Suživot ljudi sa životnom sredinom i održivi razvoj globalne ekonomije čine ljude željnim traženja niskoemisionog i resursno efikasnog prijevoznog sredstva, a korištenje električnih vozila je nesumnjivo obećavajuće rješenje.
Moderna električna vozila su sveobuhvatni proizvodi koji integriraju različite visokotehnološke tehnologije kao što su električna energija, elektronika, mehaničko upravljanje, nauka o materijalima i kemijska tehnologija. Ukupne radne performanse, ekonomičnost itd. prvo zavise od sistema baterija i upravljačkog sistema motornog pogona. Sistem motornog pogona električnog vozila uglavnom se sastoji od četiri glavna dijela, odnosno kontrolera. Energetski pretvarači, motori i senzori. Trenutno, motori koji se koriste u električnim vozilima općenito uključuju DC motore, asinhrone motore, komutirane reluktantne motore i motore bez četkica s permanentnim magnetom.
1. Osnovni zahtjevi električnih vozila za elektromotore
Rad električnih vozila, za razliku od opće industrijske primjene, vrlo je složen. Stoga su zahtjevi za pogonskim sistemom vrlo visoki.
1.1 Motori za električna vozila trebaju imati karakteristike velike trenutne snage, jak kapacitet preopterećenja, koeficijent preopterećenja od 3 do 4), dobre performanse ubrzanja i dug vijek trajanja.
1.2 Motori za električna vozila trebaju imati širok raspon regulacije brzine, uključujući područje konstantnog momenta i područje konstantne snage. U oblasti konstantnog obrtnog momenta, potreban je veliki obrtni moment kada se radi pri maloj brzini kako bi se ispunili zahtevi za startovanje i penjanje; u oblasti konstantne snage, velika brzina je potrebna kada je potreban mali obrtni moment da bi se ispunili zahtevi za vožnju velikom brzinom na ravnim putevima. Zahtevaj.
1.3 Elektromotor za električna vozila treba da bude u stanju da realizuje regenerativno kočenje kada vozilo usporava, povrati i povrati energiju u bateriju, tako da električno vozilo ima najbolju stopu iskorišćenja energije, što se ne može postići u vozilu sa motorom sa unutrašnjim sagorevanjem .
1.4 Elektromotor za električna vozila treba da ima visoku efikasnost u čitavom radnom opsegu, kako bi se poboljšao domet krstarenja sa jednim punjenjem.
Osim toga, potrebno je i da električni motor za električna vozila ima dobru pouzdanost, da može dugo raditi u teškim uvjetima, da ima jednostavnu strukturu i da je pogodan za masovnu proizvodnju, da ima nisku buku tokom rada, jednostavan za korištenje i održava, i jeftin je.
2 Vrste i metode upravljanja elektromotorima za električna vozila
2.1 DC
Motori Glavne prednosti brušenih DC motora su jednostavna kontrola i zrela tehnologija. Ima odlične upravljačke karakteristike bez premca AC motorima. U rano razvijenim električnim vozilima uglavnom se koriste DC motori, a čak i sada neka električna vozila još uvijek pokreću DC motori. Međutim, zbog postojanja četkica i mehaničkih komutatora, ne samo da ograničava dalje poboljšanje preopterećenja i brzine motora, već zahtijeva i često održavanje i zamjenu četkica i komutatora ako radi duže vrijeme. Osim toga, budući da gubici postoje na rotoru, teško je odvoditi toplinu, što ograničava dalje poboljšanje omjera momenta i mase motora. S obzirom na gore navedene nedostatke DC motora, DC motori se u osnovi ne koriste u novorazvijenim električnim vozilima.
2.2 AC trofazni asinhroni motor
2.2.1 Osnovne performanse AC trofaznog asinhronog motora
AC trofazni asinhroni motori su najčešće korišteni motori. Stator i rotor su laminirani silikonskim čeličnim limovima, a između statora nema kliznih prstenova, komutatora i ostalih komponenti koje su u međusobnom kontaktu. Jednostavna struktura, pouzdan rad i izdržljiv. Pokrivenost snage AC indukcionog motora je vrlo široka, a brzina doseže 12000 ~ 15000 o/min. Može se koristiti vazdušno ili tečno hlađenje, sa visokim stepenom slobode hlađenja. Ima dobru prilagodljivost okolini i može ostvariti regenerativno kočenje s povratnom spregom. U poređenju sa istosmjernim motorom iste snage, efikasnost je veća, kvalitet je smanjen za oko pola, cijena je jeftina, a održavanje je praktično.
2.2.2 Sistem upravljanja
AC asinhronog motora Budući da AC trofazni asinhroni motor ne može direktno koristiti istosmjernu snagu koju napaja baterija, a AC trofazni indukcioni motor ima nelinearne izlazne karakteristike. Stoga je u električnom vozilu koje koristi trofazni indukcijski motor naizmjenične struje potrebno koristiti poluvodički uređaj u inverteru za pretvaranje jednosmjerne struje u naizmjeničnu struju čija se frekvencija i amplituda mogu podesiti kako bi se ostvarila kontrola izmjenične struje. trofazni motor. Postoje uglavnom v/f metode kontrole i metode kontrole frekvencije klizanja.
Metodom vektorske kontrole kontrolira se frekvencija naizmjenične struje pobudnog namota AC trofaznog indukcionog motora i podešavanje terminala ulaznog AC trofaznog asinhronog motora, magnetski tok i moment rotacionog magnetskog polja. AC trofaznog asinhronog motora se upravlja, a realizuje se izmjena AC trofaznog asinhronog motora. Brzina i izlazni obrtni moment mogu zadovoljiti zahtjeve karakteristika promjene opterećenja i mogu postići najveću efikasnost, tako da se trofazni indukcijski motor na izmjeničnu struju može široko koristiti u električnim vozilima.
2.2.3 Nedostaci
AC trofazni indukcioni motor Potrošnja energije trofaznog indukcionog motora na izmjeničnu struju je velika, a rotor se lako zagrijava. Potrebno je osigurati hlađenje trofaznog asinhronog motora na izmjeničnu struju tijekom rada velike brzine, inače će se motor oštetiti. Faktor snage AC trofaznog asinhronog motora je nizak, tako da je i ulazni faktor snage uređaja za pretvaranje frekvencije i napona nizak, pa je potrebno koristiti uređaj za pretvaranje frekvencije i pretvaranje napona velikog kapaciteta. Trošak kontrolnog sistema trofaznog asinhronog motora na izmjeničnu struju je mnogo veći od cijene samog trofaznog asinhronog motora na izmjeničnu struju, što povećava cijenu električnog vozila. Osim toga, regulacija brzine AC trofaznog asinhronog motora je također loša.
2.3 DC motor bez četkica s trajnim magnetom
2.3.1 Osnovne performanse DC motora bez četkica s permanentnim magnetom
DC motor s permanentnim magnetom bez četkica je motor visokih performansi. Njegova najveća karakteristika je da ima vanjske karakteristike DC motora bez mehaničke kontaktne strukture sastavljene od četkica. Osim toga, ima rotor s permanentnim magnetom, i nema gubitka pobude: grijani namotaj armature je instaliran na vanjskom statoru, koji lako odvodi toplinu. Stoga, DC motor bez četkica s permanentnim magnetom nema komutacijskih iskri, nema radio smetnji, dug životni vijek i pouzdan rad. , lako održavanje. Osim toga, njegova brzina nije ograničena mehaničkom komutacijom, a ako se koriste zračni ležajevi ili ležajevi magnetnog ovjesa, može raditi do nekoliko stotina hiljada okretaja u minuti. U poređenju sa sistemom DC motora bez četkica, ima veću gustinu energije i veću efikasnost i ima dobru perspektivu primene u električnim vozilima.
2.3.2 Upravljački sistem DC motora bez četkica s permanentnim magnetom
Tipični DC motor bez četkica s permanentnim magnetom je kvazi-razdvojni vektorski upravljački sistem. Budući da permanentni magnet može generirati samo magnetsko polje fiksne amplitude, sistem DC motora bez četkica je vrlo važan. Pogodan je za rad u području konstantnog momenta, općenito koristeći kontrolu histereze struje ili SPWM metodu tipa povratne struje. Kako bi se dodatno povećala brzina, DC motor bez četkica s permanentnim magnetom također može koristiti kontrolu slabljenja polja. Suština kontrole slabljenja polja je da unapredi fazni ugao fazne struje da bi se obezbedio potencijal demagnetizacije direktne ose da bi se oslabila veza fluksa u namotaju statora.
2.3.3 Nedovoljnost
DC motor bez četkica s permanentnim magnetom Na DC motor bez četkica s permanentnim magnetom utječe i ograničava ga proces materijala trajnog magneta, što čini raspon snage DC motora bez četkica s permanentnim magnetom malim, a maksimalna snaga je samo desetine kilovata. Kada je materijal trajnog magneta podvrgnut vibracijama, visokoj temperaturi i struji preopterećenja, njegova magnetna permeabilnost može se smanjiti ili demagnetizirati, što će smanjiti performanse motora s permanentnim magnetom, pa čak i oštetiti motor u teškim slučajevima. Ne dolazi do preopterećenja. U režimu konstantne snage, DC motor bez četkica sa permanentnim magnetom je komplikovan za rad i zahteva složen sistem upravljanja, što čini pogonski sistem DC motora bez četkica sa permanentnim magnetom veoma skupim.
2.4 Preklopljeni reluktantni motor
2.4.1 Osnovne performanse preklopnog reluktantnog motora
Preklopni reluktantni motor je novi tip motora. Sistem ima mnoge očigledne karakteristike: njegova struktura je jednostavnija od bilo kojeg drugog motora, a na rotoru motora nema kliznih prstenova, namotaja i trajnih magneta, već samo na statoru. Postoji jednostavan koncentrirani namotaj, krajevi namota su kratki i nema međufaznog kratkospojnika, koji se lako održava i popravlja. Stoga je pouzdanost dobra, a brzina može doseći 15000 o/min. Efikasnost može doseći 85% do 93%, što je više nego kod indukcionih motora na naizmjeničnu struju. Gubitak je uglavnom u statoru, a motor se lako hladi; rotor je trajni magnet, koji ima širok raspon regulacije brzine i fleksibilnu kontrolu, čime se lako ostvaruju različiti posebni zahtjevi karakteristika obrtnog momenta i brzine, a održava se visoka efikasnost u širokom rasponu. Pogodniji je za zahtjeve snage električnih vozila.
2.4.2 Sistem upravljanja komutiranim reluktantnim motorom
Preklopni reluktantni motor ima visok stepen nelinearnih karakteristika, stoga je njegov pogonski sistem složeniji. Njegov upravljački sistem uključuje pretvarač energije.
a. Pobudni namotaj komutacionog reluktantnog motora energetskog pretvarača, bez obzira na struju naprijed ili nazad, smjer obrtnog momenta ostaje nepromijenjen, a period je komutiran. Za svaku fazu je potrebna samo cijev prekidača za napajanje manjeg kapaciteta, a strujni krug pretvarača je relativno jednostavan, nema pravog kvara, dobra je pouzdanost, lak za implementaciju mekog starta i četverokvadrantnog rada sistema i jaka sposobnost regenerativnog kočenja . Trošak je niži od inverterskog upravljačkog sistema AC trofaznog asinhronog motora.
b. Kontroler
Kontroler se sastoji od mikroprocesora, digitalnih logičkih kola i drugih komponenti. U skladu sa komandom koju unese vozač, mikroprocesor analizira i obrađuje položaj rotora motora koji se vraća od detektora položaja i detektora struje u isto vreme, i donosi odluke u trenutku i izdaje seriju izvršnih komandi za kontroliraju uključeni reluktantni motor. Prilagodite se radu električnih vozila u različitim uvjetima. Performanse kontrolera i fleksibilnost podešavanja zavise od saradnje između softvera i hardvera mikroprocesora.
c. Detektor položaja
Komutirani reluktantni motori zahtijevaju visokoprecizne detektore položaja kako bi kontrolnom sistemu dali signale o promjenama položaja, brzine i struje rotora motora, i zahtijevaju višu frekvenciju uključivanja kako bi se smanjio šum uključenog reluktantnog motora.
2.4.3 Nedostaci preklopljenih reluktantnih motora
Upravljački sistem komutiranih reluktantnih motora je malo složeniji od upravljačkih sistema drugih motora. Detektor položaja je ključna komponenta komutacionog reluktantnog motora, a njegova izvedba ima važan utjecaj na rad upravljanja komutiranim reluktantnim motorom. Budući da je komutirani reluktantni motor dvostruko istaknuta struktura, neizbježno dolazi do fluktuacije momenta, a buka je glavni nedostatak komutiranih reluktantnih motora. Međutim, istraživanja posljednjih godina pokazala su da se buka komutiranih reluktantnih motora može potpuno potisnuti usvajanjem razumne tehnologije dizajna, proizvodnje i upravljanja.
Osim toga, zbog velike fluktuacije izlaznog momenta uključenog reluktantnog motora i velike fluktuacije istosmjerne struje pretvarača snage, na DC sabirnicu treba instalirati veliki filter kondenzator.Automobili su usvojili različite električne motore u različitim istorijskim periodima, koristeći DC motor sa najboljim performansama upravljanja i nižim troškovima. Uz kontinuirani razvoj tehnologije motora, tehnologije proizvodnje strojeva, tehnologije energetske elektronike i tehnologije automatskog upravljanja, AC motori. DC motori s permanentnim magnetom bez četkica i motori s komutiranim reluktantnim motorom pokazuju superiorne performanse u odnosu na DC motore, a ovi motori postupno zamjenjuju DC motore u električnim vozilima. Tabela 1. upoređuje osnovne performanse različitih elektromotora koji se koriste u modernim električnim vozilima. Trenutno je cijena motora naizmjenične struje, motora s trajnim magnetima, motora s komutiranom reluktantnošću i njihovih upravljačkih uređaja još uvijek relativno visoka. Nakon masovne proizvodnje, cijene ovih motora i uređaja za upravljanje jedinicama će se brzo smanjivati, što će zadovoljiti zahtjeve ekonomske koristi i učiniti da se cijena električnih vozila snizi.
Vrijeme objave: Mar-24-2022