Električna vozila se uglavnom sastoje od tri dijela: motornog pogona, akumulatorskog sistema i sistema upravljanja vozilom. Sistem motornog pogona je dio koji direktno pretvara električnu energiju u mehaničku energiju, što određuje pokazatelje performansi električnih vozila. Stoga je odabir pogonskog motora posebno važan.
U okruženju zaštite životne sredine, električna vozila su takođe postala žarište istraživanja poslednjih godina. Električna vozila mogu postići nulte ili vrlo niske emisije u gradskom saobraćaju, a imaju ogromne prednosti u oblasti zaštite životne sredine. Sve zemlje naporno rade na razvoju električnih vozila. Električna vozila se uglavnom sastoje od tri dijela: motornog pogona, akumulatorskog sistema i sistema upravljanja vozilom. Sistem motornog pogona je dio koji direktno pretvara električnu energiju u mehaničku energiju, što određuje pokazatelje performansi električnih vozila. Stoga je odabir pogonskog motora posebno važan.
1. Zahtjevi za električna vozila za pogonske motore
Trenutno, evaluacija performansi električnih vozila uglavnom uzima u obzir sljedeća tri pokazatelja učinka:
(1) Maksimalna kilometraža (km): maksimalna kilometraža električnog vozila nakon što je baterija potpuno napunjena;
(2) Sposobnost(e) ubrzanja: minimalno vrijeme potrebno električnom vozilu da ubrza od mjesta do određene brzine;
(3) Maksimalna brzina (km/h): maksimalna brzina koju električno vozilo može postići.
Motori dizajnirani za vozne karakteristike električnih vozila imaju posebne zahtjeve u odnosu na industrijske motore:
(1) Pogonski motor električnog vozila obično zahtijeva visoke zahtjeve dinamičkih performansi za često pokretanje/zaustavljanje, ubrzanje/usporavanje i kontrolu obrtnog momenta;
(2) Kako bi se smanjila težina cijelog vozila, obično se otkazuje višebrzinski mjenjač, što zahtijeva da motor može pružiti veći obrtni moment pri maloj brzini ili pri penjanju uz padinu, a obično može izdržati 4-5 puta preopterećenje;
(3) Opseg regulacije brzine mora biti što veći, a istovremeno je potrebno održavati visoku radnu efikasnost u cijelom opsegu regulacije brzine;
(4) Motor je projektovan tako da ima što je moguće veću nazivnu brzinu, a da se istovremeno koristi što je više moguće kućište od aluminijumske legure. Motor velike brzine je male veličine, što doprinosi smanjenju težine električnih vozila;
(5) Električna vozila trebaju imati optimalno korištenje energije i imati funkciju povrata energije kočenja. Energija koja se povrati regenerativnim kočenjem bi općenito trebala doseći 10%-20% ukupne energije;
(6) Radno okruženje motora koji se koristi u električnim vozilima je složenije i surovije, što zahtijeva da motor ima dobru pouzdanost i prilagodljivost okolišu, te da istovremeno osigura da cijena proizvodnje motora ne može biti previsoka.
2. Nekoliko često korištenih pogonskih motora
2.1 DC motor
U ranoj fazi razvoja električnih vozila, većina električnih vozila koristila je DC motore kao pogonske motore. Ova vrsta motorne tehnologije je relativno zrela, sa lakim metodama upravljanja i odličnom regulacijom brzine. Nekada je bio najšire korišten u području motora za regulaciju brzine. . Međutim, zbog složene mehaničke strukture DC motora, kao što su: četke i mehanički komutatori, njegov trenutni kapacitet preopterećenja i dalje povećanje brzine motora su ograničeni, a u slučaju dugotrajnog rada mehanička struktura motor će biti generiran i troškovi održavanja su povećani. Osim toga, kada motor radi, iskre iz četkica zagrijavaju rotor, troše energiju, otežavaju rasipanje topline, a također izazivaju elektromagnetne smetnje visoke frekvencije, koje utiču na performanse vozila. Zbog gore navedenih nedostataka DC motora, trenutna električna vozila su u osnovi eliminirala DC motore.
2.2 AC asinhroni motor
Asinhroni motor na izmjeničnu struju je tip motora koji se široko koristi u industriji. Odlikuje se time što su stator i rotor laminirani čeličnim limovima od silikona. Oba kraja su pakirana sa aluminijumskim poklopcima. , pouzdan i izdržljiv rad, lako održavanje. U poređenju sa DC motorom iste snage, AC asinhroni motor je efikasniji, a masa je oko pola lakša. Ako se usvoji metoda upravljanja vektorskom regulacijom, može se postići upravljivost i širi raspon regulacije brzine uporediv sa onim kod DC motora. Zbog prednosti visoke efikasnosti, velike specifične snage i pogodnosti za rad pri velikim brzinama, asinhroni motori na izmjeničnu struju su najčešće korišteni motori u električnim vozilima velike snage. Trenutno se asinhroni motori na izmjeničnu struju proizvode u velikom obimu, a na raspolaganju su razne vrste zrelih proizvoda. Međutim, u slučaju rada velike brzine, rotor motora se ozbiljno zagrijava, a motor se mora hladiti tokom rada. Istovremeno, pogonski i upravljački sistem asinhronog motora je vrlo složen, a cijena tijela motora je također visoka. U poređenju sa motorom sa trajnim magnetom i komutiranom reluktancijom Za motore, efikasnost i gustina snage asinhronih motora su niske, što ne doprinosi povećanju maksimalne kilometraže električnih vozila.
2.3 Motor s trajnim magnetom
Motori s trajnim magnetom mogu se podijeliti u dva tipa prema različitim valnim oblicima struje namotaja statora, jedan je DC motor bez četkica, koji ima struju pravokutnog pulsnog vala; drugi je sinhroni motor s permanentnim magnetom, koji ima struju sinusnog vala. Dvije vrste motora su u osnovi iste po strukturi i principu rada. Rotori su trajni magneti, što smanjuje gubitke uzrokovane pobudom. Stator je instaliran sa namotajima za stvaranje obrtnog momenta kroz naizmeničnu struju, tako da je hlađenje relativno lako. Budući da ovaj tip motora ne zahtijeva ugradnju četkica i mehaničke komutacijske strukture, tokom rada neće se stvarati komutacijske iskre, rad je siguran i pouzdan, održavanje je praktično, a stopa iskorištenja energije visoka.
Upravljački sistem motora sa trajnim magnetima je jednostavniji od upravljačkog sistema asinhronog motora naizmenične struje. Međutim, zbog ograničenja procesa materijala s permanentnim magnetom, raspon snage motora s permanentnim magnetom je mali, a maksimalna snaga je općenito samo desetine milijuna, što je najveći nedostatak motora s permanentnim magnetom. Istovremeno, materijal permanentnog magneta na rotoru će imati fenomen magnetnog raspadanja u uslovima visoke temperature, vibracija i prekomerne struje, tako da je u relativno složenim radnim uslovima motor sa trajnim magnetom sklon oštećenjima. Štaviše, cijena materijala s trajnim magnetima je visoka, pa je cijena cijelog motora i njegovog upravljačkog sistema visoka.
2.4 Preklopljeni reluktantni motor
Kao novi tip motora, komutirani reluktantni motor ima najjednostavniju strukturu u odnosu na druge tipove pogonskih motora. I stator i rotor su dvostruko istaknute strukture napravljene od običnih silikonskih čeličnih limova. Na rotoru nema strukture. Stator je opremljen jednostavnim koncentriranim namotom, koji ima mnoge prednosti kao što su jednostavna i čvrsta struktura, visoka pouzdanost, mala težina, niska cijena, visoka učinkovitost, nisko povišenje temperature i lako održavanje. Štaviše, ima odlične karakteristike dobre upravljivosti DC sistema za kontrolu brzine i pogodan je za oštra okruženja i vrlo je pogodan za upotrebu kao pogonski motor za električna vozila.
S obzirom da kao pogonski motori električnih vozila, istosmjerni motori i motori s permanentnim magnetima imaju lošu prilagodljivost u strukturi i složenom radnom okruženju, te su skloni mehaničkim i demagnetizirajućim kvarovima, ovaj rad se fokusira na uvođenje komutiranih reluktantnih motora i asinhronih motora na izmjeničnu struju. U poređenju sa mašinom, ima očigledne prednosti u sledećim aspektima.
2.4.1 Struktura tijela motora
Struktura komutacionog reluktantnog motora je jednostavnija od strukture asinhronog motora s vjeveričastim kavezom. Njegova izuzetna prednost je u tome što nema namotaja na rotoru, već je napravljen samo od običnih silikonskih čeličnih limova. Većina gubitaka cijelog motora koncentrirana je na namotaju statora, što motor čini jednostavnim za proizvodnju, ima dobru izolaciju, lako se hladi i ima odlične karakteristike odvođenja topline. Ova struktura motora može smanjiti veličinu i težinu motora, a može se dobiti s malom zapreminom. veća izlazna snaga. Zbog dobre mehaničke elastičnosti rotora motora, komutirani reluktantni motori se mogu koristiti za rad ultra-velike brzine.
2.4.2 Krug pogona motora
Fazna struja preklopnog reluktantnog pogonskog sistema motora je jednosmjerna i nema nikakve veze sa smjerom obrtnog momenta, a samo jedan glavni prekidač može se koristiti za ispunjavanje četverokvadrantnog radnog stanja motora. Kolo pretvarača snage je direktno povezano serijski sa pobudnim namotajem motora, a svaki fazni krug samostalno napaja struju. Čak i ako pokvari određeni fazni namotaj ili regulator motora, potrebno je samo zaustaviti rad faze bez izazivanja većeg utjecaja. Stoga su i tijelo motora i pretvarač snage vrlo sigurni i pouzdani, pa su pogodniji za upotrebu u teškim okruženjima od asinhronih strojeva.
2.4.3 Aspekti performansi motornog sistema
Preklopni reluktantni motori imaju mnogo kontrolnih parametara i lako je ispuniti zahtjeve četverokvadrantnog rada električnih vozila kroz odgovarajuće strategije upravljanja i dizajn sistema, te mogu održati odličnu sposobnost kočenja u područjima velikih brzina. Preklopni reluktantni motori ne samo da imaju visoku efikasnost, već i održavaju visoku efikasnost u širokom rasponu regulacije brzine, što je neusporedivo s drugim tipovima motornih pogonskih sistema. Ova izvedba je vrlo pogodna za rad električnih vozila, te je vrlo korisna za poboljšanje dometa krstarenja električnih vozila.
3. Zaključak
Fokus ovog rada je da se iznesu prednosti komutacionog reluktantnog motora kao pogonskog motora za električna vozila upoređivanjem različitih često korišćenih sistema kontrole brzine pogonskog motora, što je žarište istraživanja u razvoju električnih vozila. Za ovu vrstu specijalnog motora još uvijek ima puno prostora za razvoj u praktičnim primjenama. Istraživači treba da ulože više napora u izvođenje teorijskih istraživanja, a istovremeno je potrebno kombinovati potrebe tržišta za promicanje primjene ovog tipa motora u praksi.
Vrijeme objave: Mar-24-2022