Инвертор: постоянный ток в три фазы и обратно
Батарея даёт постоянный ток, а мотор-генераторам нужен трёхфазный переменный, да ещё с точно заданными силой и частотой. Эту работу делает силовой блок — металлический корпус рядом с двигателем, к которому подходят оранжевые кабели от батареи и от MG1 и MG2. Внутри под одной крышкой собраны два инвертора (свой у каждого мотор-генератора), повышающий преобразователь и преобразователь 12 В. Командует ими блок управления гибридной системой: он решает, какой момент нужен от MG1 и MG2, а плата силового блока превращает это в импульсы для ключей.
| Узел силового блока | Что делает |
|---|---|
| Инвертор MG1 | Чаще выпрямляет ток MG1-генератора, при пуске двигателя крутит MG1 как стартер |
| Инвертор MG2 | Делает из постоянного тока три фазы для тяги, при торможении выпрямляет ток обратно |
| Повышающий преобразователь | Поднимает напряжение батареи для инверторов и понижает его при зарядке (урок 4.3) |
| Преобразователь DC-DC | Питает бортовую сеть 12 В вместо генератора (урок 4.4) |
| Датчики и плата управления | Токи фаз, температура ключей, напряжения; импульсы для ключей и защита |
Шесть ключей и ШИМ
Инвертор — это трёхфазный мост из шести силовых транзисторов, по два на фазу: верхний подключает фазу к плюсу, нижний — к минусу. Рядом с каждым транзистором стоит диод. Транзисторы работают только как ключи: либо полностью открыты, либо закрыты. Синусоиду получают широтно-импульсной модуляцией (ШИМ): период импульсов постоянный, а время, на которое ключ открыт, плавно меняется. Обмотка мотора сглаживает импульсы, и ток в ней получается почти синусоидальным.
Моменты переключения блок привязывает к сигналу датчика положения ротора, а датчики тока на двух фазах проверяют результат (ток третьей фазы вычисляется: сумма трёх токов равна нулю). Если ток не совпадает с заданным, блок поправляет импульсы, а при явной неисправности выключает ключи.
Три способа управления
| Обороты мотора | Способ | Зачем |
|---|---|---|
| Малые | Синусоидальная ШИМ | Самый плавный момент, ток почти идеальная синусоида |
| Средние | Изменяемая ШИМ (перемодуляция) | Больше напряжения на обмотке — больше мощности |
| Высокие | Прямоугольное управление: один импульс за полупериод | Максимум мощности, когда напряжение обмотки уже почти равно напряжению питания |
Сканер показывает способ управления и частоту ключей в списке параметров. Тонкий свист силового блока, который меняется со скоростью, — это звук переключения ключей, а не неисправность.
Генератор и нулевой момент
При торможении ротор MG2 крутят колёса, магниты наводят в обмотках переменное напряжение, и ток идёт обратно через диоды моста — выпрямляется в постоянный и заряжает батарею. Бывает и третий режим: машина вращается, но не должна ни тянуть, ни тормозить. Тогда инвертор подаёт встречное напряжение, равное наведённому, и тока в обмотках нет.
Инвертор сам себя защищает, как автомат в щитке: при перегрузке по току, перенапряжении или отказе цепи плата запирает ключи неисправной машины. И в обычной жизни: на стоянке в N ключи MG1 и MG2 закрыты — момента на колёсах нет.
Задания в 3D-модели
В интерактивном уроке 4 задания выполняются в учебной 3D-модели, модель сама проверяет результат:
- Найдите инвертор MG2
- Найдите датчики тока и температуры
- Включите «Разгон» с педалью 100 % и дождитесь прямоугольного управления: частота ключей инвертора MG2 упадёт ниже 1,5 кГц
- Выберите режим «Только 12 В»: машина стоит, ключи инверторов закрыты, ток фазы MG2 — ноль
Проверьте себя
В конце интерактивного урока — проверка из 3 вопросов. Прогресс сохраняется в браузере.
В атласе
Уроки модуля «Мотор-генераторы и силовой блок»
- 4.1. Два мотор-генератора: MG1 и MG2
- 4.2. Инвертор: постоянный ток в три фазы и обратно
- 4.3. Повышающий преобразователь: VL и VH
- 4.4. DC-DC, охлаждение и разряд после READY OFF
- 4.5. Разбор случаев: силовой блок и мотор-генераторы