Spolužitie ľudí so životným prostredím a trvalo udržateľný rozvoj globálnej ekonomiky vyvolávajú v ľuďoch túžbu hľadať nízkoemisný a zdrojovo efektívny spôsob dopravy a používanie elektrických vozidiel je nepochybne sľubným riešením.
Moderné elektrické vozidlá sú komplexné produkty, ktoré integrujú rôzne high-tech technológie, ako je elektrina, elektronika, mechanické ovládanie, materiálové vedy a chemické technológie.Celkový prevádzkový výkon, hospodárnosť atď. v prvom rade závisí od systému batérie a systému riadenia pohonu motora.Systém pohonu motora elektrického vozidla sa vo všeobecnosti skladá zo štyroch hlavných častí, konkrétne z ovládača.Výkonové meniče, motory a snímače.V súčasnosti motory používané v elektrických vozidlách vo všeobecnosti zahŕňajú jednosmerné motory, indukčné motory, spínané reluktančné motory a bezkomutátorové motory s permanentnými magnetmi.
1. Základné požiadavky elektrických vozidiel na elektromotory
Prevádzka elektrických vozidiel je na rozdiel od všeobecných priemyselných aplikácií veľmi zložitá.Preto sú požiadavky na pohonný systém veľmi vysoké.
1.1 Motory pre elektrické vozidlá by mali mať vlastnosti veľkého okamžitého výkonu, silného preťaženia, koeficientu preťaženia 3 až 4), dobrého zrýchlenia a dlhej životnosti.
1.2 Motory pre elektrické vozidlá by mali mať široký rozsah regulácie rýchlosti vrátane oblasti konštantného krútiaceho momentu a oblasti konštantného výkonu.V oblasti konštantného krútiaceho momentu je potrebný vysoký krútiaci moment pri jazde nízkou rýchlosťou, aby sa splnili požiadavky na rozbeh a stúpanie;v oblasti konštantného výkonu je potrebná vysoká rýchlosť, keď sa vyžaduje nízky krútiaci moment na splnenie požiadaviek vysokej rýchlosti jazdy na rovných cestách.Vyžadovať.
1.3 Elektromotor pre elektrické vozidlá by mal byť schopný realizovať rekuperačné brzdenie, keď vozidlo spomaľuje, rekuperovať a vracať energiu späť do batérie, aby malo elektrické vozidlo najlepšiu mieru využitia energie, akú nemožno dosiahnuť vo vozidle so spaľovacím motorom. .
1.4 Elektromotor pre elektrické vozidlá by mal mať vysokú účinnosť v celom prevádzkovom dosahu, aby sa zlepšil dojazd na jedno nabitie.
Okrem toho sa tiež vyžaduje, aby elektromotor pre elektrické vozidlá mal dobrú spoľahlivosť, mohol pracovať dlhú dobu v drsnom prostredí, mal jednoduchú konštrukciu a bol vhodný na hromadnú výrobu, mal nízku hlučnosť počas prevádzky, ľahko sa používal a udržiavať a je lacný.
2 Typy a spôsoby ovládania elektromotorov pre elektrické vozidlá
2,1 DC
Motory Hlavnými výhodami kartáčovaných jednosmerných motorov sú jednoduché ovládanie a vyspelá technológia.Má vynikajúce riadiace vlastnosti, ktorým sa nevyrovnajú AC motory.V prvých vyvinutých elektrických vozidlách sa väčšinou používajú jednosmerné motory a dokonca aj teraz sú niektoré elektrické vozidlá stále poháňané jednosmernými motormi.Existencia kief a mechanických komutátorov však obmedzuje nielen ďalšie zlepšovanie preťažiteľnosti a rýchlosti motora, ale vyžaduje aj častú údržbu a výmenu kief a komutátorov pri dlhšom chode.Okrem toho, keďže dochádza k strate na rotore, je ťažké odvádzať teplo, čo obmedzuje ďalšie zlepšenie pomeru krútiaceho momentu motora k hmotnosti.Vzhľadom na uvedené nedostatky jednosmerných motorov sa jednosmerné motory v novovyvinutých elektrických vozidlách v zásade nepoužívajú.
2.2 AC trojfázový indukčný motor
2.2.1 Základný výkon AC trojfázového indukčného motora
AC trojfázové indukčné motory sú najpoužívanejšie motory.Stator a rotor sú laminované plechmi z kremíkovej ocele a medzi statormi nie sú žiadne zberné krúžky, komutátory a iné komponenty, ktoré sú vo vzájomnom kontakte.Jednoduchá konštrukcia, spoľahlivá prevádzka a odolná.Výkonové pokrytie AC indukčného motora je veľmi široké a rýchlosť dosahuje 12 000 ~ 15 000 ot / min.Môže sa použiť chladenie vzduchom alebo kvapalinou s vysokým stupňom voľnosti chladenia.Má dobrú adaptabilitu na prostredie a dokáže realizovať brzdenie s regeneratívnou spätnou väzbou.V porovnaní s rovnakým výkonom jednosmerného motora je účinnosť vyššia, kvalita je znížená asi o polovicu, cena je lacná a údržba je pohodlná.
2.2.2 Riadiaci systém
AC indukčného motora Pretože AC trojfázový indukčný motor nemôže priamo využívať jednosmerný prúd dodávaný batériou a AC trojfázový indukčný motor má nelineárne výstupné charakteristiky.Preto v elektrickom vozidle, ktoré používa trojfázový indukčný motor na striedavý prúd, je potrebné použiť výkonové polovodičové zariadenie v meniči na premenu jednosmerného prúdu na striedavý prúd, ktorého frekvenciu a amplitúdu je možné nastaviť tak, aby bolo možné ovládať striedavý prúd. trojfázový motor.Existuje hlavne metóda riadenia v / f a metóda riadenia frekvencie sklzu.
Metódou vektorového riadenia sa riadi frekvencia striedavého prúdu budiaceho vinutia AC trojfázového indukčného motora a koncové nastavenie vstupného AC trojfázového indukčného motora, magnetický tok a krútiaci moment rotujúceho magnetického poľa. striedavého trojfázového indukčného motora sú riadené a je realizovaná zmena striedavého trojfázového indukčného motora.Rýchlosť a výstupný krútiaci moment môžu spĺňať požiadavky na charakteristiky zmeny zaťaženia a môžu dosiahnuť najvyššiu účinnosť, takže trojfázový indukčný motor na striedavý prúd môže byť široko používaný v elektrických vozidlách.
2.2.3 Nedostatky
Trojfázový indukčný motor na striedavý prúd Spotreba energie trojfázového indukčného motora na striedavý prúd je veľká a rotor sa ľahko zahrieva.Pri vysokorýchlostnej prevádzke je potrebné zabezpečiť chladenie AC trojfázového indukčného motora, inak dôjde k poškodeniu motora.Účinník striedavého trojfázového indukčného motora je nízky, takže vstupný účinník zariadenia na konverziu frekvencie a konverzie napätia je tiež nízky, preto je potrebné použiť veľkokapacitné zariadenie na konverziu frekvencie a konverzie napätia.Náklady na riadiaci systém trojfázového indukčného motora na striedavý prúd sú oveľa vyššie ako náklady na samotný trojfázový indukčný motor na striedavý prúd, čo zvyšuje náklady na elektrické vozidlo.Okrem toho je slabá aj regulácia otáčok striedavého trojfázového indukčného motora.
2.3 Bezkartáčový jednosmerný motor s permanentným magnetom
2.3.1 Základný výkon bezkomutátorového jednosmerného motora s permanentným magnetom
Bezkomutátorový jednosmerný motor s permanentným magnetom je vysoko výkonný motor.Jeho najväčšou vlastnosťou je, že má vonkajšie charakteristiky jednosmerného motora bez mechanickej kontaktnej štruktúry zloženej z kief.Okrem toho využíva rotor s permanentným magnetom a nedochádza k žiadnej excitačnej strate: vyhrievané vinutie kotvy je inštalované na vonkajšom statore, ktorý ľahko odvádza teplo.Preto bezkomutátorový jednosmerný motor s permanentným magnetom nemá žiadne komutačné iskry, žiadne rádiové rušenie, dlhú životnosť a spoľahlivú prevádzku., ľahká údržba.Jeho otáčky navyše nie sú obmedzené mechanickou komutáciou a pri použití vzduchových ložísk alebo magnetických závesných ložísk dokáže bežať až niekoľko stotisíc otáčok za minútu.V porovnaní so systémom bezkomutátorového jednosmerného motora s permanentným magnetom má vyššiu hustotu energie a vyššiu účinnosť a má dobré vyhliadky na použitie v elektrických vozidlách.
2.3.2 Riadiaci systém bezkomutátorového jednosmerného motora s permanentným magnetom The
typický bezkomutátorový jednosmerný motor s permanentným magnetom je kvázi oddelený vektorový riadiaci systém.Pretože permanentný magnet môže generovať len magnetické pole s pevnou amplitúdou, systém bezkomutátorového jednosmerného motora s permanentným magnetom je veľmi dôležitý.Je vhodný na beh v oblasti konštantného krútiaceho momentu, vo všeobecnosti s použitím regulácie prúdovej hysterézie alebo metódy SPWM typu prúdovej spätnej väzby.Na ďalšie zvýšenie rýchlosti môže bezkomutátorový jednosmerný motor s permanentným magnetom využívať aj riadenie zoslabovania poľa.Podstatou riadenia zoslabovania poľa je posúvať fázový uhol fázového prúdu, aby sa zabezpečil priamy demagnetizačný potenciál na oslabenie väzby toku vo vinutí statora.
2.3.3 Nedostatočnosť
Bezuhlíkový jednosmerný motor s permanentným magnetom Bezuhlíkový jednosmerný motor s permanentným magnetom je ovplyvnený a obmedzený procesom materiálu s permanentnými magnetmi, vďaka čomu je rozsah výkonu bezkomutátorového jednosmerného motora s permanentnými magnetmi malý a maximálny výkon je len desiatky kilowattov.Keď je materiál permanentného magnetu vystavený vibráciám, vysokej teplote a preťaženému prúdu, jeho magnetická permeabilita sa môže znížiť alebo demagnetizovať, čo zníži výkon motora s permanentným magnetom a v závažných prípadoch dokonca poškodí motor.Preťaženie sa nevyskytuje.V režime konštantného výkonu je prevádzka bezkomutátorového jednosmerného motora s permanentným magnetom komplikovaná a vyžaduje zložitý riadiaci systém, čo spôsobuje, že systém pohonu bezkomutátorového jednosmerného motora s permanentným magnetom je veľmi drahý.
2.4 Spínaný reluktančný motor
2.4.1 Základný výkon spínaného reluktančného motora
Spínaný reluktančný motor je nový typ motora.Systém má mnoho zrejmých vlastností: jeho štruktúra je jednoduchšia ako akýkoľvek iný motor a na rotore motora, ale iba na statore, nie sú žiadne zberné krúžky, vinutia a permanentné magnety.Je tu jednoduché koncentrované vinutie, konce vinutia sú krátke a chýba medzifázová prepojka, ktorá sa ľahko udržiava a opravuje.Preto je spoľahlivosť dobrá a rýchlosť môže dosiahnuť 15 000 ot / min.Účinnosť môže dosiahnuť 85% až 93%, čo je viac ako u AC indukčných motorov.Strata je hlavne v statore a motor sa ľahko chladí;rotor je permanentný magnet, ktorý má široký rozsah regulácie otáčok a flexibilné ovládanie, ktorým sa dajú ľahko dosiahnuť rôzne špeciálne požiadavky na charakteristiku momentu a otáčok a zachováva si vysokú účinnosť v širokom rozsahu.Je vhodnejší pre požiadavky na výkon elektrických vozidiel.
2.4.2 Riadiaci systém spínaného reluktančného motora
Spínaný reluktančný motor má vysoký stupeň nelineárnych charakteristík, preto je jeho pohonný systém zložitejší.Jeho riadiaci systém obsahuje menič výkonu.
a.Budiace vinutie spínaného reluktančného motora výkonového meniča, bez ohľadu na dopredný prúd alebo spätný prúd, smer krútiaceho momentu zostáva nezmenený a perióda je komutovaná.Každá fáza potrebuje iba elektrónku vypínača s menšou kapacitou a obvod meniča výkonu je relatívne jednoduchý, bez priameho zlyhania, dobrá spoľahlivosť, ľahko implementovateľný mäkký štart a štvorkvadrantová prevádzka systému a silná regeneračná brzdná schopnosť. .Náklady sú nižšie ako pri invertorovom riadiacom systéme striedavého trojfázového indukčného motora.
b.Ovládač
Regulátor sa skladá z mikroprocesorov, digitálnych logických obvodov a ďalších komponentov.Na základe príkazu zadaného vodičom mikroprocesor analyzuje a spracováva polohu rotora motora, ktorý je spätne odoslaný z detektora polohy a súčasne z detektora prúdu, a robí rozhodnutia v okamihu a vydáva sériu vykonávacích príkazov, aby ovládať spínaný reluktančný motor.Prispôsobte sa prevádzke elektrických vozidiel v rôznych podmienkach.Výkon regulátora a flexibilita nastavenia závisí od výkonovej spolupráce medzi softvérom a hardvérom mikroprocesora.
c.Detektor polohy
Spínané reluktančné motory vyžadujú vysoko presné detektory polohy, ktoré poskytujú riadiacemu systému signály o zmenách polohy, rýchlosti a prúdu rotora motora, a vyžadujú vyššiu spínaciu frekvenciu na zníženie hluku spínaného reluktančného motora.
2.4.3 Nedostatky spínaných reluktančných motorov
Riadiaci systém spínaného reluktančného motora je trochu komplikovanejší ako riadiace systémy iných motorov.Detektor polohy je kľúčovým komponentom spínaného reluktančného motora a jeho výkon má dôležitý vplyv na riadiacu činnosť spínaného reluktančného motora.Pretože spínaný reluktančný motor je dvojnásobne výrazná štruktúra, nevyhnutne dochádza ku kolísaniu krútiaceho momentu a hluk je hlavnou nevýhodou spínaného reluktančného motora.Výskum v posledných rokoch však ukázal, že hluk spínaného reluktančného motora možno úplne potlačiť prijatím rozumnej konštrukcie, výroby a technológie riadenia.
Navyše z dôvodu veľkého kolísania výstupného krútiaceho momentu spínaného reluktančného motora a veľkého kolísania jednosmerného prúdu výkonového meniča je potrebné na jednosmernú zbernicu inštalovať veľký filtračný kondenzátor.Automobily si v rôznych historických obdobiach osvojili rôzne elektromotory, pričom používali jednosmerný motor s najlepším riadiacim výkonom a nižšími nákladmi.S neustálym vývojom technológie motorov, technológie výroby strojov, technológie výkonovej elektroniky a technológie automatického riadenia, AC motory.Bezkomutátorové jednosmerné motory s permanentným magnetom a spínané reluktančné motory vykazujú lepší výkon v porovnaní s jednosmernými motormi a tieto motory postupne nahrádzajú jednosmerné motory v elektrických vozidlách.Tabuľka 1 porovnáva základný výkon rôznych elektromotorov používaných v moderných elektrických vozidlách.V súčasnosti sú náklady na motory na striedavý prúd, motory s permanentnými magnetmi, spínané reluktančné motory a ich ovládacie zariadenia stále relatívne vysoké.Po sériovej výrobe budú ceny týchto motorov a riadiacich zariadení rapídne klesať, čím sa splní požiadavka ekonomických výhod a zníži sa cena elektromobilov.
Čas odoslania: 24. marca 2022