Johdatus moottorisäätimien pääkomponentteihin
Sähköajoneuvon voimansiirron ydinkomponenttina moottoriohjaimen suunnittelu ja toiminta perustuvat useiden avainkomponenttien koordinoituun työhön.
Seuraavat ovat moottoriohjaimen pääkomponentit ja niiden toiminnot:
1. DC-virtakisko: DC-virtakisko on johdin, jolla on korkea johtavuus, alhainen vastus ja hyvät lämmönpoisto-ominaisuudet ja joka yhdistää akun ja moottorin ohjaimen. Se varmistaa, että tasavirta siirretään akusta moottoriohjaimeen häviöttömästi tai pienellä häviöllä.
2. Invertterin rakenne: Moottoriohjaimen ydin on kolmivaiheinen täyssiltainvertteri, joka on vastuussa tasavirran muuntamisesta kolmivaiheiseksi vaihtovirtalähteeksi AC-moottorin käyttämiseksi. Invertteri koostuu useista tehopuolijohdekytkimistä, joilla voidaan saavuttaa moottorin tarkka ohjaus ohjaamalla tarkasti näiden kytkimien avaamista ja sulkemista.
3. Sähkömagneettisten häiriöiden (EMI) vaimennus: Invertterin käytön aikana synnyttämää sähkömagneettista häiriötä vähennetään suodattamalla komponentteja, kuten X- ja Y-kondensaattoreita. X-kondensaattoria ja Y-kondensaattoria käytetään suodattamiseen voimalinjojen välillä sekä voimalinjojen ja maan välillä. Yleensä käytetään kalvokondensaattoreita tai keraamisia kondensaattoreita, ja niiden on täytettävä erityiset turvallisuusstandardit.
4. Ohjauspiiri: Ohjauspiiri on moottoriohjaimen aivot, joka vastaa signaalin hankinnasta ja ohjausalgoritmin toteutuksesta. Se sisältää yleensä mikro-ohjaimen tai digitaalisen signaaliprosessorin (DSP) ja siihen liittyvät tukipiirit, joiden ydin on tehomoduuli, joka vastaa tehon muuntamisesta.
5. Käyttöpiiri: Taajuusmuuttajapiiri antaa käyttösignaaleja tehomoduulin kytkinlaitteille varmistaakseen, että ne voivat kytkeytyä tarkasti ja nopeasti.
6. Jäähdytyselementti: Jäähdytyselementtiä käytetään tehomoduulin tuottaman lämmön haihduttamiseen ja tärkeimpien komponenttien pitämiseen käynnissä sopivassa käyttölämpötilassa.
7. Signaalin hankinta: Moottoriohjaimen on kerättävä kolmivaiheiset virta- ja paikkasignaalit moottorin päästä, jotta moottorin tilaa voidaan seurata reaaliajassa. Tämä edellyttää yleensä laitteiston, kuten virta-anturien, käyttöä.
8. AC-lähtökupariväylä: Moottoriohjaimen ja moottorin välinen yhteys voi käyttää AC-lähtökupariväylää kolmivaiheisen vaihtovirran siirtämiseen. Kupariväylän suunnittelussa on otettava huomioon alhainen vastus ja suuri virrankantokyky.
9. Resolverianturin liitäntä: Moottorin asentosignaalin antaa yleensä resolverianturi, joka on kytkettävä vastaavaan moottoriohjaimen liitäntään.
10. Virta-anturin integrointi: Virta-anturi on yleensä integroitu moottoriohjaimen sisään mittaamaan moottorin virtaa. Hall-efektiantureita tai onttoja rei'itettyjä antureita voidaan käyttää.
Näiden komponenttien yhteistyö varmistaa, että moottorin ohjain pystyy ohjaamaan tarkasti sähköajoneuvon moottoria ja varmistamaan samalla järjestelmän turvallisuuden ja luotettavuuden.
MCU koostuu pääasiassa seuraavista moduuleista:
1. Mikro-ohjain: Mikro-ohjaimen ydintoiminto on ohjata jännitelähdeinvertteriä (VSI) akusta saadun tehon muuntamiseksi vaadittuun tehomuotoon. Se vastaanottaa kuljettajan kaasusignaalin pääohjaustulona ja ohjaa nopeutta ja vääntömomenttia säätämällä pulssinleveysmodulaatiopulssin (PWM) käyttöjaksoa. Mikrokontrolleriin toteutettu kenttävektoriohjaus (FOC) varmistaa tehokkaan ja nopean moottorin ohjauksen.
2. Voltage Source Inverter (VSI): VSI on vastuussa tasavirran muuntamisesta vaihtovirtalähteeksi moottorin käyttämiseksi. VSI:n toteuttamiseen käytetään yleensä kuutta MOSFETiä, ja joskus MOSFETien rinnakkaisia yhdistelmiä käytetään lisäämään nykyistä kapasiteettia.
3. Vaihevirran tunnistus: Hall-ilmiöpohjaisia virtaantureita käytetään moottorin vaihevirran tunnistamiseen tarkan ohjauksen varmistamiseksi. Kahta virtaanturia käytetään yleensä tunnistamaan kaksi vaihevirtaa, ja kolmas vaihevirta johdetaan näistä kahdesta.
4. Virtalähde: MCU:n sisäänrakennetut anturit vaativat asianmukaisen virtalähteen. Lisäksi mikrokontrolleri, moottorin lämpötila-anturi ja asennon takaisinkytkentäanturi vaativat myös eritasoisia virransyöttöä. Teholähdeosa muuntaa kiinteän tasajännitteen vaadituiksi eri jännitetasoiksi.
5. Gate Driver: Hilaohjainpiiriä käytetään vahvistamaan mikro-ohjaimen tuottamien PWM-pulssien jännitetasoa tehokkaan signaalinsiirron varmistamiseksi.
6. CAN-lähetin-vastaanotin: CAN-lähetin-vastaanotinta käytetään CAN-väylän kautta lähetettyjen tietojen ohjaamiseen ja havaitsemiseen. Se muuntaa ohjaimen käyttämän yksipäisen logiikan differentiaalisignaaliksi, joka lähetetään CAN-väylällä.
7. Asennon takaisinkytkentäanturi: Nämä anturit antavat moottorin roottorin sijaintitiedot ja ovat välttämättömiä tarkan vektoriohjauksen saavuttamiseksi. Näiden takaisinkytkentäsignaalien tuottamiseen käytetään yleensä koodereita tai resolver-antureita.
8. Lämpötila-anturi: Lämpötila-anturia käytetään valvomaan moottorin ja säätimen lämpötilaa järjestelmän turvallisen toiminnan varmistamiseksi ja ylikuumenemisen estämiseksi.
Näiden moduulien yhteistyö varmistaa, että moottorin ohjain pystyy ohjaamaan moottoria tehokkaasti ja tarkasti varmistaen samalla järjestelmän vakauden ja turvallisuuden.