Converter

emner:

introduktion
Oversigt over HV-systemet
Betjening af konverteren
Boost-konverter

Forord:
Vi finder omformere i hybrid- og fuldelektriske køretøjer. Konverteren konverterer en høj jævnspænding til en lav jævnspænding. Vi kalder derfor denne komponent en DC-DC konverter. Højspændingen fra HV-batteriet på 200 til 600 volt (afhængigt af køretøjet) omdannes i konverteren til 14 volt DC for det indbyggede batteri. De elektriske komponenter indvendigt og udvendigt (såsom belysning, radio, dørlåse, elektriske vinduesmotorer osv.). forsynes med spænding og strøm af dette batteri.

Konverteren er indbygget i køretøjet som sin egen højspændingskomponent. Tilslutningen til højspændingskablet kan genkendes på den orange plastikhætte.

Konverteren indeholder to spoler med en blød jernkerne imellem. En høj strøm løber gennem spolerne. På grund af varmeudviklingen er konverteren tilsluttet kølesystemet. Den cirkulerende kølevæske absorberer varmen og overfører den til radiatoren.

Oversigt over HV-systemet:
Højspændingen fra HV-batteriet sendes til baglæns udfører. Konverteringen fra DC til AC foregår i inverteren (spændingen inverterer fra DC til AC spænding). HV-elektromotoren (synkron eller asynkron) sættes i gang med denne vekselspænding.

HV-batteriet forsyner også DC-DCkonverter som konverterer højspændingen til en indbygget spænding på 12 til 14 volt.

Følgende figur viser komponenterne i HV-systemet skematisk.

Betjening af konverteren:
Konverteren er monteret mellem HV-batteriet og 12 volts indbyggede batteri. Følgende billede viser komponenterne fra venstre mod højre:

12 volt indbygget batteri;
kondensator (elco);
undertrykkelsesspole (til filtrering af højfrekvente spidser);
dioder (ensrettere);
transformer med galvanisk isolerede spoler;
H-bro med fire transistorer;
HV batteri

Overførslen af højspænding til 14 volt sker gennem induktion af spoler. Forbindelsen mellem lav- og højspændingssystemerne er galvanisk isoleret: det betyder, at der ikke er nogen ledende forbindelse mellem de to systemer.

De indgående spole (N2, HV side) giver et vekslende magnetfelt i den bløde jernkerne. Det Udgående spole (N1, 14-volt side) er i et vekslende magnetfelt. Dette skaber spænding.

HV-systemets ECU tænder transistorerne T2 og T3 (se følgende figur). Transistor T2 forbinder således HV-batteriets positive til bunden af primærspolen. Strømmen forlader toppen via spolen og strømmer tilbage til HV-batteriets minus via transistor T3.

Primærstrømmen forårsager et magnetfelt i transformeren, som genererer en spænding i sekundærspolen. Det genererede magnetfelt og derfor spændingen er lavere i sekundærspolen end i primærspolen. Det venstre batteri og kondensator oplades med en jævnspænding på omkring 14,4 volt.

Transformatoren fungerer kun med vekselspændinger. Fordi batterier kun leverer en jævnspænding, skabes et varierende magnetfelt ved at tænde og slukke for transistorer.

Af denne grund slukker transistorerne T2 og T3, hvorefter T1 og T4 straks tænder. Strømmen i primærspolen løber nu i den modsatte retning (fra top til bund). Som følge heraf genereres et modsat magnetfelt i transformeren og derfor også en modsat spænding i sekundærspolen. Også i denne situation er ladespændingen af batteriet og kondensatoren omkring 14,4 volt.

Eksempel:

AC ind: 201,6 volt;
N1: 210 vindinger, R = 27,095 Ω;
N2: 15 vindinger, R = 0,138 Ω;
Opviklingsforhold (i) = N1:N2 = 210:15 = 14;
AC ud = AC ind: i = 201,6: 14 = 14,4 volt;
P in = U^2: R = 201,6^2: 27,095 = 1500 Watt;
P ud (tabsfri) = U^2 : R = 14,4 : 0,138 = 1500 Watt;
Effektivitet = 90%;
P ud (faktisk) = P ud * effektivitet = 1500 * 0,9 = 1350 Watt;
Batteristrøm (I) = P : U = 1350 : 14,4 = 93,75 Ampere.

Boost-konverter:
Billedet nedenfor viser en systemoversigt inklusive boost-konverteren og baglæns af en Toyota Prius.

Batterispændingen på 201,6 volt omdannes til en jævnspænding på 650 volt i boost-konverteren. En spole og to IGBT'er (transistorer) bruges til at generere en induktionsspænding. Reaktorspolen er vist i boost-konverteren mellem kondensatoren (venstre) og IGBT'erne T1 og T2. Ved kontinuerligt at drive/ikke drive transistorerne, genereres en induktionsspænding i reaktorspolen, hvilket får kondensatoren til at oplade.
Dioden sørger for, at ladespændingen stiger, indtil spændingen når 650 volt.

Relaterede sider: