Los vehículos eléctricos se componen principalmente de tres partes: sistema de propulsión del motor, sistema de batería y sistema de control del vehículo. El sistema de propulsión del motor es la parte que convierte directamente la energía eléctrica en energía mecánica, lo que determina los indicadores de rendimiento de los vehículos eléctricos. Por eso es especialmente importante la selección del motor de accionamiento.
En el ámbito de la protección del medio ambiente, los vehículos eléctricos también se han convertido en los últimos años en un foco de investigación. Los vehículos eléctricos pueden alcanzar emisiones nulas o muy bajas en el tráfico urbano y tienen enormes ventajas en el ámbito de la protección medioambiental. Todos los países están trabajando duro para desarrollar vehículos eléctricos. Los vehículos eléctricos se componen principalmente de tres partes: sistema de propulsión del motor, sistema de batería y sistema de control del vehículo. El sistema de propulsión del motor es la parte que convierte directamente la energía eléctrica en energía mecánica, lo que determina los indicadores de rendimiento de los vehículos eléctricos. Por eso es especialmente importante la selección del motor de accionamiento.
1. Requisitos para vehículos eléctricos para motores de propulsión
En la actualidad, la evaluación del desempeño de los vehículos eléctricos considera principalmente los siguientes tres indicadores de desempeño:
(1) Kilometraje máximo (km): el kilometraje máximo del vehículo eléctrico después de que la batería esté completamente cargada;
(2) Capacidad(es) de aceleración: el tiempo mínimo necesario para que un vehículo eléctrico acelere desde parado hasta una determinada velocidad;
(3) Velocidad máxima (km/h): la velocidad máxima que puede alcanzar un vehículo eléctrico.
Los motores diseñados para las características de conducción de los vehículos eléctricos tienen requisitos de rendimiento especiales en comparación con los motores industriales:
(1) El motor de accionamiento del vehículo eléctrico generalmente requiere altos requisitos de rendimiento dinámico para arranques/paradas, aceleración/desaceleración y control de par frecuentes;
(2) Para reducir el peso de todo el vehículo, generalmente se cancela la transmisión de varias velocidades, lo que requiere que el motor pueda proporcionar un par más alto a baja velocidad o al subir una pendiente, y generalmente puede soportar 4-5 veces la sobrecarga;
(3) Se requiere que el rango de regulación de velocidad sea lo más grande posible y, al mismo tiempo, es necesario mantener una alta eficiencia operativa dentro de todo el rango de regulación de velocidad;
(4) El motor está diseñado para tener una velocidad nominal lo más alta posible y, al mismo tiempo, se utiliza una carcasa de aleación de aluminio tanto como sea posible. El motor de alta velocidad es de tamaño pequeño, lo que favorece la reducción del peso de los vehículos eléctricos;
(5) Los vehículos eléctricos deben tener un uso óptimo de la energía y tener la función de recuperación de energía de frenado. La energía recuperada mediante el frenado regenerativo debería alcanzar generalmente entre el 10% y el 20% de la energía total;
(6) El entorno de trabajo del motor utilizado en los vehículos eléctricos es más complejo y severo, lo que requiere que el motor tenga buena confiabilidad y adaptabilidad ambiental y, al mismo tiempo, garantice que el costo de producción del motor no pueda ser demasiado alto.
2. Varios motores de accionamiento de uso común.
motor 2.1 CC
En la etapa inicial del desarrollo de los vehículos eléctricos, la mayoría de los vehículos eléctricos utilizaban motores de CC como motores de accionamiento. Este tipo de tecnología de motor es relativamente madura, con métodos de control sencillos y una excelente regulación de velocidad. Solía ser el más utilizado en el campo de los motores de regulación de velocidad. . Sin embargo, debido a la compleja estructura mecánica del motor de CC, como: escobillas y conmutadores mecánicos, su capacidad de sobrecarga instantánea y el aumento adicional de la velocidad del motor son limitados, y en el caso de trabajo a largo plazo, la estructura mecánica de el motor se generará pérdidas y se incrementarán los costos de mantenimiento. Además, cuando el motor está en marcha, las chispas de las escobillas hacen que el rotor se caliente, desperdicien energía, dificulten la disipación del calor y también provoquen interferencias electromagnéticas de alta frecuencia, que afectan el rendimiento del vehículo. Debido a las deficiencias mencionadas anteriormente de los motores de CC, los vehículos eléctricos actuales básicamente han eliminado los motores de CC.
Motor asíncrono de 2,2 CA
El motor asíncrono de CA es un tipo de motor que se utiliza ampliamente en la industria. Se caracteriza porque el estator y el rotor están laminados por láminas de acero al silicio. Ambos extremos están empaquetados con cubiertas de aluminio. Funcionamiento fiable y duradero, fácil mantenimiento. En comparación con el motor de CC de la misma potencia, el motor asíncrono de CA es más eficiente y su masa es aproximadamente la mitad más ligera. Si se adopta el método de control de control vectorial, se puede obtener controlabilidad y un rango de regulación de velocidad más amplio comparable al del motor de CC. Debido a las ventajas de alta eficiencia, alta potencia específica e idoneidad para operación a alta velocidad, los motores asíncronos de CA son los motores más utilizados en vehículos eléctricos de alta potencia. En la actualidad, los motores asíncronos de CA se producen a gran escala y existen varios tipos de productos maduros para elegir. Sin embargo, en el caso de funcionamiento a alta velocidad, el rotor del motor se calienta mucho y el motor debe enfriarse durante el funcionamiento. Al mismo tiempo, el sistema de accionamiento y control del motor asíncrono es muy complicado y el coste del cuerpo del motor también es alto. En comparación con los motores de imán permanente y los motores de reluctancia conmutada, la eficiencia y la densidad de potencia de los motores asíncronos son bajas, lo que no favorece el kilometraje máximo de los vehículos eléctricos.
2.3 Motor de imán permanente
Los motores de imanes permanentes se pueden dividir en dos tipos según las diferentes formas de onda de corriente de los devanados del estator: uno es un motor de CC sin escobillas, que tiene una corriente de onda de pulso rectangular; el otro es un motor síncrono de imán permanente, que tiene una corriente de onda sinusoidal. Los dos tipos de motores son básicamente iguales en estructura y principio de funcionamiento. Los rotores son imanes permanentes, lo que reduce las pérdidas provocadas por la excitación. El estator está equipado con devanados para generar par a través de corriente alterna, por lo que el enfriamiento es relativamente fácil. Debido a que este tipo de motor no necesita instalar escobillas ni estructura de conmutación mecánica, no se generarán chispas de conmutación durante la operación, la operación es segura y confiable, el mantenimiento es conveniente y la tasa de utilización de energía es alta.
El sistema de control del motor de imán permanente es más simple que el sistema de control del motor asíncrono de CA. Sin embargo, debido a la limitación del proceso del material de imán permanente, el rango de potencia del motor de imán permanente es pequeño y la potencia máxima es generalmente de solo decenas de millones, que es la mayor desventaja del motor de imán permanente. Al mismo tiempo, el material del imán permanente en el rotor tendrá un fenómeno de decadencia magnética en condiciones de alta temperatura, vibración y sobrecorriente, por lo que en condiciones de trabajo relativamente complejas, el motor de imán permanente es propenso a dañarse. Además, el precio de los materiales magnéticos permanentes es alto, por lo que el costo de todo el motor y su sistema de control es alto.
2.4 Motor de reluctancia conmutada
Como nuevo tipo de motor, el motor de reluctancia conmutada tiene la estructura más simple en comparación con otros tipos de motores de accionamiento. El estator y el rotor son estructuras de doble saliente hechas de láminas de acero al silicio ordinarias. No hay estructura en el rotor. El estator está equipado con un devanado concentrado simple, que tiene muchas ventajas como estructura simple y sólida, alta confiabilidad, peso ligero, bajo costo, alta eficiencia, bajo aumento de temperatura y fácil mantenimiento. Además, tiene las excelentes características de buena controlabilidad del sistema de control de velocidad de CC, es adecuado para entornos hostiles y es muy adecuado para su uso como motor de accionamiento para vehículos eléctricos.
Teniendo en cuenta que los motores de accionamiento de vehículos eléctricos, los motores de CC y los motores de imanes permanentes tienen poca adaptabilidad en estructura y entornos de trabajo complejos, y son propensos a fallas mecánicas y de desmagnetización, este artículo se centra en la introducción de motores de reluctancia conmutada y motores asíncronos de CA. En comparación con la máquina, tiene ventajas obvias en los siguientes aspectos.
2.4.1 La estructura del cuerpo del motor.
La estructura del motor de reluctancia conmutada es más simple que la del motor de inducción de jaula de ardilla. Su destacada ventaja es que no hay devanado en el rotor y está hecho únicamente de láminas de acero al silicio ordinarias. La mayor parte de las pérdidas de todo el motor se concentra en el devanado del estator, lo que hace que el motor sea sencillo de fabricar, tenga buen aislamiento, sea fácil de enfriar y tenga excelentes características de disipación de calor. Esta estructura de motor puede reducir el tamaño y el peso del motor y puede obtenerse con un volumen pequeño. mayor potencia de salida. Debido a la buena elasticidad mecánica del rotor del motor, se pueden utilizar motores de reluctancia conmutada para funcionamiento a velocidad ultraalta.
2.4.2 Circuito de accionamiento del motor
La corriente de fase del sistema de accionamiento del motor de reluctancia conmutada es unidireccional y no tiene nada que ver con la dirección del par, y solo se puede utilizar un dispositivo de conmutación principal para cumplir con el estado de funcionamiento de cuatro cuadrantes del motor. El circuito convertidor de potencia está conectado directamente en serie con el devanado de excitación del motor y cada circuito de fase suministra energía de forma independiente. Incluso si falla un determinado devanado de fase o el controlador del motor, solo necesita detener el funcionamiento de la fase sin causar un impacto mayor. Por tanto, tanto el cuerpo del motor como el convertidor de potencia son muy seguros y fiables, por lo que son más adecuados para su uso en entornos hostiles que las máquinas asíncronas.
2.4.3 Aspectos de rendimiento del sistema motor
Los motores de reluctancia conmutada tienen muchos parámetros de control y es fácil cumplir con los requisitos del funcionamiento de vehículos eléctricos en cuatro cuadrantes mediante estrategias de control y diseño de sistemas adecuados, y puede mantener una excelente capacidad de frenado en áreas de operación de alta velocidad. Los motores de reluctancia conmutada no solo tienen una alta eficiencia, sino que también mantienen una alta eficiencia en un amplio rango de regulación de velocidad, lo que no tiene comparación con otros tipos de sistemas de accionamiento de motor. Este rendimiento es muy adecuado para el funcionamiento de vehículos eléctricos y es muy beneficioso para mejorar la autonomía de crucero de los vehículos eléctricos.
3. Conclusión
El objetivo de este artículo es presentar las ventajas del motor de reluctancia conmutada como motor de accionamiento para vehículos eléctricos mediante la comparación de varios sistemas de control de velocidad del motor de accionamiento de uso común, que es un punto de investigación en el desarrollo de vehículos eléctricos. Para este tipo de motor especial todavía hay mucho margen de desarrollo en aplicaciones prácticas. Los investigadores deben esforzarse más en realizar investigaciones teóricas y, al mismo tiempo, es necesario combinar las necesidades del mercado para promover la aplicación de este tipo de motores en la práctica.
Hora de publicación: 24-mar-2022