Viðfangsefni:
- Inngangur
- Inverter
- Endurnýjunarhemlun
Kynning:
Rafmótorar í ökutækjum með rafknúnum eða tvinndrifnum knúnum vinna með riðstraumi (AC). Orkan fyrir rafmótorinn kemur ekki beint frá rafhlöðunni, þar sem hann gefur bara jafnspennu (DC). DC spennan frá rafhlöðunni er færð inn í inverter breytt í riðspennu fyrir rafmótorinn.
Auk þess finnum við breytir sem breyta lágri DC spennu í hærri spennu (boost converter). Hægt er að „hækka“ rafhlöðuspennuna fyrir rafmótorinn (650 volt) eða lækka til að hlaða rafhlöðuna um borð (14 volt). Umbreytirinn er einnig notaður til að skipta úr háspennu yfir í lágspennu, til dæmis til að veita fylgihlutum innanhúss spennu upp á 12 eða 24 volta (farþega- eða þunga atvinnubíla). Smelltu hér fyrir síðuna um breytirinn.
Eftirfarandi mynd er af Tesla Model S: innra hluta invertersins og yfirlit yfir svokallaða „drive unit“ þar sem inverter, skipting og rafmótor eru staðsettir í sameiginlegri einingu við afturfjöðrun.
Inverter:
Myndin í „Boost converter“ hlutanum sýnir yfirlitið með boost converter, inverter með tólf IGBT og tveimur rafmótorum (MG1 og MG2).
Sjö neðstu skýringarmyndirnar sýna stjórn smára og straumstefnu til og frá statorspólunum. Boost breytinum og IGBT + MG2 er sleppt til þæginda. Við sjáum það til vinstri á skýringarmyndinni HV rafhlaða pakki; þetta er háspennu rafhlaðan þar sem spenna sem er um það bil 200 til 800 volt er geymd í. Hægra megin við rafhlöðuna sjáum við þétta. Þegar HV kerfið er virkjað stjórnar HV verndarkerfinu í upphafi takmarkaðan straum frá HV rafhlöðupakkanum með viðnám. Þetta er gert til að hlaða þéttann hægt áður en HV-kerfið fer að fullu í notkun.
Að auki sjáum við sex aflmikla smára. Þetta eru IGBT sem stjórna rafmótornum. IGBT er stjórnað af stjórneiningunni; þetta er gefið til kynna sem „IGBT bílstjóri“. Hægra megin sjáum við statorinn með þremur spólum (U, V og W) lituðum bláum og rauðum. Í miðju statorsins er snúningurinn sem er settur í gang með segulmagni, sjá málsgrein um rafmótorinn.
Efstu smárisarnir (T1, T3 og T5) skipta um jákvæðu tengingarnar frá HV rafhlöðunni yfir á stator spólurnar þegar kveikt er á smáranum af stjórneiningunni. Neðstu smárarnir (T2, T4 og T6) leiða massann að neikvæðu háspennu rafhlöðunni.
Hliðtengingar IGBT sem nú er verið að stjórna eru sýndar með grænu. Með samstilltum mótor „les“ stjórneiningin stöðu mótorsins númer stöðuskynjara til að ákvarða hvaða IGBT það ætti að stjórna. Stöðuskynjari snúnings er einnig kallaður a Resolver kallaði.
1. Stýrðir IGBT:
- T1: plús (100% stjórnað);
- T2: massi (50% ekið);
- T6: massi (50% ekinn).
2. Stýrðir IGBT:
- T1: plús (50% stjórnað);
- T3: plús (50% stjórnað);
- T2: massi (100% ekinn).
Snúningurinn snýst vegna segulsviðsins sem hefur breyst.
3. Stýrðir IGBT:
- T3: plús (100% stjórnað);
- T2: massi (50% ekið);
- T4: massi (50% ekinn).
Snúningurinn snýst vegna segulsviðsins sem hefur breyst.
4. Stýrðir IGBT:
- T3: plús (50% stjórnað);
- T5: plús (50% stjórnað);
- T4: massi (100% ekinn).
Snúningurinn snýst vegna segulsviðsins sem hefur breyst.
5. Stýrðir IGBT:
- T5: plús (100% stjórnað);
- T4: massi (50% ekið);
- T6: massi (50% ekinn).
Snúningurinn snýst vegna segulsviðsins sem hefur breyst.
6. Stjórnað IGBTs:
- T1: plús (50% stjórnað);
- T5: plús (50% stjórnað);
- T6: massi (100% ekinn).
Snúningurinn snýst vegna segulsviðsins sem hefur breyst.
7. Stjórnað IGBTs:
- T1: plús (100% stjórnað);
- T2: massi (50% ekið);
- T6: massi (50% ekinn).
Nú hefur snúðurinn snúist 360 gráður (1 heill snúningur) frá aðstæðum í stöðu 1. Hringrásin með smárarásum endurtekur sig aftur.
Inverterinn breytir DC spennunni frá HV rafhlöðunni í 1-fasa sinusoidal riðspennu. Myndirnar þrjár hér að neðan sýna:
- Vinstri: hleðsla spólunnar;
- Miðja: losar spóluna;
- Hægri: hleðslu- og losunarferill spólu.
Við náum hleðslu og afhleðslu spólunnar með því að keyra grunn smárasins með ferhyrningsbylgjuspennu. Þegar spólan er tæmd fellur segulsviðið og framkallaspennan myndar skammlífan innleiðslustraum. Slökkvidíóðan sér til þess að spólan tæmist.
Einfasa sinusoidal lögunin fæst með því að breyta vinnulotunni sem smári verður leiðandi með. Eftirfarandi texti er um myndirnar hér að neðan.
- Vinstri: á þessari tíðni getur spólan ekki hlaðið nægilega mikið og meðalspenna myndast;
- Hægri: vinnulotan er stillt af IGBT stjórnandi. Hleðslu- og afhleðslutími ákvarðar magn straums í gegnum spóluna.
Stöðugt er kveikt og slökkt á IGBT í inverterinu. Hlutfallið á milli þess að kveikja og slökkva á sér stað samkvæmt PWM stýringu. Því breiðari sem púlsarnir eru (hærri vinnulotan), því meiri straumur sem flæðir í gegnum spóluna og því öflugri er rafmótorinn. Meðalstraumur er sýndur með svörtu sinusbylgjunni. Eftirfarandi mynd sýnir þrjú sinusoidal stjórnmerki:
- Blár: mikil stjórn. Vinnulotan er mikil. Straumurinn verður hámark.
- Grænt: meðalstýring. Vinnulotuprósentan er lægri en með mikilli stýringu. Straumurinn er því minni.
- Rauður: lítil stjórn. Enn og aftur hefur vakthlutfallið lækkað. Straumstyrkur hefur verið helmingaður miðað við hámarksstýringu.
Sínusbylgjan er jákvæð í hálfan tíma og neikvæð fyrir hinn helminginn. IGBT í DC-AC inverterinu eru tengd þannig að jafnspennu (DC) er breytt í riðspennu (AC). Stefna straumsins í gegnum statorspólurnar snýst reglulega við.
auka fjölda sinusoids á tímaeiningu eykur snúningshraða.
Eftirfarandi hreyfimynd sýnir stjórn invertersins. Fyrir neðan inverterið má sjá tímaferil þriggja fasa. Snúningurinn snýst tvo heila snúninga (360 gráður) í hreyfimyndinni. Hverum snúningi er skipt í sex tímaeiningar (1 til 6). Hér að neðan sérðu litaðar stikur:
- Dökkblár: T1
- Grænt: T2
- Ljósblátt: T3
- Appelsínugult: T4
- Bleikur: T5
- Rauður: T6
Við leggjum áherslu á fyrri hálfbyltingu tímans:
- Frá 0 til 180 gráður snýst snúningurinn hálfan snúning. IGBT T1 var stjórnað á þessu tímabili.
- Milli 0 og 60 gráður, auk T1, voru T5 og T6 einnig virk.
- T1 skiptir um plús, T5 og T6 jörð. Hver smári hafði sína eigin vinnulotu, breytileg á milli 50 og 100%.
- Við 60 gráður tekur T2 við af T5: straumstefnunni í spólunni er snúið við.
- Á því augnabliki er riðspenna: vegna þess að straumstefnan hefur breyst er straumstyrkurinn neikvæður.
Til að stjórna réttum spólum í AC samstilltum rafmótornum með inverterinu horfir inverterinn á merkið frá Resolver. Resolverinn skráir stöðu snúningsins bæði þegar hann stendur kyrr og þegar hann snýst.
Endurnýjunarhemlun:
Við hemlun á vélinni er rafmótorinn notaður sem rafall (dynamo). Hreyfiorku ökutækisins er breytt í raforku: rafhlaðan er hlaðin.
Slökkt er á IGBT-tækjunum við endurnýjunarhemlun: ökumaður stjórnar þeim ekki. Leiðréttingardíóðurnar milli uppsprettu og frárennslis IGBT virka sem afriðlari til að breyta AC spennu frá mótor í DC spennu fyrir rafhlöðuna.
Aldri rafknúin og tvinnbílar, auk möguleika á rafhemlun, eru einnig með hefðbundnu vökvahemlakerfi til að hemla með bremsuklossum og bremsudiskum. Mismunandi tækni og stjórnunarreglur má finna á síðunni: hemlun á rafknúnum ökutækjum.
