alternateur Lundell:
Le Lundell est également appelé alternateur Cla-Pole est une machine synchrone à champ bobiné dans laquelle le rotor comprend une paire de pièces polaires embouties fixées autour d'un enroulement de champ cylindrique. L'alternateur Lundell est le dispositif de génération d'énergie le plus couramment utilisé dans les voitures. Ce sont les alternateurs automobiles commerciaux les plus utilisés. En outre, la capacité de contrôle du redresseur en pont intégré et du régulateur de tension inclus avec cet alternateur. Il s'agit d'un générateur synchrone triphasé à champ bobiné contenant un redresseur à diode triphasé interne et un régulateur de tension. Le rotor se compose d'une paire de pièces polaires embouties, fixées autour d'un enroulement de champ cylindrique. Cependant, le rendement et la puissance de sortie des alternateurs Lundell sont limités. C'est un inconvénient majeur pour son utilisation dans les véhicules modernes nécessitant une augmentation de la puissance électrique. L'enroulement de champ est entraîné par le régulateur de tension via des bagues collectrices et des balais de charbon. Le courant de champ est beaucoup plus petit que le courant de sortie de l'alternateur. Le faible courant et les bagues collectrices relativement lisses assurent une plus grande fiabilité et une durée de vie plus longue que celle obtenue par un générateur à courant continu avec son collecteur et un courant plus élevé passant à travers ses balais. Un stator est une configuration triphasée et un redresseur à diode à pont complet est traditionnellement utilisé à la sortie de la machine pour redresser le générateur de tension triphasé de la machine à alternateur.
La figure ci-dessus est un modèle simple d'alternateur Lundell (redresseur à découpage). Le courant de champ de la machine est déterminé par le courant de champ du régulateur qui applique un largeur d'impulsion tension modulée aux bornes de l'enroulement de champ. Le courant de champ moyen est déterminé par la résistance de l'enroulement de champ et la tension moyenne appliquée par le régulateur. Les changements de courant de champ se produisent avec une constante de temps d'enroulement de champ L / R qui est généralement sur l'ordre. Cette longue constante de temps domine les performances transitoires de l'alternateur. L'armature est conçue avec un ensemble de tensions contre-électromotrices triphasées sinusoïdales telles que Vsa, Vsb, Vsc et l'inductance de fuite Ls. La fréquence électrique ω est proportionnelle à la vitesse mécanique ωm et au nombre de pôles de la machine. L'amplitude des tensions contre-électromotrices est proportionnelle à la fois à la fréquence et au courant de champ.
V = clé
L'alternateur Lundell a une réactance de fuite de stator importante. Pour surmonter les chutes réactives à un courant d'alternateur élevé, des magnitudes de force électromotrice relativement importantes sont nécessaires. Une réduction soudaine de la charge sur l'alternateur réduit les chutes réactives et se traduit par l'apparition d'une grande partie de la contre-tension à la sortie de l'alternateur avant que le courant de champ puisse être réduit. La volonté transitoire qui en résulte a lieu. Cette suppression transitoire peut être facilement obtenue avec le nouveau système d'alternateur grâce à une commande appropriée du redresseur à découpage.
Un pont de diodes redresse la sortie de la machine à courant alternatif en une source de tension constante Vo représentant la batterie et les charges associées. Ce modèle simple capture de nombreux aspects vitaux de l'alternateur Lundell tout en restant systématiquement traitable. L'application de l'électronique de puissance à découpage avec une armature repensée peut fournir une gamme d'améliorations de la puissance et de l'efficacité. Nous pouvons remplacer ces diodes par des MOSFET pour de meilleures performances. De plus, les MOSFET nécessitent des pilotes de porte, et les pilotes de porte nécessitent des alimentations électriques, y compris des alimentations à décalage de niveau. Le coût de remplacement d'un pont actif complet par un pont de diodes est donc considérable.
Dans ce système, nous pouvons également ajouter un commutateur de suralimentation qui peut être MOSFET suivi d'un pont de diodes comme commutateur contrôlé. Cet interrupteur est activé et désactivé à haute fréquence en modulation de largeur d'impulsion. Dans un sens moyen, l'ensemble de commutateurs de suralimentation agit comme un transformateur CC avec un rapport de tours contrôlé par le rapport de service PWM. En supposant que le courant traversant le redresseur soit relativement constant sur un cycle PWM, en contrôlant le rapport cyclique d, on peut faire varier la tension moyenne à la sortie du pont, à toute valeur inférieure à la tension de sortie du système d'alternateur.
L'utilisation d'un redresseur commandé par PWM au lieu d'un redresseur à diode permet les principaux avantages suivants, comme une opération de suralimentation pour augmenter la puissance de sortie à faible vitesse et une correction du facteur de puissance dans la machine pour maximiser la puissance de sortie.
Lorsque la charge électrique augmente en raison de la consommation de courant de l'alternateur, la tension de sortie diminue, ce qui est à son tour détecté par le régulateur, ce qui augmente le cycle de service pour augmenter le courant de champ, et donc la tension de sortie augmente. De même, s'il y a une diminution de la charge électrique, le rapport cyclique diminue de sorte que la tension de sortie diminue. Le redresseur à pont complet PWM (PFBR) peut être utilisé pour maximiser la puissance de sortie avec une commande PWM sinusoïdale. Un PFBR est une solution assez coûteuse et complexe. Il compte pour plusieurs commutateurs actifs et nécessite une détection de la position du rotor ou des algorithmes insensés complexes.
Cependant, comme un redresseur synchrone, il offre un contrôle bidirectionnel du flux de puissance. Si le flux de puissance bidirectionnel n'est pas nécessaire, nous pouvons utiliser d'autres redresseurs PWM comme les trois structures BSBR monophasées. Il a deux fois moins d'interrupteurs actifs et tous sont référencés à la terre. Les commutateurs actifs peuvent être réduits à un seul en utilisant un amplificateur de mode commuté (BSMR). Avec cette topologie, il n'est pas nécessaire d'utiliser un capteur de position du rotor mais l'angle de puissance ne peut pas être contrôlé.
