Comparació de diversos motors de vehicles elèctrics

La convivència de l'ésser humà amb el medi ambient i el desenvolupament sostenible de l'economia global fan que les persones tinguin ganes de buscar un mitjà de transport de baixes emissions i eficients en recursos, i l'ús de vehicles elèctrics és sens dubte una solució prometedora.

Els vehicles elèctrics moderns són productes integrals que integren diverses tecnologies d'alta tecnologia com ara electricitat, electrònica, control mecànic, ciència dels materials i tecnologia química. El rendiment general de funcionament, l'economia, etc. depenen primer del sistema de bateries i del sistema de control de l'accionament del motor. El sistema d'accionament del motor d'un vehicle elèctric consta generalment de quatre parts principals, és a dir, el controlador. Convertidors de potència, motors i sensors. Actualment, els motors utilitzats en vehicles elèctrics inclouen generalment motors de corrent continu, motors d'inducció, motors de reluctància commutada i motors sense escombretes d'imants permanents.

1. Requisits bàsics dels vehicles elèctrics per a motors elèctrics

El funcionament dels vehicles elèctrics, a diferència de les aplicacions industrials generals, és molt complex. Per tant, els requisits per al sistema d'accionament són molt elevats.

1.1 Els motors per a vehicles elèctrics han de tenir les característiques d'una gran potència instantània, una forta capacitat de sobrecàrrega, un coeficient de sobrecàrrega de 3 a 4), un bon rendiment d'acceleració i una llarga vida útil.

1.2 Els motors per a vehicles elèctrics haurien de tenir una àmplia gamma de regulació de velocitat, inclosa l'àrea de parell constant i l'àrea de potència constant. A l'àrea de parell constant, es requereix un parell elevat quan s'executa a baixa velocitat per complir els requisits d'arrencada i pujada; a l'àrea de potència constant, es requereix alta velocitat quan es requereix un parell baix per complir els requisits de la conducció a alta velocitat en carreteres planes. Requereix.

1.3 El motor elèctric per a vehicles elèctrics hauria de ser capaç de fer una frenada regenerativa quan el vehicle desaccelera, recupera i retorna l'energia a la bateria, de manera que el vehicle elèctric tingui la millor taxa d'utilització d'energia, que no es pot aconseguir en el vehicle amb motor de combustió interna. .

1.4 El motor elèctric per a vehicles elèctrics ha de tenir una alta eficiència en tot el rang de funcionament, per tal de millorar el rang de creuer d'una càrrega.

A més, també es requereix que el motor elèctric per a vehicles elèctrics tingui una bona fiabilitat, pugui funcionar durant molt de temps en un entorn dur, tingui una estructura senzilla i sigui adequat per a la producció en massa, tingui poc soroll durant el funcionament, sigui fàcil d'utilitzar. i mantenir, i és barat.

2 Tipus i mètodes de control de motors elèctrics per a vehicles elèctrics
2.1 DC
Motors Els principals avantatges dels motors de corrent continu amb raspalls són el control senzill i la tecnologia madura. Té unes característiques de control excel·lents incomparables amb els motors de CA. En els primers vehicles elèctrics desenvolupats, els motors de corrent continu s'utilitzen principalment, i fins i tot ara, alguns vehicles elèctrics encara són impulsats per motors de corrent continu. No obstant això, a causa de l'existència de escombretes i commutadors mecànics, no només limita la millora addicional de la capacitat i velocitat de sobrecàrrega del motor, sinó que també requereix un manteniment freqüent i la substitució de les escombretes i commutadors si funciona durant molt de temps. A més, com que la pèrdua existeix al rotor, és difícil dissipar la calor, cosa que limita la millora addicional de la relació parell-massa del motor. Tenint en compte els defectes anteriors dels motors de corrent continu, els motors de corrent continu no s'utilitzen bàsicament en vehicles elèctrics de recent desenvolupament.

2.2 Motor d'inducció trifàsic de CA

2.2.1 Rendiment bàsic del motor d'inducció trifàsic de CA

Els motors d'inducció trifàsics de CA són els motors més utilitzats. L'estator i el rotor estan laminats amb làmines d'acer de silici i no hi ha anells lliscants, commutadors i altres components que estiguin en contacte entre els estators. Estructura simple, funcionament fiable i durador. La cobertura de potència del motor d'inducció de CA és molt àmplia i la velocitat arriba a 12000 ~ 15000r/min. Es pot utilitzar refrigeració per aire o refrigeració líquida, amb un alt grau de llibertat de refrigeració. Té una bona adaptabilitat a l'entorn i pot realitzar frenades de retroalimentació regenerativa. En comparació amb el mateix motor de corrent continu, l'eficiència és més alta, la qualitat es redueix aproximadament a la meitat, el preu és barat i el manteniment és convenient.

2.2.2 El sistema de control

del motor d'inducció de CA Com que el motor d'inducció trifàsic de CA no pot utilitzar directament la potència de CC subministrada per la bateria, i el motor d'inducció de CA trifàsica té característiques de sortida no lineals. Per tant, en un vehicle elèctric que utilitza un motor d'inducció trifàsic de CA, és necessari utilitzar el dispositiu semiconductor de potència a l'inversor per convertir el corrent continu en un corrent altern la freqüència i l'amplitud del qual es poden ajustar per realitzar el control de la CA. motor trifàsic. Hi ha principalment mètodes de control v/f i mètodes de control de freqüència de lliscament.

Mitjançant el mètode de control vectorial, es controla la freqüència del corrent altern de l'enrotllament d'excitació del motor d'inducció trifàsic de CA i l'ajust de terminals del motor d'inducció trifàsic de CA d'entrada, el flux magnètic i el parell del camp magnètic giratori del motor d'inducció trifàsic de CA es controla i es realitza el canvi del motor d'inducció trifàsic de CA. La velocitat i el parell de sortida poden complir els requisits de les característiques de canvi de càrrega i poden obtenir la màxima eficiència, de manera que el motor d'inducció trifàsic de CA es pot utilitzar àmpliament en vehicles elèctrics.

2.2.3 Deficiències de

Motor d'inducció trifàsic de CA El consum d'energia del motor d'inducció trifàsic de CA és gran i el rotor és fàcil d'escalfar. Cal assegurar el refredament del motor d'inducció trifàsic de CA durant el funcionament a alta velocitat, en cas contrari el motor es farà malbé. El factor de potència del motor d'inducció trifàsic de CA és baix, de manera que el factor de potència d'entrada del dispositiu de conversió de freqüència i tensió també és baix, per la qual cosa cal utilitzar un dispositiu de conversió de freqüència i tensió de gran capacitat. El cost del sistema de control del motor d'inducció trifàsic de CA és molt superior al del propi motor d'inducció trifàsic de CA, la qual cosa augmenta el cost del vehicle elèctric. A més, la regulació de velocitat del motor d'inducció trifàsic de CA també és deficient.

2.3 Motor DC sense escombretes d'imant permanent

2.3.1 Rendiment bàsic del motor DC sense escombretes d'imant permanent

El motor DC sense escombretes d'imant permanent és un motor d'alt rendiment. La seva característica més important és que té les característiques externes d'un motor de corrent continu sense una estructura de contacte mecànica composta per raspalls. A més, adopta un rotor d'imant permanent i no hi ha pèrdua d'excitació: el bobinatge de l'induït escalfat s'instal·la a l'estator exterior, que és fàcil de dissipar la calor. Per tant, el motor de corrent continu sense escombretes d'imant permanent no té espurnes de commutació, cap interferència de ràdio, una llarga vida útil i un funcionament fiable. , fàcil manteniment. A més, la seva velocitat no està limitada per la commutació mecànica, i si s'utilitzen coixinets d'aire o coixinets de suspensió magnètica, pot funcionar fins a diversos centenars de milers de revolucions per minut. En comparació amb el sistema de motor DC sense escombretes d'imant permanent, té una densitat d'energia més alta i una eficiència més alta i té una bona perspectiva d'aplicació en vehicles elèctrics.

2.3.2 El sistema de control del motor DC sense escombretes d'imant permanent El

El típic motor de corrent continu sense escombretes d'imant permanent és un sistema de control vectorial de quasi desacoblament. Com que l'imant permanent només pot generar un camp magnètic d'amplitud fixa, el sistema de motor DC sense escombretes d'imant permanent és molt important. És adequat per funcionar a la regió de parell constant, generalment utilitzant el control d'histèresi actual o el mètode SPWM de tipus de retroalimentació actual per completar. Per tal d'ampliar encara més la velocitat, el motor de corrent continu sense escombretes d'imant permanent també pot utilitzar el control de debilitament del camp. L'essència del control de debilitament del camp és avançar l'angle de fase del corrent de fase per proporcionar un potencial de desmagnetització de l'eix directe per debilitar l'enllaç de flux al bobinatge de l'estator.

2.3.3 Insuficiència de

Motor de corrent continu sense escombretes d'imant permanent El motor de corrent continu sense escombretes d'imant permanent es veu afectat i restringit pel procés de material d'imant permanent, cosa que fa que el rang de potència del motor de corrent continu sense escombretes d'imant permanent sigui petit i la potència màxima és de només desenes de quilowatts. Quan el material d'imant permanent està sotmès a vibracions, altes temperatures i corrent de sobrecàrrega, la seva permeabilitat magnètica pot disminuir o desmagnetitzar, cosa que reduirà el rendiment del motor d'imant permanent i fins i tot danyarà el motor en casos greus. No es produeix la sobrecàrrega. En el mode d'alimentació constant, el motor de corrent continu sense escombretes d'imants permanents és complicat d'operar i requereix un sistema de control complex, cosa que fa que el sistema d'accionament del motor de corrent continu sense escombretes d'imants permanents sigui molt car.

2.4 Motor de reluctància commutada

2.4.1 Rendiment bàsic del motor de reluctància commutada

El motor de reluctància commutada és un nou tipus de motor. El sistema té moltes característiques òbvies: la seva estructura és més senzilla que qualsevol altre motor i no hi ha anells lliscants, bobinatges i imants permanents al rotor del motor, sinó només a l'estator. Hi ha un bobinatge concentrat senzill, els extrems del bobinatge són curts i no hi ha pont d'interfàsic, que és fàcil de mantenir i reparar. Per tant, la fiabilitat és bona i la velocitat pot arribar a 15000 r/min. L'eficiència pot arribar al 85% al ​​93%, que és superior a la dels motors d'inducció de CA. La pèrdua es produeix principalment a l'estator i el motor és fàcil de refredar; el rotor és un imant permanent, que té un ampli rang de regulació de velocitat i un control flexible, que és fàcil d'aconseguir diversos requisits especials de característiques de parell-velocitat i manté una alta eficiència en un ampli rang. És més adequat per als requisits de rendiment energètic dels vehicles elèctrics.

2.4.2 Sistema de control del motor de reluctància commutada

El motor de reluctància commutada té un alt grau de característiques no lineals, per tant, el seu sistema d'accionament és més complex. El seu sistema de control inclou un convertidor de potència.

a. El bobinatge d'excitació del motor de reluctància commutada del convertidor de potència, independentment del corrent directe o invers, la direcció del parell es manté sense canvis i el període es commuta. Cada fase només necessita un tub d'interruptor d'alimentació amb una capacitat més petita i el circuit del convertidor de potència és relativament senzill, sense fallades directes, bona fiabilitat, arrencada suau fàcil d'implementar i funcionament de quatre quadrants del sistema i una forta capacitat de frenada regenerativa. . El cost és inferior al del sistema de control de l'inversor del motor d'inducció trifàsic de CA.

b. Controlador

El controlador consta de microprocessadors, circuits lògics digitals i altres components. Segons l'ordre introduït pel conductor, el microprocessador analitza i processa la posició del rotor del motor alimentat al mateix temps pel detector de posició i el detector de corrent, i pren decisions en un instant i emet una sèrie d'ordres d'execució per controlar el motor de reluctància commutat. Adaptar-se al funcionament de vehicles elèctrics en diferents condicions. El rendiment del controlador i la flexibilitat d'ajust depenen de la cooperació de rendiment entre el programari i el maquinari del microprocessador.

c. Detector de posició
Els motors de reluctància commutada requereixen detectors de posició d'alta precisió per proporcionar al sistema de control senyals de canvis en la posició, velocitat i corrent del rotor del motor, i requereixen una freqüència de commutació més alta per reduir el soroll del motor de reluctància commutada.

2.4.3 Deficiències dels motors de reluctància commutada

El sistema de control del motor de reluctància commutada és una mica més complicat que els sistemes de control d'altres motors. El detector de posició és el component clau del motor de reluctància commutada i el seu rendiment té una influència important en l'operació de control del motor de reluctància commutada. Com que el motor de reluctància commutada és una estructura doblement destacada, inevitablement hi ha una fluctuació de parell i el soroll és el principal desavantatge del motor de reluctància commutada. Tanmateix, la investigació dels darrers anys ha demostrat que el soroll del motor de reluctància commutada es pot suprimir completament adoptant una tecnologia de disseny, fabricació i control raonables.

A més, a causa de la gran fluctuació del parell de sortida del motor de reluctància commutada i la gran fluctuació del corrent de CC del convertidor de potència, cal instal·lar un gran condensador de filtre al bus de CC.Els cotxes han adoptat diferents motors elèctrics en diferents períodes històrics, utilitzant el motor de corrent continu amb el millor rendiment de control i menor cost. Amb el desenvolupament continu de la tecnologia del motor, la tecnologia de fabricació de maquinària, la tecnologia d'electrònica de potència i la tecnologia de control automàtic, motors de CA. Els motors de corrent continu sense escombretes d'imants permanents i els motors de reluctància commutada mostren un rendiment superior als motors de corrent continu, i aquests motors estan substituint gradualment els motors de corrent continu en els vehicles elèctrics. La taula 1 compara el rendiment bàsic de diversos motors elèctrics utilitzats en els vehicles elèctrics moderns. Actualment, el cost dels motors de corrent altern, motors d'imants permanents, motors de reluctància commutada i els seus dispositius de control encara és relativament elevat. Després de la producció en massa, els preus d'aquests motors i dispositius de control de la unitat disminuiran ràpidament, cosa que complirà els requisits de beneficis econòmics i farà que el preu dels vehicles elèctrics es redueixi.