Subiecte:
- introducere
- Invertor
- Frânare regenerativă
Introducere:
Motoarele electrice din vehiculele cu propulsie complet electrică sau hibridă funcționează cu curent alternativ (AC). Energia pentru motorul electric nu vine direct din baterie, deoarece furnizează doar tensiune continuă (DC). Tensiunea DC de la baterie este alimentată în invertor convertit la o tensiune alternativă pentru motorul electric.
În plus, găsim convertoare care transformă o tensiune DC scăzută într-o tensiune mai mare (convertor de amplificare). Tensiunea bateriei poate fi „mărită” pentru motorul electric (650 volți) sau scăzută pentru a încărca bateria de bord (14 volți). Convertorul este folosit și pentru trecerea de la o tensiune înaltă la una joasă, de exemplu pentru a alimenta accesoriile interioare cu o tensiune de 12 sau 24 volți (autovehicule de pasageri sau utilitare grele). Faceți clic aici pentru pagina despre convertor.
Următoarea imagine este a unui Tesla Model S: interiorul invertorului și o vedere de ansamblu asupra așa-numitei „unități de antrenare” în care invertorul, transmisia și motorul electric sunt amplasate într-o unitate comună la suspensia din spate.
invertor:
Imaginea din secțiunea „Boost convertor” prezintă imaginea de ansamblu cu boost convertorul, invertorul cu douăsprezece IGBT-uri și două motoare electrice (MG1 și MG2).
Cele șapte diagrame de jos arată controlul tranzistorilor și direcția curentului către și de la bobinele statorului. Convertorul boost și IGBT-urile + MG2 sunt omise pentru comoditate. Îl vedem în stânga în diagramă pachet de baterii HV; aceasta este bateria de înaltă tensiune în care este stocată o tensiune de aproximativ 200 până la 800 de volți. În dreapta bateriei vedem un condensator. Când sistemul HV este activat, sistemul de protecție HV reglează inițial un curent limitat de la acumulatorul HV prin intermediul unui rezistor. Acest lucru se face pentru a încărca încet condensatorul înainte ca sistemul HV să devină complet operațional.
În plus, vedem șase tranzistoare de mare putere. Acestea sunt IGBT-urile care controlează motorul electric. IGBT-urile sunt controlate de unitatea de control; acesta este indicat ca „driver IGBT”. În dreapta vedem statorul cu trei bobine (U, V și W) colorate în albastru și roșu. În centrul statorului se află rotorul care este pus în mișcare prin magnetism, vezi paragraful despre motorul electric.
Tranzistoarele de sus (T1, T3 și T5) comută conexiunile pozitive de la bateria HV la bobinele statorului atunci când tranzistoarele sunt pornite de unitatea de control. Tranzistoarele de jos (T2, T4 și T6) conduc masele la negativul bateriei de înaltă tensiune.
Conexiunile de poartă ale IGBT-urilor care sunt în prezent controlate sunt afișate cu verde. Cu un motor sincron, unitatea de control „citește” poziția motorului senzor de poziție a rotorului pentru a determina ce IGBT ar trebui să controleze. Senzorul de poziție a rotorului se mai numește și a rezolvator numit.
1. IGBT controlate:
- T1: plus (100% controlat);
- T2: masa (50% condus);
- T6: masa (50% condus).
2. IGBT controlate:
- T1: plus (50% controlat);
- T3: plus (50% controlat);
- T2: masa (100% condus).
Rotorul se rotește ca urmare a câmpului magnetic care s-a modificat.
3. IGBT controlate:
- T3: plus (100% controlat);
- T2: masa (50% condus);
- T4: masa (50% condus).
Rotorul se rotește ca urmare a câmpului magnetic care s-a modificat.
4. IGBT controlate:
- T3: plus (50% controlat);
- T5: plus (50% controlat);
- T4: masa (100% condus).
Rotorul se rotește ca urmare a câmpului magnetic care s-a modificat.
5. IGBT controlate:
- T5: plus (100% controlat);
- T4: masa (50% condus);
- T6: masa (50% condus).
Rotorul se rotește ca urmare a câmpului magnetic care s-a modificat.
6. Controlat IGBT-uri:
- T1: plus (50% controlat);
- T5: plus (50% controlat);
- T6: masa (100% condus).
Rotorul se rotește ca urmare a câmpului magnetic care s-a modificat.
7. Controlat IGBT-uri:
- T1: plus (100% controlat);
- T2: masa (50% condus);
- T6: masa (50% condus).
Rotorul s-a rotit acum la 360 de grade (1 rotație completă) față de situația din situația 1. Ciclul cu circuite tranzistoare se repetă din nou.
Invertorul convertește tensiunea DC de la bateria HV într-o tensiune alternativă sinusoidală monofazată. Cele trei imagini de mai jos arată:
- Stânga: încărcarea bobinei;
- Mijloc: descărcarea bobinei;
- Dreapta: curba de încărcare și descărcare a bobinei.
Realizam încărcarea și descărcarea bobinei prin antrenarea bazei tranzistorului cu o tensiune de undă pătrată. Când bobina este descărcată, câmpul magnetic scade și tensiunea de inducție creează un curent de inducție de scurtă durată. Dioda de stingere asigură descărcarea bobinei.
Forma sinusoidală monofazată se obține prin modificarea ciclului de lucru cu care tranzistorul devine conductor. Următorul text este despre imaginile de mai jos.
- Stânga: la această frecvență bobina nu se poate încărca suficient și se creează o tensiune medie;
- Dreapta: ciclul de lucru este ajustat de controlerul IGBT. Timpul de încărcare și descărcare determină cantitatea de curent prin bobină.
IGBT-urile din invertor sunt pornite și oprite continuu. Raportul dintre pornire și oprire are loc conform unui control PWM. Cu cât impulsurile sunt mai largi (ciclu de lucru mai mare), cu atât este mai mare curentul care circulă prin bobină și, prin urmare, cu atât motorul electric este mai puternic. Curentul mediu este indicat de unda sinusoidală neagră. Următoarea figură prezintă trei semnale de control sinusoidal:
- Albastru: control ridicat. Ciclul de funcționare este ridicat. Curentul devine maxim.
- Verde: control mediu. Procentul ciclului de lucru este mai mic decât în cazul controlului ridicat. Prin urmare, curentul este mai mic.
- Roșu: control scăzut. Din nou, procentul ciclului de lucru a scăzut. Intensitatea curentului a fost redusă la jumătate față de controlul maxim.
Unda sinusoidală este pozitivă pentru o jumătate de perioadă și negativă pentru cealaltă jumătate. IGBT-urile din invertorul DC-AC sunt conectate astfel încât o tensiune continuă (DC) să fie convertită într-o tensiune alternativă (AC). Direcția curentului prin bobinele statorului este inversată periodic.
creșterea numărului de sinusoide pe unitatea de timp crește viteza rotorului.
Următoarea animație arată controlul invertorului. Sub invertor puteți vedea cursul în timp a trei faze. Rotorul se rotește cu două rotații complete (360 de grade) în animație. Fiecare rotație este împărțită în șase unități de timp (de la 1 la 6). Mai jos veți vedea bare colorate:
- Albastru închis: T1
- Verde: T2
- Albastru deschis: T3
- Portocaliu: T4
- Roz: T5
- Roșu: T6
Ne concentrăm pe prima jumătate a revoluției a trecerii timpului:
- De la 0 la 180 de grade rotorul se rotește cu o jumătate de rotație. IGBT T1 a fost controlat în această perioadă.
- Între 0 și 60 de grade, pe lângă T1, au mai fost activi și T5 și T6.
- T1 comută plus, T5 și T6 masă. Fiecare tranzistor avea propriul ciclu de lucru, variind între 50 și 100%.
- La 60 de grade, T2 preia de la T5: direcția curentului în bobină este inversată.
- În acel moment există tensiune alternativă: deoarece direcția curentului s-a schimbat, intensitatea curentului este negativă.
Pentru a controla bobinele corecte din motorul electric sincron AC cu invertorul, invertorul se uită la semnalul de la rezolvator. Resolverul înregistrează poziția rotorului atât când sta pe loc, cât și în timp ce se rotește.
Frânare regenerativă:
La frânarea motorului, motorul electric este folosit ca generator (dinam). Energia cinetică a vehiculului este convertită în energie electrică: bateria este încărcată.
IGBT-urile sunt oprite în timpul frânării regenerative: șoferul nu le controlează. Diodele de redresare dintre sursa și scurgerea IGBT-urilor funcționează ca un redresor pentru a converti tensiunea AC de la motor în tensiune DC pentru baterie.
Vehiculele complet electrice și hibride, pe lângă opțiunea de frânare electrică, au și un sistem de frânare convențional, hidraulic, pentru a frâna cu plăcuțele și discurile de frână. Diferitele tehnici și principii de control pot fi găsite pe pagina: frânarea vehiculelor electrice.
