Tárgyak:
- bevezetés
- Inverter
- Regeneratív fékezés
Bevezetés:
A teljesen elektromos vagy hibrid meghajtású járművek elektromos motorjai váltakozó árammal (AC) működnek. Az elektromos motor energiája nem közvetlenül az akkumulátorból származik, mivel csak egyenfeszültséget (DC) szolgáltat. Az akkumulátor egyenfeszültsége az akkumulátorba kerül inverterek váltakozó feszültséggé alakítva az elektromos motor számára.
Ezen kívül azt találjuk átalakítók amelyek az alacsony egyenfeszültséget magasabb feszültséggé alakítják (fokozó konverter). Az akkumulátor feszültsége „növelhető” az elektromos motor számára (650 volt), vagy csökkenthető a fedélzeti akkumulátor akkumulátorának töltéséhez (14 volt). Az átalakító nagyfeszültségről alacsony feszültségre való átkapcsolásra is szolgál, például a belső tartozékok 12 vagy 24 voltos feszültséggel való ellátására (személy- vagy nehéz haszongépjárművek). Kattintson ide a konverterről szóló oldalért.
A következő kép egy Tesla Model S-ről készült: az inverter belseje és az úgynevezett „meghajtó egység” áttekintése, ahol az inverter, a sebességváltó és az elektromos motor közös egységben található a hátsó felfüggesztésnél.
Inverter:
A „Boost converter” részben látható képen látható az áttekintés a boost konverterrel, a tizenkét IGBT-vel és két elektromos motorral (MG1 és MG2) rendelkező inverterrel.
Az alsó hét diagram a tranzisztorok vezérlését és az állórész tekercseinek áramirányát mutatja be. A boost converter és az IGBT + MG2 a kényelem kedvéért kimaradt. A diagram bal oldalán látjuk HV akkumulátor csomag; ez az a nagyfeszültségű akkumulátor, amelyben körülbelül 200-800 V feszültséget tárolnak. Az akkumulátor jobb oldalán egy kondenzátort látunk. Amikor a HV rendszer aktiválva van, a HV védelmi rendszer kezdetben egy ellenálláson keresztül szabályoz egy korlátozott áramot a HV akkumulátorcsomagból. Ennek célja a kondenzátor lassú feltöltése, mielőtt a HV rendszer teljesen működőképes lesz.
Ezen kívül hat nagy teljesítményű tranzisztort látunk. Ezek az IGBT-k, amelyek az elektromos motort vezérlik. Az IGBT-ket a vezérlőegység vezérli; ezt „IGBT illesztőprogramként” jelöljük. A jobb oldalon az állórész három tekercses (U, V és W) kék és piros színű. Az állórész közepén található a forgórész, amelyet a mágnesesség mozgásba hoz, lásd az elektromos motorról szóló bekezdést.
A felső tranzisztorok (T1, T3 és T5) átkapcsolják a pozitív csatlakozásokat a HV akkumulátorról az állórész tekercseire, amikor a tranzisztorokat a vezérlőegység bekapcsolja. Az alsó tranzisztorok (T2, T4 és T6) a tömegeket a nagyfeszültségű akkumulátor negatív oldalára vezetik.
A jelenleg vezérelt IGBT-k kapucsatlakozásai zöld színnel jelennek meg. Szinkron motornál a vezérlőegység „leolvassa” a motor helyzetét rotor helyzetérzékelő hogy meghatározza, melyik IGBT-t kell irányítania. A forgórész helyzetérzékelőjét más néven a rezolverkábel hívott.
1. Ellenőrzött IGBT-k:
- T1: plusz (100%-ban szabályozott);
- T2: tömeg (50% hajtott);
- T6: tömeg (50% hajtott).
2. Ellenőrzött IGBT-k:
- T1: plusz (50%-ban szabályozott);
- T3: plusz (50%-ban szabályozott);
- T2: tömeg (100% hajtott).
A rotor a megváltozott mágneses tér hatására elfordul.
3. Ellenőrzött IGBT-k:
- T3: plusz (100%-ban szabályozott);
- T2: tömeg (50% hajtott);
- T4: tömeg (50% hajtott).
A rotor a megváltozott mágneses tér hatására elfordul.
4. Ellenőrzött IGBT-k:
- T3: plusz (50%-ban szabályozott);
- T5: plusz (50%-ban szabályozott);
- T4: tömeg (100% hajtott).
A rotor a megváltozott mágneses tér hatására elfordul.
5. Ellenőrzött IGBT-k:
- T5: plusz (100%-ban szabályozott);
- T4: tömeg (50% hajtott);
- T6: tömeg (50% hajtott).
A rotor a megváltozott mágneses tér hatására elfordul.
6. Ellenőrzött IGBT-k:
- T1: plusz (50%-ban szabályozott);
- T5: plusz (50%-ban szabályozott);
- T6: tömeg (100% hajtott).
A rotor a megváltozott mágneses tér hatására elfordul.
7. Ellenőrzött IGBT-k:
- T1: plusz (100%-ban szabályozott);
- T2: tömeg (50% hajtott);
- T6: tömeg (50% hajtott).
A forgórész most 360 fokkal elfordult (1 teljes fordulat) az 1. helyzethez képest. A tranzisztoros áramkörök ciklusa ismét megismétlődik.
Az inverter a HV akkumulátorból származó egyenfeszültséget egyfázisú szinuszos váltakozó feszültséggé alakítja. Az alábbi három képen látható:
- Balra: a tekercs betöltése;
- Középső: a tekercs kisütése;
- Jobb oldalon: tekercs töltési és kisütési görbe.
A tekercs feltöltését és kisütését úgy érjük el, hogy a tranzisztor talpát négyszöghullámú feszültséggel hajtjuk. Amikor a tekercs kisüt, a mágneses tér leesik, és az indukciós feszültség rövid élettartamú indukciós áramot hoz létre. Az oltódióda biztosítja a tekercs kisülését.
Az egyfázisú szinuszos alakot a tranzisztor vezetőképessé váló munkaciklusának megváltoztatásával kapjuk. A következő szöveg az alábbi képekről szól.
- Balra: ezen a frekvencián a tekercs nem tud kellően tölteni, és átlagos feszültség jön létre;
- Jobbra: a munkaciklust az IGBT vezérlő állítja be. A töltési és kisütési idő határozza meg a tekercsen áthaladó áram nagyságát.
Az inverterben lévő IGBT-k folyamatosan be- és kikapcsolnak. A be- és kikapcsolás közötti arány egy PWM vezérlés szerint történik. Minél szélesebbek az impulzusok (magasabb a munkaciklus), annál nagyobb az áram, amely átfolyik a tekercsen, és így annál erősebb az elektromos motor. Az átlagos áramerősséget a fekete szinuszhullám jelzi. Az alábbi ábra három szinuszos vezérlőjelet mutat be:
- Kék: magas vezérlés. A munkaciklus magas. Az áramerősség maximális lesz.
- Zöld: átlagos kontroll. A munkaciklus százaléka alacsonyabb, mint a magas szabályozásnál. Az áramerősség ezért alacsonyabb.
- Piros: alacsony vezérlés. A munkaciklus százaléka ismét csökkent. Az áramerősség felére csökkent a maximális szabályozáshoz képest.
A szinuszhullám a periódus felében pozitív, a másik felében negatív. A DC-AC inverterben lévő IGBT-k úgy vannak csatlakoztatva, hogy az egyenfeszültséget (DC) váltakozó feszültséggé (AC) alakítják át. Az állórész tekercseken áthaladó áram iránya időszakonként megfordul.
az egységnyi idő alatti szinuszok számának növelése növeli a forgórész fordulatszámát.
Az alábbi animáció az inverter vezérlését mutatja be. Az inverter alatt három fázis időbeli lefutása látható. A rotor két teljes fordulatot (360 fokot) forog az animációban. Minden forgás hat időegységre van felosztva (1-től 6-ig). Az alábbiakban színes sávokat láthat:
- Sötétkék: T1
- Zöld: T2
- Világoskék: T3
- Narancs: T4
- Rózsaszín: T5
- Piros: T6
Az idő múlásának első félforradalmára összpontosítunk:
- 0 és 180 fok között a forgórész fél fordulatot fordul. Ebben az időszakban az IGBT T1-et ellenőrizték.
- 0 és 60 fok között a T1 mellett a T5 és a T6 is aktív volt.
- T1 kapcsolja a plusz, T5 és T6 földelést. Minden tranzisztornak megvolt a maga terhelhetősége, amely 50 és 100% között változott.
- 60 fokban a T2 átveszi a T5 helyét: az áram iránya a tekercsben megfordul.
- Ebben a pillanatban váltakozó feszültség van: mivel az áram iránya megváltozott, az áramerősség negatív.
A váltóáramú szinkron elektromos motor megfelelő tekercseinek vezérléséhez az inverterrel az inverter figyeli a rezolverkábel. A rezolver rögzíti a forgórész helyzetét álló helyzetben és forgás közben is.
Regeneratív fékezés:
A motor fékezésekor az elektromos motort generátorként (dinamóként) használják. A jármű mozgási energiája elektromos energiává alakul: az akkumulátor feltöltődik.
A regeneratív fékezés során az IGBT-k kikapcsolnak: a vezető nem vezérli őket. Az IGBT-k forrása és leeresztője közötti egyenirányító diódák egyenirányítóként működnek, hogy a motor váltóáramát az akkumulátor egyenfeszültségévé alakítsák.
A teljesen elektromos és hibrid járművek az elektromos fékezési lehetőség mellett hagyományos, hidraulikus fékrendszerrel is rendelkeznek a fékbetétekkel és féktárcsákkal való fékezéshez. A különböző technikák és szabályozási elvek megtalálhatók az oldalon: elektromos járművek fékezése.
