Предмети:
- Вступ
- інвертор
- Рекуперативне гальмування
Вступ:
Електродвигуни в транспортних засобах з повністю електричною або гібридною силовою установкою працюють від змінного струму (AC). Енергія для електродвигуна не надходить безпосередньо від акумулятора, оскільки він забезпечує лише постійну напругу (DC). Постійна напруга від батареї подається в інвертор перетворюється на змінну напругу для електродвигуна.
Крім того, знаходимо перетворювачів які перетворюють низьку напругу постійного струму на вищу напругу (підвищувальний перетворювач). Напругу батареї можна «підвищити» для електродвигуна (650 вольт) або знизити, щоб зарядити акумулятор бортової батареї (14 вольт). Перетворювач також використовується для перемикання з високої напруги на низьку, наприклад, для живлення аксесуарів салону напругою 12 або 24 В (легковий або важкий комерційний транспорт). Натисніть тут, щоб переглянути сторінку про конвертер.
На наступному зображенні Tesla Model S: інтер’єр інвертора та огляд так званого «приводу», де інвертор, трансмісія та електродвигун розташовані в спільному блоці на задній підвісці.
Інвертор:
На зображенні в розділі «Підвищувальний перетворювач» показано огляд підвищувального перетворювача, інвертора з дванадцятьма IGBT і двома електродвигунами (MG1 і MG2).
Сім нижніх діаграм показують керування транзисторами та напрямок струму до та від котушок статора. Підвищувальний перетворювач і IGBT + MG2 опущені для зручності. Ми бачимо це зліва на схемі Акумулятор HV; це високовольтна батарея, в якій зберігається напруга приблизно від 200 до 800 вольт. Праворуч від батарейки бачимо конденсатор. Коли система HV активована, система захисту HV спочатку регулює обмежений струм від акумуляторної батареї HV за допомогою резистора. Це робиться для того, щоб повільно зарядити конденсатор до того, як система HV стане повністю працездатною.
Крім того, ми бачимо шість потужних транзисторів. Це IGBT, які керують електродвигуном. IGBT управляються блоком керування; це позначається як «драйвер IGBT». Справа ми бачимо статор з трьома котушками (U, V і W), пофарбованими в синій і червоний колір. У центрі статора знаходиться ротор, який приводиться в рух магнетизмом, дивіться параграф про електродвигун.
Верхні транзистори (T1, T3 і T5) перемикають позитивні з’єднання від високовольтної батареї до котушок статора, коли транзистори вмикаються блоком керування. Нижні транзистори (T2, T4 і T6) проводять маси до мінуса високовольтної батареї.
З’єднання затворів IGBT, якими зараз керують, показано зеленим кольором. У синхронного двигуна блок управління «зчитує» положення двигуна датчик положення ротора щоб визначити, яким IGBT він повинен керувати. Датчик положення ротора також називається a распознаватель називається.
1. Керовані IGBT:
- T1: плюс (100% контролюється);
- T2: маса (50% руху);
- T6: маса (50% руху).
2. Керовані IGBT:
- T1: плюс (50% контролюється);
- T3: плюс (50% контролюється);
- T2: маса (100% руху).
Ротор обертається в результаті зміненого магнітного поля.
3. Керовані IGBT:
- T3: плюс (100% контролюється);
- T2: маса (50% руху);
- T4: маса (50% руху).
Ротор обертається в результаті зміненого магнітного поля.
4. Керовані IGBT:
- T3: плюс (50% контролюється);
- T5: плюс (50% контролюється);
- T4: маса (100% руху).
Ротор обертається в результаті зміненого магнітного поля.
5. Керовані IGBT:
- T5: плюс (100% контролюється);
- T4: маса (50% руху);
- T6: маса (50% руху).
Ротор обертається в результаті зміненого магнітного поля.
6. Контрольований IGBT:
- T1: плюс (50% контролюється);
- T5: плюс (50% контролюється);
- T6: маса (100% руху).
Ротор обертається в результаті зміненого магнітного поля.
7. Контрольований IGBT:
- T1: плюс (100% контролюється);
- T2: маса (50% руху);
- T6: маса (50% руху).
Тепер ротор повернувся на 360 градусів (1 повний оберт) порівняно з ситуацією 1. Цикл із транзисторними ланцюгами повторюється знову.
Інвертор перетворює напругу постійного струму від високовольтної батареї в однофазну синусоїдальну змінну напругу. На трьох зображеннях нижче показано:
- Зліва: завантаження котушки;
- Середній: розряджання котушки;
- Праворуч: крива зарядки та розрядки котушки.
Ми досягаємо зарядки та розрядки котушки, керуючи базою транзистора прямокутною напругою. Коли котушка розряджається, магнітне поле спадає, а індукційна напруга створює короткочасний індукційний струм. Діод гасіння забезпечує розряд котушки.
Синусоїдальна форма 1 фази досягається шляхом зміни робочого циклу, з яким транзистор стає провідним. Наступний текст стосується зображень нижче.
- Зліва: на цій частоті котушка не може заряджатися достатньо, і створюється середня напруга;
- Праворуч: робочий цикл регулюється контролером IGBT. Час заряджання та розряджання визначає силу струму через котушку.
IGBT в інверторі постійно вмикаються та вимикаються. Співвідношення між увімкненням і вимкненням відбувається відповідно до ШІМ-контролю. Чим ширші імпульси (більший робочий цикл), тим сильніший струм протікає через котушку, а тому потужніший електродвигун. Середній струм позначається чорною синусоїдою. На наступному малюнку показано три синусоїдальних сигнали керування:
- Синій: високий контроль. Робочий цикл високий. Струм стає максимальним.
- Зелений: середній контроль. Відсоток робочого циклу нижчий, ніж при високому контролі. Тому струм нижчий.
- Червоний: низький контроль. І знову відсоток робочого циклу впав. Сила струму була зменшена вдвічі порівняно з максимальним контролем.
Синусоїда позитивна протягом половини періоду та негативна для іншої половини. IGBT в інверторі DC-AC з’єднані таким чином, що постійна напруга (DC) перетворюється на змінну напругу (AC). Напрямок струму через котушки статора періодично змінюється.
збільшення числа синусоїд в одиницю часу збільшує частоту обертання ротора.
Наступна анімація показує керування інвертором. Під інвертором можна побачити часовий хід трьох фаз. В анімації ротор обертається на два повних оберти (360 градусів). Кожна ротація ділиться на шість часових одиниць (від 1 до 6). Нижче ви побачите кольорові смуги:
- Темно-синій: Т1
- Зелений: T2
- Світло-блакитний: Т3
- Помаранчевий: T4
- Рожевий: T5
- Червоний: T6
Ми зосереджуємося на першій половині оберту плину часу:
- Від 0 до 180 градусів ротор обертається на півоберта. IGBT T1 контролювався протягом цього періоду.
- Між 0 і 60 градусами, крім T1, також були активні T5 і T6.
- T1 перемикає плюс, T5 і T6 землю. Кожен транзистор мав свій власний робочий цикл, який змінювався від 50 до 100%.
- При 60 градусах T2 змінює T5: напрямок струму в котушці змінюється.
- У цей момент виникає змінна напруга: оскільки напрямок струму змінився, сила струму від'ємна.
Щоб контролювати правильні котушки в синхронному електродвигуні змінного струму з інвертором, інвертор дивиться на сигнал від распознаватель. Резольвер реєструє положення ротора як під час стояння, так і під час обертання.
Рекуперативне гальмування:
При гальмуванні двигуном електродвигун використовується як генератор (динамо). Кінетична енергія автомобіля перетворюється на електричну: акумулятор заряджається.
IGBT вимикаються під час рекуперативного гальмування: водій ними не керує. Випрямні діоди між витоком і стоком IGBT функціонують як випрямляч для перетворення напруги змінного струму від двигуна в напругу постійного струму для акумулятора.
Повністю електричні та гібридні транспортні засоби, крім опції електричного гальмування, також мають звичайну гідравлічну гальмівну систему для гальмування гальмівними колодками та гальмівними дисками. Різні техніки та принципи контролю можна знайти на сторінці: гальмування електромобілів.
