Електрическите превозни средства се състоят главно от три части: система за моторно задвижване, система за батерии и система за управление на превозното средство. Моторната задвижваща система е частта, която директно преобразува електрическата енергия в механична, което определя показателите за ефективност на електрическите превозни средства. Следователно изборът на задвижващ двигател е особено важен.
В областта на опазването на околната среда електрическите превозни средства също се превърнаха в изследователска гореща точка през последните години. Електрическите превозни средства могат да постигнат нулеви или много ниски емисии в градския трафик и имат огромни предимства в областта на опазването на околната среда. Всички страни работят усилено за разработването на електрически превозни средства. Електрическите превозни средства се състоят главно от три части: система за моторно задвижване, система за батерии и система за управление на превозното средство. Моторната задвижваща система е частта, която директно преобразува електрическата енергия в механична, което определя показателите за ефективност на електрическите превозни средства. Следователно изборът на задвижващ двигател е особено важен.
1. Изисквания към електрическите превозни средства за задвижващи двигатели
Понастоящем оценката на ефективността на електрическите превозни средства отчита главно следните три показателя за ефективност:
(1) Максимален пробег (км): максималният пробег на електрическото превозно средство след пълно зареждане на батерията;
(2) Способност(и) за ускорение: минималното време, необходимо на електрическо превозно средство да ускори от място до определена скорост;
(3) Максимална скорост (km/h): максималната скорост, която може да достигне едно електрическо превозно средство.
Двигателите, проектирани за характеристиките на движение на електрически превозни средства, имат специални изисквания за ефективност в сравнение с промишлените двигатели:
(1) Задвижващият двигател на електрическото превозно средство обикновено изисква високи изисквания за динамична производителност за често стартиране/спиране, ускорение/забавяне и контрол на въртящия момент;
(2) За да се намали теглото на цялото превозно средство, многостепенната трансмисия обикновено се отменя, което изисква двигателят да може да осигури по-висок въртящ момент при ниска скорост или при изкачване на наклон и обикновено може да издържи 4-5 пъти претоварването;
(3) Диапазонът на регулиране на скоростта трябва да бъде възможно най-голям, като в същото време е необходимо да се поддържа висока ефективност на работа в целия диапазон на регулиране на скоростта;
(4) Моторът е проектиран да има възможно най-висока номинална скорост, като в същото време се използва корпус от алуминиева сплав, доколкото е възможно. Високоскоростният двигател е с малък размер, което е благоприятно за намаляване на теглото на електрическите превозни средства;
(5) Електрическите превозни средства следва да имат оптимално използване на енергията и да имат функцията за възстановяване на спирачната енергия. Енергията, възстановена чрез регенеративно спиране, обикновено трябва да достига 10%-20% от общата енергия;
(6) Работната среда на двигателя, използван в електрически превозни средства, е по-сложна и сурова, изисквайки двигателят да има добра надеждност и адаптивност към околната среда и в същото време да се гарантира, че разходите за производство на мотори не могат да бъдат твърде високи.
2. Няколко често използвани задвижващи мотора
2.1 DC двигател
В ранния етап от развитието на електрическите превозни средства повечето електрически превозни средства използват постояннотокови двигатели като задвижващи двигатели. Този тип моторна технология е сравнително зряла, с лесни методи за управление и отлично регулиране на скоростта. Той беше най-широко използваният в областта на двигателите за регулиране на скоростта. . Въпреки това, поради сложната механична структура на DC двигателя, като например: четки и механични комутатори, неговата моментна способност за претоварване и по-нататъшното увеличаване на скоростта на двигателя са ограничени, а в случай на продължителна работа, механичната структура на двигателят ще бъде Генерирани са загуби и разходите за поддръжка се увеличават. Освен това, когато двигателят работи, искрите от четките карат ротора да се нагрява, губи енергия, затруднява разсейването на топлината и също причинява високочестотни електромагнитни смущения, които се отразяват на работата на превозното средство. Поради горните недостатъци на двигателите с постоянен ток, настоящите електрически превозни средства основно елиминират двигателите с постоянен ток.
2.2 AC асинхронен двигател
AC асинхронният двигател е тип двигател, който се използва широко в индустрията. Характеризира се с това, че статорът и роторът са ламинирани от листове от силициева стомана. Двата края са опаковани с алуминиеви капаци. , надеждна и издръжлива работа, лесна поддръжка. В сравнение с DC мотор със същата мощност, AC асинхронният двигател е по-ефективен и масата е около половината по-лека. Ако се приеме методът на векторно управление, може да се получи управляемост и по-широк обхват на регулиране на скоростта, сравним с този на DC двигателя. Поради предимствата на висока ефективност, висока специфична мощност и пригодност за работа с висока скорост, асинхронните двигатели с променлив ток са най-широко използваните двигатели в електрически превозни средства с висока мощност. Понастоящем AC асинхронните двигатели се произвеждат в голям мащаб и има различни видове зрели продукти, от които да избирате. Въпреки това, в случай на работа с висока скорост, роторът на двигателя се нагрява сериозно и двигателят трябва да се охлажда по време на работа. В същото време системата за задвижване и управление на асинхронния двигател е много сложна, а цената на тялото на двигателя също е висока. В сравнение с двигателя с постоянен магнит и превключваното нежелание. За двигателите ефективността и плътността на мощността на асинхронните двигатели са ниски, което не е благоприятно за подобряване на максималния пробег на електрическите превозни средства.
2.3 Мотор с постоянен магнит
Двигателите с постоянен магнит могат да бъдат разделени на два типа според различните токови вълни на намотките на статора, единият е безчетков DC двигател, който има ток с правоъгълна импулсна вълна; другият е синхронен двигател с постоянен магнит, който има синусоидален ток. Двата вида двигатели са основно еднакви по структура и принцип на работа. Роторите са постоянни магнити, което намалява загубите, причинени от възбуждане. Статорът е монтиран с намотки за генериране на въртящ момент чрез променлив ток, така че охлаждането е относително лесно. Тъй като този тип двигател не се нуждае от инсталиране на четки и механична комутационна структура, няма да се генерират комутационни искри по време на работа, работата е безопасна и надеждна, поддръжката е удобна и степента на използване на енергията е висока.
Системата за управление на двигателя с постоянен магнит е по-проста от системата за управление на асинхронния двигател с променлив ток. Въпреки това, поради ограничението на процеса на материал с постоянен магнит, обхватът на мощността на двигателя с постоянен магнит е малък и максималната мощност обикновено е само десетки милиони, което е най-големият недостатък на двигателя с постоянен магнит. В същото време материалът с постоянен магнит на ротора ще има феномен на магнитно разпадане при условия на висока температура, вибрации и свръхток, така че при относително сложни работни условия, двигателят с постоянен магнит е предразположен към повреда. Освен това цената на материалите с постоянен магнит е висока, така че цената на целия двигател и неговата система за управление е висока.
2.4 Реактивен двигател
Като нов тип двигател, реактивният двигател с превключване има най-простата структура в сравнение с други видове задвижващи двигатели. И статорът, и роторът са двойно изпъкнали структури, изработени от обикновени листове от силициева стомана. Няма структура на ротора. Статорът е оборудван с проста концентрирана намотка, която има много предимства като проста и солидна структура, висока надеждност, леко тегло, ниска цена, висока ефективност, ниско покачване на температурата и лесна поддръжка. Освен това, той има отличните характеристики на добра управляемост на системата за контрол на скоростта с постоянен ток и е подходящ за тежки среди и е много подходящ за използване като задвижващ двигател за електрически превозни средства.
Като се има предвид, че тъй като двигателите за задвижване на електрически превозни средства, двигателите с постоянен ток и двигателите с постоянен магнит имат лоша адаптивност в структурата и сложната работна среда и са склонни към механични повреди и повреди при размагнитване, тази статия се фокусира върху въвеждането на реактивни двигатели с превключване и асинхронни двигатели с променлив ток. В сравнение с машината, той има очевидни предимства в следните аспекти.
2.4.1 Структурата на тялото на двигателя
Структурата на превключвания реактивен двигател е по-проста от тази на асинхронния двигател с катерица. Изключителното му предимство е, че няма намотка на ротора и е направен само от обикновени листове от силиконова стомана. Повечето от загубите на целия двигател са концентрирани върху намотката на статора, което прави двигателя лесен за производство, има добра изолация, лесно се охлажда и има отлични характеристики на разсейване на топлината. Тази структура на двигателя може да намали размера и теглото на двигателя и може да се получи с малък обем. по-голяма изходна мощност. Благодарение на добрата механична еластичност на ротора на двигателя, реактивните двигатели могат да се използват за свръхвисока скорост.
2.4.2 Верига на задвижване на двигателя
Фазовият ток на задвижващата система на реактивния двигател е еднопосочен и няма нищо общо с посоката на въртящия момент и може да се използва само едно главно превключващо устройство, за да се отговори на четириквадрантното работно състояние на двигателя. Веригата на преобразувателя на мощността е директно свързана последователно с възбуждащата намотка на двигателя и всяка фазова верига доставя захранване независимо. Дори ако определена фазова намотка или контролерът на двигателя се повреди, той трябва само да спре работата на фазата, без да причинява по-голямо въздействие. Поради това както тялото на двигателя, така и преобразувателят на мощността са много безопасни и надеждни, така че са по-подходящи за използване в тежки среди, отколкото асинхронните машини.
2.4.3 Аспекти на ефективността на двигателната система
Реактивните двигатели с превключване имат много контролни параметри и е лесно да се изпълнят изискванията за четириквадрантна работа на електрическите превозни средства чрез подходящи стратегии за управление и дизайн на системата и могат да поддържат отлична спирачна способност в зони с висока скорост. Реактивните двигатели не само имат висока ефективност, но също така поддържат висока ефективност в широк диапазон на регулиране на скоростта, което е несравнимо с други видове системи за моторно задвижване. Тази производителност е много подходяща за експлоатация на електрически превозни средства и е много полезна за подобряване на обхвата на движение на електрически превозни средства.
3. Заключение
Фокусът на тази статия е да представи предимствата на двигателя с превключвателно съпротивление като задвижващ двигател за електрически превозни средства чрез сравняване на различни често използвани системи за контрол на скоростта на задвижващия двигател, което е изследователска гореща точка в разработването на електрически превозни средства. За този тип специален двигател все още има много място за развитие в практическите приложения. Изследователите трябва да положат повече усилия за извършване на теоретични изследвания и в същото време е необходимо да се комбинират нуждите на пазара, за да се насърчи прилагането на този тип двигатели на практика.
Време на публикуване: 24 март 2022 г