Блог автолаборатории ЭЛЕКТРОМЭН

Инвертор – компонент, от которого во многом зависит комфорт вождения и экологичность гибридного автомобиля. В статье блога Электромэн рассматриваем компоненты, принцип действия и разновидности этого устройства.

Что такое инвертор

Инвертор в гибридном автомобиле преобразует постоянный ток (DC) от батареи в переменный ток (AC) для питания электродвигателя и наоборот. Он служит связующим звеном, контролируя направление и величину тока.

При разгоне инвертор подает максимальную мощность на электродвигатель, помогая ДВС. При торможении или замедлении инвертор переключается в режим рекуперации, чтобы электродвигатель работал как генератор и заряжал батарею.

Без инвертора функционирование гибридной силовой установки невозможно, так как высоковольтная батарея вырабатывает постоянный ток, а электродвигатели работают на переменном токе.

Как работает инвертор в гибридных автомобилях

Устройство состоит из нескольких компонентов:

• Силовые полупроводниковые ключи. Управляемые электронные переключатели, преобразующие постоянный ток в переменный, и наоборот. Они работают на частоте от 10 до 20 кГц.
• Конденсаторы и дроссели. Сглаживают пульсации тока и напряжения, возникающие при переключении. Они отвечают за стабильность работы инвертора и снижают уровень электромагнитных помех.
• Система управления. Микропроцессорный блок задает алгоритм работы инвертора на основе сигналов от датчиков и команд от блока управления гибридной системой. Он регулирует частоту и скважность (отношение времени включенного состояния к периоду) импульсов, подаваемых на силовые ключи, тем самым изменяя параметры выходного тока и напряжения.

Принцип действия инвертора основан на широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Силовые ключи попеременно включаются и выключаются с высокой частотой, формируя на выходе переменный ток заданной амплитуды и частоты. Изменяя скважность импульсов, можно плавно регулировать среднее значение выходного напряжения и тока.

В режиме разгона инвертор повышает частоту и амплитуду тока, подаваемого на электродвигатель, увеличивая его крутящий момент и мощность. В режиме рекуперации инвертор гибридного автомобиля работает как выпрямитель, преобразуя переменный ток от мотор-генератора и электродвигателя в постоянный для заряда батареи.

Разработки в области гибридных инверторов включают использование карбида кремния (SiC) и нитрида галлия (GaN) вместо традиционного кремния для силовых ключей. Полупроводниковые материалы обладают лучшей теплопроводностью, меньшими потерями на переключение и позволяют повысить рабочие частоты до 50-100 кГц.

Основные типы инверторов

В гибридных автомобилях применяются два основных типа инверторов – автономные и сетевые:

• Автономные инверторы рассчитаны на работу в пределах гибридной силовой установки и не предназначены для питания внешних потребителей. Мощность варьируется от 15-20 кВт для легковых автомобилей. Автономные инверторы отличаются компактностью, КПД до 98% и способностью работать в диапазоне напряжений от 100 до 600 В.
• Сетевые инверторы, помимо функций в гибридной системе, могут работать параллельно с внешней электросетью, отдавая излишки энергии или заряжая батарею от сети. Такие инверторы применяются в подключаемых гибридах (PHEV) и имеют дополнительные цепи синхронизации и защиты. Их мощность доходит до 50-100 кВт, что позволяет использовать автомобиль как резервный источник питания.

Некоторые отличия могут быть в размещении инвертора и его системы охлаждения. Инвертор может иметь собственный контур охлаждения, отдельный от ДВС, либо объединяться с системой охлаждения двигателя. В отдельных гибридных моделях устанавливается не один, а два инвертора – для каждого электромотора.

Инверторы для гибридных автомобилей могут плавно регулировать мощность электродвигателя в диапазоне от нуля до максимума, обеспечивать рекуперативное торможение с КПД до 80%, поддерживать оптимальный заряд батареи и минимизировать потери энергии. В зависимости от поколения и марки гибрида могут отличаться принципы управления инвертором для оптимизации расхода топлива и снижения выбросов.

Резюмируем

Инвертор – компонент гибридной установки, от которого зависит эффективная работа всей двигательной системы.

О том, каким неисправностям подвержено устройство и как их устранять, расскажем в следующей статье. А при возникновении неполадок обращайтесь к специалистам сервиса автоэлектрики Электромэн.