Soužití lidských bytostí s životním prostředím a udržitelný rozvoj globální ekonomiky nutí lidi toužit po hledání nízkoemisních a zdrojů efektivních dopravních prostředků, a používání elektrických vozidel je nepochybně slibným řešením.
Moderní elektrická vozidla jsou komplexní produkty, které integrují různé high-tech technologie, jako je elektřina, elektronika, mechanické ovládání, materiálové vědy a chemické technologie. Celkový provozní výkon, hospodárnost atd. závisí nejprve na systému baterie a systému řízení pohonu motoru. Systém pohonu motoru elektrického vozidla se obecně skládá ze čtyř hlavních částí, jmenovitě z ovladače. Výkonové měniče, motory a snímače. V současnosti motory používané v elektrických vozidlech obecně zahrnují stejnosměrné motory, indukční motory, spínané reluktanční motory a bezkomutátorové motory s permanentními magnety.
1. Základní požadavky elektrických vozidel na elektromotory
Provoz elektrických vozidel je na rozdíl od obecných průmyslových aplikací velmi složitý. Proto jsou požadavky na pohonný systém velmi vysoké.
1.1 Motory pro elektrická vozidla by měly mít vlastnosti velkého okamžitého výkonu, silné přetížitelnosti, koeficientu přetížení 3 až 4), dobré akcelerace a dlouhé životnosti.
1.2 Motory pro elektrická vozidla by měly mít široký rozsah regulace rychlosti, včetně oblasti konstantního točivého momentu a oblasti konstantního výkonu. V oblasti konstantního točivého momentu je vyžadován vysoký točivý moment při běhu nízkou rychlostí, aby byly splněny požadavky na rozjezd a stoupání; v oblasti konstantního výkonu je vyžadována vysoká rychlost, když je vyžadován nízký točivý moment pro splnění požadavků vysokorychlostní jízdy na rovných vozovkách. Vyžadovat.
1.3 Elektromotor pro elektrická vozidla by měl být schopen realizovat rekuperační brzdění, když vozidlo zpomaluje, rekuperovat a zpětně vracet energii do baterie, aby elektrické vozidlo mělo nejlepší míru využití energie, které nelze dosáhnout ve vozidle se spalovacím motorem. .
1.4 Elektromotor pro elektromobily by měl mít vysokou účinnost v celém provozním dosahu, aby se zlepšil cestovní dojezd na jedno nabití.
Kromě toho je také požadováno, aby elektromotor pro elektrická vozidla měl dobrou spolehlivost, mohl pracovat po dlouhou dobu v drsném prostředí, měl jednoduchou konstrukci a byl vhodný pro hromadnou výrobu, měl nízkou hlučnost během provozu, byl snadno použitelný a udržovat a je levný.
2 Typy a způsoby ovládání elektromotorů pro elektrická vozidla
2.1 DC
Motory Hlavními výhodami kartáčovaných stejnosměrných motorů jsou jednoduché ovládání a vyspělá technologie. Má vynikající regulační vlastnosti, kterým se střídavé motory nevyrovnají. V raně vyvinutých elektrických vozidlech se většinou používají stejnosměrné motory a dokonce i nyní jsou některá elektrická vozidla stále poháněna stejnosměrnými motory. Vzhledem k existenci kartáčů a mechanických komutátorů však nejen omezuje další zlepšování přetížitelnosti a rychlosti motoru, ale vyžaduje také častou údržbu a výměnu kartáčů a komutátorů, pokud běží delší dobu. Kromě toho, protože ztráta existuje na rotoru, je obtížné odvádět teplo, což omezuje další zlepšení poměru točivého momentu motoru k hmotnosti. Vzhledem k výše uvedeným vadám stejnosměrných motorů se stejnosměrné motory v nově vyvíjených elektromobilech v podstatě nepoužívají.
2.2 Střídavý třífázový indukční motor
2.2.1 Základní vlastnosti střídavého třífázového indukčního motoru
Střídavé třífázové indukční motory jsou nejpoužívanějšími motory. Stator a rotor jsou laminovány plechy z křemíkové oceli a mezi statory nejsou žádné sběrací kroužky, komutátory a další součásti, které jsou ve vzájemném kontaktu. Jednoduchá konstrukce, spolehlivý provoz a odolnost. Výkonové pokrytí AC indukčního motoru je velmi široké a rychlost dosahuje 12000 ~ 15000 ot./min. Lze použít vzduchové nebo kapalinové chlazení s vysokým stupněm volnosti chlazení. Má dobrou přizpůsobivost prostředí a může realizovat brzdění s regenerativní zpětnou vazbou. Ve srovnání se stejným výkonem stejnosměrného motoru je účinnost vyšší, kvalita je snížena asi o polovinu, cena je levná a údržba je pohodlná.
2.2.2 Řídicí systém
střídavého indukčního motoru Protože střídavý třífázový indukční motor nemůže přímo využívat stejnosměrné napájení dodávané z baterie, a střídavý třífázový indukční motor má nelineární výstupní charakteristiky. Proto je v elektrickém vozidle používajícím střídavý třífázový indukční motor nutné použít výkonové polovodičové zařízení v invertoru k přeměně stejnosměrného proudu na střídavý proud, jehož frekvenci a amplitudu lze nastavit tak, aby bylo možné ovládat střídavý proud. třífázový motor. Existuje především metoda řízení v/f a metoda řízení frekvence skluzu.
Metodou vektorového řízení je řízena frekvence střídavého proudu budícího vinutí AC třífázového indukčního motoru a seřízení svorek vstupního AC třífázového indukčního motoru, magnetický tok a moment točivého magnetického pole. střídavého třífázového asynchronního motoru jsou řízeny a je realizována změna střídavého třífázového asynchronního motoru. Rychlost a výstupní točivý moment mohou splňovat požadavky na charakteristiky změny zatížení a mohou dosáhnout nejvyšší účinnosti, takže třífázový indukční motor na střídavý proud může být široce používán v elektrických vozidlech.
2.2.3 Nedostatky
Třífázový indukční motor AC Spotřeba energie třífázového indukčního motoru AC je velká a rotor se snadno zahřeje. Při vysokorychlostním provozu je nutné zajistit chlazení AC třífázového asynchronního motoru, jinak dojde k poškození motoru. Účiník střídavého třífázového indukčního motoru je nízký, takže vstupní účiník frekvenčního měniče a měniče napětí je také nízký, proto je nutné použít velkokapacitní frekvenční měnič a měnič napětí. Náklady na řídicí systém střídavého třífázového indukčního motoru jsou mnohem vyšší než náklady na samotný střídavý třífázový indukční motor, což zvyšuje náklady na elektrické vozidlo. Kromě toho je u střídavého třífázového indukčního motoru také špatná regulace otáček.
2.3 Bezkomutátorový DC motor s permanentním magnetem
2.3.1 Základní výkon bezkomutátorového stejnosměrného motoru s permanentními magnety
Bezkomutátorový DC motor s permanentním magnetem je vysoce výkonný motor. Jeho největší předností je, že má vnější vlastnosti stejnosměrného motoru bez mechanické kontaktní struktury složené z kartáčů. Kromě toho využívá rotor s permanentním magnetem a nedochází k žádné ztrátě buzení: vyhřívané vinutí kotvy je instalováno na vnějším statoru, který snadno odvádí teplo. Bezkomutátorový DC motor s permanentními magnety proto nemá žádné komutační jiskry, žádné rádiové rušení, dlouhou životnost a spolehlivý provoz. , snadná údržba. Jeho otáčky navíc nejsou omezeny mechanickou komutací a při použití vzduchových ložisek nebo magnetických závěsných ložisek může běžet až několik set tisíc otáček za minutu. Ve srovnání se systémem bezkartáčových stejnosměrných motorů s permanentními magnety má vyšší hustotu energie a vyšší účinnost a má dobré vyhlídky na použití v elektrických vozidlech.
2.3.2 Řídicí systém bezkomutátorového stejnosměrného motoru s permanentními magnety The
typický bezkomutátorový stejnosměrný motor s permanentním magnetem je kvazi-oddělený vektorový řídicí systém. Protože permanentní magnet může generovat pouze magnetické pole s pevnou amplitudou, je systém bezkomutátorového stejnosměrného motoru s permanentním magnetem velmi důležitý. Je vhodný pro provoz v oblasti konstantního točivého momentu, obecně s použitím řízení proudové hystereze nebo metody SPWM typu proudové zpětné vazby. Za účelem dalšího rozšíření rychlosti může bezkomutátorový stejnosměrný motor s permanentními magnety používat také řízení zeslabení pole. Podstatou řízení zeslabení pole je posunutí fázového úhlu fázového proudu pro poskytnutí přímého demagnetizačního potenciálu pro oslabení toku ve statorovém vinutí.
2.3.3 Nedostatek
Bezkomutátorový stejnosměrný motor s permanentními magnety Bezkomutátorový stejnosměrný motor s permanentními magnety je ovlivněn a omezen procesem materiálu s permanentními magnety, díky čemuž je rozsah výkonu bezkomutátorového stejnosměrného motoru s permanentními magnety malý a maximální výkon je pouze desítky kilowattů. Když je materiál permanentního magnetu vystaven vibracím, vysoké teplotě a přetěžovacímu proudu, jeho magnetická permeabilita se může snížit nebo demagnetizovat, což sníží výkon motoru s permanentním magnetem a v těžkých případech dokonce poškodí motor. K přetížení nedochází. V režimu konstantního výkonu je provoz bezkomutátorového stejnosměrného motoru s permanentními magnety komplikovaný a vyžaduje komplexní řídicí systém, což činí systém pohonu bezkomutátorového stejnosměrného motoru s permanentními magnety velmi drahým.
2.4 Spínaný reluktanční motor
2.4.1 Základní výkon spínaného reluktančního motoru
Spínaný reluktanční motor je nový typ motoru. Systém má mnoho zřejmých vlastností: jeho struktura je jednodušší než jakýkoli jiný motor a na rotoru motoru, ale pouze na statoru, nejsou žádné sběrací kroužky, vinutí a permanentní magnety. Je zde jednoduché koncentrované vinutí, konce vinutí jsou krátké a chybí mezifázová propojka, která se snadno udržuje a opravuje. Proto je spolehlivost dobrá a rychlost může dosáhnout 15 000 ot / min. Účinnost může dosáhnout 85 % až 93 %, což je vyšší hodnota než u střídavých indukčních motorů. Ztráta je hlavně ve statoru a motor se snadno chladí; rotor je permanentní magnet, který má široký rozsah regulace otáček a flexibilní řízení, kterým lze snadno dosáhnout různých speciálních požadavků na moment-otáčkovou charakteristiku a udržuje vysokou účinnost v širokém rozsahu. Je vhodnější pro požadavky na výkon elektrických vozidel.
2.4.2 Řídicí systém spínaného reluktančního motoru
Spínaný reluktanční motor má vysoký stupeň nelineární charakteristiky, proto je jeho pohonný systém složitější. Jeho řídicí systém obsahuje měnič výkonu.
A. Budící vinutí spínaného reluktančního motoru výkonového měniče, bez ohledu na dopředný proud nebo zpětný proud, směr točivého momentu zůstává nezměněn a perioda je komutována. Každá fáze potřebuje pouze výkonovou spínací trubici s menší kapacitou a obvod měniče výkonu je relativně jednoduchý, bez přímého selhání, dobrá spolehlivost, snadno implementovatelný měkký start a čtyřkvadrantový provoz systému a silná regenerační brzdná schopnost . Náklady jsou nižší než u invertorového řídicího systému střídavého třífázového indukčního motoru.
b. Ovladač
Regulátor se skládá z mikroprocesorů, digitálních logických obvodů a dalších komponent. Podle povelu zadaného řidičem mikroprocesor analyzuje a zpracovává polohu rotoru motoru zpětně vrácené detektorem polohy a proudovým detektorem současně, činí rozhodnutí v okamžiku a vydává řadu prováděcích povelů ovládat spínaný reluktanční motor. Přizpůsobte se provozu elektrických vozidel za různých podmínek. Výkon regulátoru a flexibilita nastavení závisí na výkonové spolupráci mezi softwarem a hardwarem mikroprocesoru.
C. Detektor polohy
Spínané reluktanční motory vyžadují vysoce přesné detektory polohy, které poskytují řídicímu systému signály o změnách polohy, rychlosti a proudu rotoru motoru, a vyžadují vyšší spínací frekvenci pro snížení hluku spínaného reluktančního motoru.
2.4.3 Nedostatky spínaných reluktančních motorů
Řídicí systém spínaného reluktančního motoru je o něco složitější než řídicí systémy jiných motorů. Detektor polohy je klíčovou součástí spínaného reluktančního motoru a jeho výkon má důležitý vliv na řídicí činnost spínaného reluktančního motoru. Vzhledem k tomu, že spínaný reluktanční motor je dvojitě výrazná konstrukce, dochází nevyhnutelně ke kolísání točivého momentu a hluk je hlavní nevýhodou spínaného reluktančního motoru. Výzkum v posledních letech však ukázal, že hluk spínaného reluktančního motoru lze zcela potlačit přijetím rozumné konstrukce, výroby a technologie řízení.
Navíc z důvodu velkého kolísání výstupního momentu spínaného reluktančního motoru a velkého kolísání stejnosměrného proudu výkonového měniče je potřeba na stejnosměrnou sběrnici instalovat velký filtrační kondenzátor.Automobily používaly různé elektromotory v různých historických obdobích, využívající stejnosměrný motor s nejlepším výkonem řízení a nižšími náklady. S neustálým vývojem technologie motorů, technologie výroby strojů, technologie výkonové elektroniky a technologie automatického řízení, AC motory. Bezkomutátorové stejnosměrné motory s permanentními magnety a spínané reluktanční motory vykazují lepší výkon než stejnosměrné motory a tyto motory postupně nahrazují stejnosměrné motory v elektrických vozidlech. Tabulka 1 porovnává základní výkon různých elektromotorů používaných v moderních elektromobilech. V současné době jsou náklady na motory na střídavý proud, motory s permanentními magnety, spínané reluktanční motory a jejich ovládací zařízení stále poměrně vysoké. Po sériové výrobě se ceny těchto motorů a řídicích zařízení jednotek rapidně sníží, což splní požadavky ekonomické výhodnosti a sníží cenu elektromobilů.
Čas odeslání: 24. března 2022