Сравнение на различни двигатели за електрически превозни средства

Съвместното съществуване на човешките същества с околната среда и устойчивото развитие на глобалната икономика карат хората да търсят средства за транспорт с ниски емисии и ефективно използване на ресурсите, а използването на електрически превозни средства несъмнено е обещаващо решение.

Съвременните електрически превозни средства са цялостни продукти, които интегрират различни високотехнологични технологии като електричество, електроника, механично управление, наука за материалите и химически технологии. Цялостната работна производителност, икономичността и т.н. първо зависят от акумулаторната система и системата за управление на моторното задвижване. Моторната задвижваща система на електрическо превозно средство обикновено се състои от четири основни части, а именно контролер. Силови преобразуватели, двигатели и сензори. Понастоящем двигателите, използвани в електрическите превозни средства, обикновено включват двигатели с постоянен ток, индукционни двигатели, двигатели с превключвателно съпротивление и безчеткови двигатели с постоянен магнит.

1. Основни изисквания на електрическите превозни средства за електрически двигатели

Работата на електрическите превозни средства, за разлика от общите индустриални приложения, е много сложна. Следователно изискванията към задвижващата система са много високи.

1.1 Двигателите за електрически превозни средства трябва да имат характеристиките на голяма моментна мощност, силен капацитет на претоварване, коефициент на претоварване от 3 до 4), добро ускоряване и дълъг експлоатационен живот.

1.2 Двигателите за електрически превозни средства трябва да имат широк диапазон на регулиране на скоростта, включително постоянен въртящ момент и постоянна мощност. В областта на постоянния въртящ момент е необходим висок въртящ момент, когато се движи с ниска скорост, за да се изпълнят изискванията за потегляне и изкачване; в областта на постоянната мощност се изисква висока скорост, когато се изисква нисък въртящ момент, за да се изпълнят изискванията за шофиране с висока скорост по равни пътища. Изискване.

1.3 Електрическият двигател за електрически превозни средства трябва да може да реализира регенеративно спиране, когато превозното средство намалява скоростта, да възстановява и да подава енергия обратно към батерията, така че електрическото превозно средство да има най-добрата степен на използване на енергията, която не може да бъде постигната в превозното средство с двигател с вътрешно горене .

1.4 Електрическият двигател за електрически превозни средства трябва да има висока ефективност в целия работен диапазон, така че да се подобри обхватът на движение с едно зареждане.

Освен това се изисква също електрическият двигател за електрически превозни средства да има добра надеждност, да може да работи дълго време в тежка среда, да има проста структура и да е подходящ за масово производство, да има нисък шум по време на работа, да е лесен за използване и се поддържа, и е евтин.

2 Видове и методи за управление на електрически двигатели за електрически превозни средства
2.1 DC
Двигатели Основните предимства на полираните постояннотокови двигатели са просто управление и развита технология. Той има отлични характеристики на управление, несравними с променливотоковите двигатели. В ранно разработените електрически превозни средства се използват предимно DC двигатели и дори сега някои електрически превозни средства все още се задвижват от DC двигатели. Въпреки това, поради наличието на четки и механични комутатори, това не само ограничава по-нататъшното подобряване на капацитета и скоростта на претоварване на двигателя, но също така изисква честа поддръжка и подмяна на четките и комутаторите, ако работи дълго време. Освен това, тъй като загубата съществува на ротора, е трудно да се разсейва топлината, което ограничава по-нататъшното подобряване на съотношението въртящ момент към маса на двигателя. С оглед на горните дефекти на двигателите с постоянен ток, двигателите с постоянен ток основно не се използват в новоразработени електрически превозни средства.

2.2 AC трифазен асинхронен двигател

2.2.1 Основни характеристики на AC трифазен асинхронен двигател

AC трифазните индукционни двигатели са най-широко използваните двигатели. Статорът и роторът са ламинирани със силициеви стоманени листове и няма контактни пръстени, комутатори и други компоненти, които са в контакт един с друг между статорите. Проста структура, надеждна работа и издръжливост. Обхватът на мощността на AC индукционния двигател е много широк и скоростта достига 12000 ~ 15000r/min. Може да се използва въздушно охлаждане или течно охлаждане с висока степен на свобода на охлаждане. Има добра адаптивност към околната среда и може да реализира регенеративно спиране с обратна връзка. В сравнение с DC мотор със същата мощност, ефективността е по-висока, качеството е намалено наполовина, цената е евтина и поддръжката е удобна.

2.2.2 Системата за управление

на променливотоковия асинхронен двигател Тъй като променливотоковият трифазен асинхронен двигател не може директно да използва постоянния ток, доставян от батерията, а променливотоковият трифазен асинхронен двигател има нелинейни изходни характеристики. Следователно, в електрическо превозно средство, използващо променливотоков трифазен асинхронен двигател, е необходимо да се използва силовото полупроводниково устройство в инвертора за преобразуване на постоянен ток в променлив ток, чиято честота и амплитуда могат да се регулират, за да се реализира управлението на променлив ток трифазен двигател. Има основно метод за управление на v/f и метод за контрол на честотата на приплъзване.

С помощта на метода на векторно управление се контролира честотата на променливия ток на възбуждащата намотка на AC трифазния асинхронен двигател и настройката на терминала на входния AC трифазен индукционен двигател, магнитният поток и въртящият момент на въртящото се магнитно поле на променливотоковия трифазен асинхронен двигател се управляват и се осъществява промяна на променливотоковия трифазен асинхронен двигател. Скоростта и изходящият въртящ момент могат да отговорят на изискванията за характеристиките на промяна на натоварването и могат да постигнат най-висока ефективност, така че AC трифазният индукционен двигател да може да се използва широко в електрически превозни средства.

2.2.3 Недостатъци на

AC трифазен индукционен двигател Консумацията на енергия на AC трифазен индукционен двигател е голяма и роторът лесно се нагрява. Необходимо е да се осигури охлаждането на променливотоковия трифазен асинхронен двигател по време на работа с висока скорост, в противен случай двигателят ще се повреди. Факторът на мощността на AC трифазния асинхронен двигател е нисък, така че факторът на входната мощност на устройството за преобразуване на честота и напрежение също е нисък, така че е необходимо да се използва устройство за преобразуване на честота и напрежение с голям капацитет. Цената на системата за управление на AC трифазен асинхронен двигател е много по-висока от тази на самия AC трифазен асинхронен двигател, което увеличава цената на електрическото превозно средство. В допълнение, регулирането на скоростта на променливотоковия трифазен асинхронен двигател също е лошо.

2.3 Безчетков DC двигател с постоянен магнит

2.3.1 Основни характеристики на безчетков DC двигател с постоянен магнит

Безчетков DC двигател с постоянен магнит е високопроизводителен двигател. Най-голямата му характеристика е, че има външните характеристики на DC мотор без механична контактна структура, съставена от четки. В допълнение, той приема ротор с постоянен магнит и няма загуба на възбуждане: нагрятата намотка на котвата е монтирана на външния статор, който лесно разсейва топлината. Следователно безчетковият DC двигател с постоянен магнит няма комутационни искри, няма радиосмущения, има дълъг живот и надеждна работа. , лесна поддръжка. Освен това скоростта му не е ограничена от механична комутация и ако се използват въздушни лагери или лагери с магнитно окачване, той може да работи с до няколкостотин хиляди оборота в минута. В сравнение с безчетковата DC моторна система с постоянен магнит, тя има по-висока енергийна плътност и по-висока ефективност и има добра перспектива за приложение в електрически превозни средства.

2.3.2 Системата за управление на безчетковия постояннотоков двигател с постоянен магнит

Типичният безчетков DC двигател с постоянен магнит е квази-разединяваща векторна система за управление. Тъй като постоянният магнит може да генерира само магнитно поле с фиксирана амплитуда, безчетковата DC моторна система с постоянен магнит е много важна. Той е подходящ за работа в областта на постоянен въртящ момент, като обикновено се използва контрол на текущия хистерезис или метод SPWM тип обратна връзка по ток за завършване. За да увеличи още повече скоростта, безчетковият DC двигател с постоянен магнит може също да използва контрол на отслабването на полето. Същността на управлението на отслабването на полето е да се измести фазовият ъгъл на фазовия ток, за да се осигури потенциал за размагнитване на правата ос, за да се отслаби връзката на потока в намотката на статора.

2.3.3 Недостатъчност на

Безчетков постояннотоков двигател с постоянен магнит Безчетковият постояннотоков двигател с постоянен магнит се влияе и ограничава от процеса на материал с постоянен магнит, което прави обхвата на мощността на безчетковия постояннотоков двигател с постоянен магнит малък, а максималната мощност е само десетки киловати. Когато материалът с постоянен магнит е подложен на вибрации, висока температура и ток на претоварване, неговата магнитна пропускливост може да намалее или да се демагнетизира, което ще намали производителността на двигателя с постоянен магнит и дори ще повреди двигателя в тежки случаи. Не се получава претоварване. В режим на постоянна мощност безчетковият DC двигател с постоянен магнит е сложен за работа и изисква сложна система за управление, което прави задвижващата система на безчетковия DC двигател с постоянен магнит много скъпа.

2.4 Реактивен двигател

2.4.1 Основна работа на реактивен двигател

Реактивният двигател е нов тип двигател. Системата има много очевидни характеристики: нейната структура е по-проста от всеки друг двигател и няма контактни пръстени, намотки и постоянни магнити върху ротора на двигателя, а само върху статора. Има проста концентрирана намотка, краищата на намотката са къси и няма междуфазен джъмпер, който е лесен за поддръжка и ремонт. Следователно надеждността е добра, а скоростта може да достигне 15000 r/min. Ефективността може да достигне 85% до 93%, което е по-високо от това на AC индукционните двигатели. Загубата е главно в статора, а двигателят лесно се охлажда; роторът е постоянен магнит, който има широк обхват на регулиране на скоростта и гъвкав контрол, който е лесен за постигане на различни специални изисквания на характеристиките на въртящия момент и скоростта и поддържа висока ефективност в широк диапазон. Той е по-подходящ за изискванията за мощност на електрически превозни средства.

2.4.2 Система за управление на реактивен двигател

Реактивният двигател има висока степен на нелинейни характеристики, следователно неговата задвижваща система е по-сложна. Неговата система за управление включва преобразувател на мощност.

а. Възбуждащата намотка на превключвания реактивен двигател на силовия преобразувател, независимо от предния или обратния ток, посоката на въртящия момент остава непроменена и периодът се комутира. Всяка фаза се нуждае само от превключвател на захранването с по-малък капацитет, а веригата на преобразувателя на мощността е сравнително проста, без директна повреда, добра надеждност, лесен за изпълнение плавен старт и четириквадрантна работа на системата и силна регенеративна спирачна способност . Цената е по-ниска от инверторната система за управление на AC трифазен асинхронен двигател.

b. Контролер

Контролерът се състои от микропроцесори, цифрови логически схеми и други компоненти. Според въведената от водача команда, микропроцесорът анализира и обработва позицията на ротора на двигателя, подадена обратно от детектора за позиция и детектора за ток едновременно, и взема решения на мига, и издава серия от команди за изпълнение на управлява реактивния двигател с превключване. Адаптирайте се към работата на електрически превозни средства при различни условия. Производителността на контролера и гъвкавостта на настройката зависят от съвместната работа между софтуера и хардуера на микропроцесора.

c. Детектор за позиция
Реактивните електродвигатели изискват високопрецизни детектори за положение, за да осигурят на системата за управление сигнали за промени в позицията, скоростта и тока на ротора на двигателя и изискват по-висока честота на превключване, за да се намали шумът на реактивния двигател.

2.4.3 Недостатъци на реактивните двигатели

Системата за управление на реактивния двигател е малко по-сложна от системите за управление на други двигатели. Детекторът на позицията е ключовият компонент на реактивния двигател с превключване и неговата работа има важно влияние върху работата на управлението на реактивния двигател. Тъй като превключваният реактивен двигател е двойно изпъкнала структура, неизбежно има флуктуация на въртящия момент и шумът е основният недостатък на превключвателния реактивен двигател. Изследванията през последните години обаче показаха, че шумът на реактивния двигател с превключване може да бъде напълно потиснат чрез приемане на разумна технология за проектиране, производство и контрол.

В допълнение, поради голямата флуктуация на изходния въртящ момент на реактивния двигател с превключване и голямата флуктуация на постоянния ток на силовия преобразувател, трябва да се инсталира голям филтърен кондензатор на DC шината.Автомобилите са използвали различни електрически двигатели в различни исторически периоди, използвайки DC мотор с най-добро управление и по-ниска цена. С непрекъснатото развитие на моторната технология, технологията за производство на машини, технологията за силова електроника и технологията за автоматично управление, AC двигатели. Безчетковите постояннотокови двигатели с постоянен магнит и двигателите с превключвателно съпротивление показват превъзходна производителност спрямо постояннотоковите двигатели и тези двигатели постепенно заменят постояннотоковите двигатели в електрическите превозни средства. Таблица 1 сравнява основната производителност на различни електрически двигатели, използвани в съвременните електрически превозни средства. Понастоящем цената на двигателите с променлив ток, двигателите с постоянен магнит, двигателите с превключване и техните устройства за управление е все още относително висока. След масовото производство, цените на тези двигатели и устройства за управление на агрегатите ще намалеят бързо, което ще отговори на изискванията за икономически ползи и ще намали цената на електрическите превозни средства.