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電機及控制在42V車用系統(tǒng)上的應(yīng)用(一體化起動/發(fā)電機系統(tǒng))


&振動篩粉機nbsp;&nb震動落砂機sp; 當(dāng)今汽車技術(shù)發(fā)展的一個主要趨勢就是從14V系統(tǒng)到42V系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。由于汽車內(nèi)電器的不斷增加,在未來幾年內(nèi),其總功率將達到并超過3KW水平Fu刮板輸送機。 TD、D型斗提機 &XZS系列旋振篩nbsp;&nbs雙級破碎機p; 考慮到安全及經(jīng)濟性,42V系統(tǒng)成為一個理想的選擇。之所以選擇42V,是因為人體所能接觸的安全電壓的上限是直流60V。在考慮到電壓波動的裕量后,42V成為一個很優(yōu)化的選擇。采用這一電壓,首先可以免去額外的絕緣設(shè)計,從而降低成本。其次,傳輸同樣的直流功率,電流只有14V系統(tǒng)的三分之一,從而減低了電機及電力元件的電流負荷,也使導(dǎo)線及功率元件的傳輸損耗降低為原來的近九分之一,從而可以減小導(dǎo)線截面積以降低重量。從另一個角度說,在保持同樣電流負荷重型錘式破碎機的情下,傳輸功率會提高到原來的三倍。 煤炭破碎機; &n擋邊輸送帶bsp; 斗式鏈?zhǔn)教嵘龣C;&nbs生產(chǎn)設(shè)備p; 42V系統(tǒng)的應(yīng)用將影響整個汽車電器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特性。其中幾個主要的變化將鑄石刮板輸送機是一體化起動/發(fā)電機,直流/直流轉(zhuǎn)換器和電助力方向盤控制。 &喂料機nbsp;雙螺旋給料機  大傾角波紋擋邊輸送機; 一體化起動/發(fā)電機系統(tǒng) (ISA:Integrated Starter/Alternator)     一體化起動/發(fā)電機系統(tǒng)是42V系統(tǒng)中的一個熱點。之所以整合汽車的起動電機和發(fā)電機成為一個一體的雙用途電機,是因為汽車內(nèi)電器的功率要求。一般家用汽車的起動電機功率在3KW左右,而發(fā)電機功率在1KW。但隨嗬汽車內(nèi)電器的日益增多,發(fā)電機功率將在不久的將來達到3KW的水平。因此使一體化成為可能。另外,由于起動與發(fā)電是兩個相互獨立的過程,因而如將這兩種電機一體化,材料利用率將提高,前機蓋下的可利用空間也將可提高。不僅如此,傳統(tǒng)發(fā)電機的效率很低,大約為50%到60%。而一體化電機在發(fā)電機狀態(tài),其效率可達80%。     另外,這一技術(shù)可以實現(xiàn)發(fā)動機的起停控制,提高燃油效率。就是說,當(dāng)汽車在交通燈前停止時,關(guān)閉發(fā)動機。在起動時,先由起動機帶動發(fā)動機達到一定轉(zhuǎn)速,再給發(fā)動機點火。由于發(fā)動機在從零轉(zhuǎn)速達到額定的加速過程中是燃油效率最低,燃燒最不充分的,因而,采取這一措施會提高燃油效率并降低污染。      一體化起動/發(fā)電機的另一個特點是可再生制動。即在制動過程中,將機械能轉(zhuǎn)化為電能給蓄電池充電,從而提高發(fā)動機效率  這一設(shè)計的主要挑戰(zhàn)來自兩個方面。一方面是電機設(shè)計,一方面是功率驅(qū)動及控制。     1. 電機設(shè)計     在電機設(shè)計上,首先的問題是選用何種電機。眾所周知,電機的設(shè)計要么基于電動機運行,要么基于電機運行。要折衷設(shè)計出一個電機來完成電動與發(fā)電功能,優(yōu)化設(shè)計是關(guān)鍵。     當(dāng)前主要有四種電機可作為候選。     第一種是永磁無刷直流機。它單位體積輸出功率高、體積小、起動轉(zhuǎn)矩大。問題一是轉(zhuǎn)矩脈動,二是需要較貴的位置傳感器,三是永磁材料成本高,且在短路或重載運行時會去磁。     第二種電機是異步機。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,維護簡便, 控制技術(shù)成熟。缺點是體積大,功率調(diào)速范圍窄,而且起動電流大,因而對逆變器功率元件要求較高。     第三種電機是永磁同步電機。它的特點是控制靈活、調(diào)速范圍寬、力矩波動小。缺點一是永磁材料會在重載下去磁, 二是驅(qū)動控制系統(tǒng)成本高。     最后一種電機是開關(guān)磁阻電機。優(yōu)點是高速性能優(yōu)越,結(jié)構(gòu)簡單,相間耦合小,可以缺相運行。缺點是噪音高,驅(qū)動電路特殊,成本高。     從當(dāng)前的應(yīng)用現(xiàn)狀看,日本汽車廠家多采用永磁無刷直流機;大部份美國廠家選用異步機;而在歐洲,兩種電機都有應(yīng)用。當(dāng)然,另外兩種電機也處于很活躍的試驗研究階段。最終的電機選擇將依賴于功率等級、電機及驅(qū)動電路的成本,電機與發(fā)動機的耦合方式,以及系統(tǒng)性能的全面考慮。     2. 功率驅(qū)動及控制     一體化起動/發(fā)電機(ISA)系統(tǒng)包括電機與相關(guān)的驅(qū)動與控制系統(tǒng),如圖2所示。功率驅(qū)動是連接蓄電池與電機的界面。它實現(xiàn)直流與交流之間的能量轉(zhuǎn)換。     對于一體化起動/發(fā)電機系統(tǒng),功率驅(qū)動是一個更嚴峻的挑戰(zhàn)。由于驅(qū)動及控制系統(tǒng)占整個一體化起動/發(fā)電機系統(tǒng)價格的60%到90%。因此,對于對價格非常敏感的汽車工業(yè),在滿足性能要求的基礎(chǔ)上,降低成本成為一個贏得市場的關(guān)鍵。     從性能及導(dǎo)熱設(shè)計的角度,功率元件的尺寸越大越好。而從價格上看,當(dāng)然晶片的尺寸越小越經(jīng)濟。所以,功率驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計至關(guān)重要。     在汽車應(yīng)用中,由于直流總線的電壓是42V,因此對于這一大電流小電壓的應(yīng)用領(lǐng)域,MOSFET是當(dāng)然的選擇。然而,因為前機蓋下的工作溫度在 到+ 之間,這對MOSFET提出了非常高的要求。同時,由于電機的頻繁起停和負載變化,瞬態(tài)電流會達到穩(wěn)態(tài)電流的幾倍。因此,對元件的過流能力及散熱設(shè)計都要有較高要求。     此外,MOSFET的導(dǎo)通電阻要盡量減低以達到降低導(dǎo)通損耗的目的。而導(dǎo)通電阻和擊穿電壓成反比,因而,MOSFET的擊穿電壓要盡量低。但是,電路中的雜散電感會在MOSFET關(guān)斷過程中引起電壓過沖而使MOSFET工作于雪崩狀態(tài),從而使開關(guān)損耗增加。因而,從減低開關(guān)損耗的角度看,擊穿電壓要高才好。將這兩個要求折衷考慮,擊穿電壓75V到100V的MOSFET為較優(yōu)化的選擇。     另外,散熱及可靠性也都須在元件選擇及系統(tǒng)設(shè)計中給以考慮。不僅如此,在這一應(yīng)用中,采用單一的大尺寸MOSFET成本較高。為降低價格,常采用小尺寸MOSFET并聯(lián)以滿足功率要求,所以,元件間要有很好的參數(shù)一致性,并且要合理布局電路來均布雜散電感,以防負荷不均勻引起元件損壞。     國際整流器(IR)公司針對這一應(yīng)用設(shè)計了幾種MOSFET,例如 IRBT2907,IRFB3808及更新型的針對汽車應(yīng)用設(shè)計的溝道形MOSFET。這些產(chǎn)品的共同特點是:極低的導(dǎo)通電阻(Rdson),以滿足低導(dǎo)通損耗的要求;極小的開關(guān)時間,以減低開關(guān)損耗。同時,為降低及有效控制雜散電感,IR也提供模塊解決方案。如圖3所示,兩個并聯(lián)的MOSFET芯片構(gòu)成一個開關(guān),其驅(qū)動電路則與其緊湊的設(shè)計在一起。這一開關(guān)可承受600A的峰值電流。       除了對功率元件的要求外,一體化起動/發(fā)電機也對控制系統(tǒng)提出了較高的要求。首先,電機要能在寬廣范圍內(nèi)平滑調(diào)速,并實現(xiàn)功率控制。同時,作為發(fā)電機運行時,要同時具有穩(wěn)定42V直流總線電壓的功能;其次,要有完善的保護功能,以達到汽車工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn);最后還要嚴格控制價格,例如,去掉昂貴的位置傳感器,利用電流、電壓信號實現(xiàn)無位置傳感器控制,從而減低成本。  電助力方向盤控制(EPAS-Electric Power Assistant Steering)     傳統(tǒng)的助力方向盤系統(tǒng)是液壓系統(tǒng),所以即使沒有任何轉(zhuǎn)向動作,液壓泵也要始終工作。因此,發(fā)動機損耗增加,燃油效率降低。而電助力方向盤系統(tǒng)則很好的解決了這一問題。當(dāng)方向盤動作時,位置或轉(zhuǎn)矩信號通過傳感器送到控制單元(MCU),控制單元控制逆變器以驅(qū)動無刷直流電機或開關(guān)磁阻電機帶動車輪轉(zhuǎn)動。而當(dāng)方向盤靜止時,電機停止,沒有任何能量損耗。發(fā)動機燃油效率因此提高。     這一系統(tǒng)與一體化起動/發(fā)電機的驅(qū)動很接近,只是控制是點位控制不是速度控制,且功率級別要低得多。    由于電機在這一系統(tǒng)中工作于頻繁起停的狀態(tài),瞬態(tài)電流會因為雜散電感的影響而引起很高的電壓過沖。所以,如用離散元件設(shè)計的逆變器,電路板和連線要小心安排以降低雜散電感。如果對性能有更高的要求,將功率驅(qū)動部份作成模塊是一個很好的解決方案。    圖6示出了IR設(shè)計的助力方向盤系統(tǒng)  圖7示出了一個典型的電機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)     由于這一應(yīng)用的電流較低,很多新的電力電子技術(shù)已被應(yīng)用于這一領(lǐng)域。其一是智能開關(guān)(IPS - Intelligent Power Switch),它將多種保護和診斷功能集成在同一芯片上,從而使其可靠性大大提高;其二是帶溫度感應(yīng)及電流感應(yīng)功能的MOSFET,例如HEXSENSE。它可以直接反饋和電流成正比的電壓信號,從而省去了昂貴的電流傳感器。     不僅是上面所提到的幾個系統(tǒng),其他的汽車電器系統(tǒng)也都在向42V轉(zhuǎn)換,例如防抱閘系統(tǒng)(ABS)。動態(tài)懸掛系統(tǒng)(EAS-Electric Active Suspension)。發(fā)動機的電磁閥控制(EMV-Electromechanical Engine Valves), 而所有這些轉(zhuǎn)換都和電力電子技術(shù)緊密相連。     需要說明的是,一體化電機系統(tǒng)及整個42V系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用不僅取決于系統(tǒng)安全性、舒適性及燃油效率的提高,還取決于與傳統(tǒng)技術(shù)相比其價格的可比性。對于消費者來講,汽車內(nèi)部的電器系統(tǒng)是14V還是42V無關(guān)緊要,性能價格比才是一個重要因素。所以,降低功率元件的成本將對這一新系統(tǒng)的實際應(yīng)用起到重要作用。

 

相關(guān)產(chǎn)品

單齒輥破碎機
單齒輥破碎機主要用在選礦或石料廠、電廠的粗碎和中碎作業(yè)中。
大型破碎機
大型破碎機有多種結(jié)構(gòu)型式,工作原理是相同的,即通過動顎的周期性運動來破碎物料。
可伸縮帶式輸送機
DSJ可伸縮帶式輸送機(礦用帶式輸送機)主要用于綜合機械化采煤工作面的順槽運輸,也可以用于一般采煤工作面的順槽和巷道掘進運輸系統(tǒng)。
超細破碎機
超細破碎機簡稱超細破,運行性能穩(wěn)定可靠,工藝簡化,結(jié)構(gòu)簡單,維修方便。生產(chǎn)能力大,錘頭使用壽命長。
絞龍輸送機
絞龍輸送機是一種固定裝置的機械輸送設(shè)備,絞龍輸送機適用于糧食油料飼料等顆粒狀或粉狀物料的垂直或大傾斜輸送。
重錘破碎機
重錘破碎機又俗稱方箱破碎機,適用于破碎各種脆性材料的礦物。被破碎物料為煤、鹽、白亞、石膏、明礬、磚、瓦、石灰石等。
反擊錘式破碎機
反擊錘式破碎機吸收了錘式與反擊式破碎機的優(yōu)點,克服了各自的缺點,推向市場以后深得用戶好評。反擊錘式破碎機可以破碎抗壓強度不超過 200Mpa 的各種物料,適于進行粗、中、細碎作業(yè),處理粘濕物料也不易堵塞。
圓錐破碎機
圓錐破碎機廣泛用于礦山的二級三級或四級破碎。
立式復(fù)合破碎機
具有破碎比大、能耗小、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、操作維修方便等特點。
移動破碎機
移動破碎機既是移動破碎站,是可流動性的石料破碎作業(yè),可以看做是一種簡易的石料生產(chǎn)線,廣泛用于鐵路、公路、建筑、水利、冶金等行業(yè)。
顎式破碎機工作原理
顎式破碎機是利用兩顎板對物料的擠壓和彎曲作用 ,粗碎或中碎各種硬度物料的破碎機械。
雙齒輥破碎機
2PGC雙齒輥破碎機適用于燒結(jié)礦、煤炭、水泥、硅酸鹽、玻璃、陶瓷等行業(yè),適于中等硬度以下脆性物料的破碎,主要用于礦石的中細碎作業(yè)。
顎式破碎機
顎式破碎機廣泛運用于礦山、冶煉、建材、公路、鐵路、水利和化學(xué)工業(yè)等眾多部門,破碎抗壓強度不超過320兆帕的各種物料。
破碎機械
破碎機械設(shè)備一般常用于礦山,冶金行業(yè),選礦也應(yīng)用于煤,建筑材料、硅酸鹽和陶瓷等工業(yè)部門。
破碎機設(shè)備
破碎機設(shè)備適用于破碎中硬物料,如水泥廠的石灰石破碎機,具有生產(chǎn)能力大,出料粒度小的優(yōu)點。
管式螺旋輸送機
管式螺旋輸送機是利用螺旋旋轉(zhuǎn)而推移物料的連續(xù)輸送設(shè)備,適用輸送面粉、谷類、水泥、化肥、灰渣、沙子、石子、煤粉、小塊煤等物料。
煤破碎機
SP-400濕煤破碎機適用于煤炭、電力、科研等行業(yè)和部門破碎干燥或含有大于15%分的煤炭、礦石、巖石或其它 中等硬度物料。
管鏈?zhǔn)捷斔蜋C
管鏈?zhǔn)捷斔蜋C是輸送粉狀、小顆粒狀及小塊狀等散狀物料的連續(xù)輸送設(shè)備,在密閉管道內(nèi),以鏈片為傳動構(gòu)件帶動物料沿管道運動。
反擊式破碎機
反擊式破碎機產(chǎn)品配置在粗破碎機后,可破碎抗壓強度不超過320兆帕的礦石、巖石、具有處理量大、排料細的特點。
立軸式破碎機
立軸式破碎機是綜合國內(nèi)外同類破碎機技術(shù),有沖擊破與錘破的優(yōu)點,主要用于中、小型破碎水泥生料、熟料,用于建筑用砂、鐵礦石、砂巖、石膏、煤矸石、塊煤等其它中硬礦石的破碎。
刮板輸送機鏈條
刮板輸送機鏈條是刮板輸送機的主要工作部件,輸送物料時,運動中的鏈條和刮板作為一個整體,在封閉的殼體內(nèi)帶動物料完成輸送,根據(jù)輸送物料的要求,選擇適合于不同刮板要求的鏈條
立軸破碎機
立軸破碎機用于破碎各種中硬且磨蝕性弱的物料。
刮板式輸送機
刮板式輸送機系列產(chǎn)品廣泛適用于冶金、建材、電力、化工、水泥、港口、碼頭、煤炭、礦山、糧油、食品、飼料、等行業(yè)和部門。
立式破碎機
立式破碎機是結(jié)合國內(nèi)外預(yù)破碎技術(shù),對主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計研制而成,主要用于中、小型水泥廠破碎水泥熟料或原料(石灰石)。
礦石破碎機
礦石破碎機可廣泛運用于礦山、冶煉、建材、公路、鐵路、水利和化學(xué)工業(yè)等眾多部門。
復(fù)合式破碎機
復(fù)合破碎機用于破碎各種中硬礦石,可廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、耐材、水泥、煤炭、玻璃、陶瓷、電力等行業(yè)。
粉體輸送機
管鏈?zhǔn)椒垠w輸送機是輸送粉狀、小顆粒狀及小塊狀等散狀物料的連續(xù)輸送設(shè)備,可以水平、傾斜和垂直組合輸送。廣泛應(yīng)用于化工,化纖,農(nóng)藥礦石,食品工業(yè),建筑材料等到行業(yè)。
復(fù)合破碎機
復(fù)合破碎機用于破碎各種中硬礦石,可廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、耐材、水泥、煤炭、玻璃、陶瓷、電力等行業(yè)。
粉料輸送機
螺旋粉料輸送機輸送能力大,運距長,螺旋粉料輸送機還可在輸送過程中同時完成若干工藝操作,所以螺旋粉料輸送機應(yīng)用十分普遍。
對輥式破碎機
對輥式破碎機適用于冶金、建材、耐火材料等工業(yè)部門破碎中、高等硬度的物料。
對輥破碎機
對輥破碎機適用于在水泥、化工、電力、礦山、冶金、建材、耐火材料、煤礦等行業(yè)脆性塊狀物料的粗,中級破碎。
直通沖擊式破碎機
直通沖擊式破碎機,簡稱沖擊破,俗稱制砂機,是一種低耗沖擊破,
顎式碎石機
顎式碎石機屬于鐵礦石破碎機,是常用小型碎石機,廣泛地在冶金、化工、建材、電力、交通等工業(yè)部門,用于破碎抗壓強度在147~245MPa的各種礦石和巖石的粗、中、細碎。
沖擊破碎機
立軸式?jīng)_擊破碎機具有工作穩(wěn)定可靠、維修方便、制砂率高等特點。
齒輥式破碎機
雙齒輥式破碎機適用于煤炭、冶金、礦山、化工、建材等行業(yè)更適用于大型煤礦或選煤廠原煤(含矸石)的破碎。
齒輥破碎機
齒輥破碎機適用于煤炭、冶金、礦山、化工、建材等行業(yè)更適用于大型煤礦或選煤廠原煤(含矸石)的破碎。
重型錘式破碎機
重型錘式破碎機具有運行成本低,配套功率小,生產(chǎn)成本低,喂料粒度大,破碎比大,產(chǎn)品粒度小等優(yōu)點,是礦山界廣泛使用的破碎設(shè)備。
斗提
TD、D型斗提機適用于垂直輸送粉狀、粒狀及小塊狀的磨琢性較小的散狀物料,如糧食、煤、水泥、碎礦石等,提升高度可高達40m,其特點為:結(jié)構(gòu)簡單,運行平穩(wěn),挖取式裝料,離心式卸料,物料溫度不超過60℃。
大傾角帶式輸送機
大傾角帶式輸送機是能大量節(jié)省設(shè)備占地面積,徹底解決了普通、花紋帶式輸送機所不能達到的輸送角度,從水平到傾斜(或垂直)能平穩(wěn)過渡且能耗低,結(jié)構(gòu)簡單,維修方便的輸送機。
大傾角波狀擋邊輸送機
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CZ系列倉壁振動器
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慣性振動器(ZG)
ZG慣性振動器廣泛用來作為各種振動機械(如振動給料機、振動輸送機、振動篩分機、振動落砂機、振動破碎機、振動提升機、振動試驗臺等)的激振源
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振動電機礦山、鑄造、冶金、煤炭、電力、糧食、港口、化工、建材、機械、陶瓷等工業(yè)部門的理想配套設(shè)備

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