A convivencia do ser humano co medio ambiente e o desenvolvemento sostible da economía global fan que as persoas teñan ganas de buscar un medio de transporte de baixas emisións e eficientes en recursos, e o uso de vehículos eléctricos é, sen dúbida, unha solución prometedora.
Os vehículos eléctricos modernos son produtos completos que integran diversas tecnoloxías de alta tecnoloxía como a electricidade, a electrónica, o control mecánico, a ciencia dos materiais e a tecnoloxía química. O rendemento operativo global, a economía, etc. dependen primeiro do sistema de batería e do sistema de control de accionamento do motor. O sistema de accionamento do motor dun vehículo eléctrico consta xeralmente de catro partes principais, a saber, o controlador. Convertedores de potencia, motores e sensores. Na actualidade, os motores utilizados nos vehículos eléctricos inclúen xeralmente motores de corrente continua, motores de indución, motores de reluctancia conmutada e motores sen escobillas de imán permanente.
1. Requisitos básicos dos vehículos eléctricos para motores eléctricos
O funcionamento dos vehículos eléctricos, a diferenza das aplicacións industriais xerais, é moi complexo. Polo tanto, os requisitos para o sistema de accionamento son moi altos.
1.1 Os motores para vehículos eléctricos deben ter as características de gran potencia instantánea, forte capacidade de sobrecarga, coeficiente de sobrecarga de 3 a 4), bo rendemento de aceleración e longa vida útil.
1.2 Os motores para vehículos eléctricos deben ter unha ampla gama de regulación de velocidade, incluíndo área de par constante e área de potencia constante. Na zona de torque constante, requírese un alto torque cando se executa a baixa velocidade para cumprir os requisitos de arranque e ascenso; na zona de potencia constante, requírese alta velocidade cando se require un torque baixo para cumprir os requisitos da condución a alta velocidade en estradas planas. Esixir.
1.3 O motor eléctrico para vehículos eléctricos debe ser capaz de realizar a freada rexenerativa cando o vehículo desacelera, recupera e retroalimenta enerxía á batería, de xeito que o vehículo eléctrico teña a mellor taxa de utilización de enerxía, que non se pode conseguir no vehículo con motor de combustión interna. .
1.4 O motor eléctrico para vehículos eléctricos debe ter unha alta eficiencia en todo o rango de funcionamento, para mellorar o rango de cruceiro dunha carga.
Ademais, tamén se require que o motor eléctrico para vehículos eléctricos teña unha boa fiabilidade, poida funcionar durante moito tempo nun ambiente duro, teña unha estrutura sinxela e sexa adecuado para a produción en masa, teña un ruído baixo durante a operación e sexa fácil de usar. e manter, e é barato.
2 Tipos e métodos de control de motores eléctricos para vehículos eléctricos
2.1 DC
Motores As principais vantaxes dos motores de corrente continua con escobillas son o control sinxelo e a tecnoloxía madura. Ten excelentes características de control inigualables polos motores AC. Nos primeiros vehículos eléctricos desenvolvidos, os motores de corrente continua utilízanse principalmente, e aínda agora, algúns vehículos eléctricos aínda son impulsados por motores de corrente continua. Non obstante, debido á existencia de escobillas e conmutadores mecánicos, non só limita a mellora da capacidade e velocidade de sobrecarga do motor, senón que tamén require un mantemento frecuente e a substitución de escobillas e conmutadores se este funciona durante moito tempo. Ademais, dado que a perda existe no rotor, é difícil disipar a calor, o que limita a mellora da relación par motor-masa. Tendo en conta os defectos anteriores dos motores de corrente continua, os motores de corrente continua non se usan basicamente nos vehículos eléctricos de recente desenvolvemento.
2.2 Motor de indución trifásico de CA
2.2.1 Rendemento básico do motor de indución trifásico de CA
Os motores de indución trifásicos de CA son os motores máis utilizados. O estator e o rotor están laminados con chapas de aceiro de silicio e non hai aneis deslizantes, conmutadores e outros compoñentes que estean en contacto entre os estatores. Estrutura sinxela, funcionamento fiable e duradeiro. A cobertura de enerxía do motor de indución de CA é moi ampla e a velocidade alcanza 12000 ~ 15000r/min. Pódese utilizar refrixeración por aire ou por líquido, cun alto grao de liberdade de arrefriamento. Ten unha boa adaptabilidade ao medio ambiente e pode realizar freadas de retroalimentación rexenerativa. En comparación co mesmo motor de corrente continua, a eficiencia é maior, a calidade redúcese preto da metade, o prezo é barato e o mantemento é conveniente.
2.2.2 O sistema de control
do motor de indución de CA Debido a que o motor de indución de CA trifásico non pode usar directamente a enerxía de CC subministrada pola batería, e o motor de indución de CA trifásico ten características de saída non lineais. Polo tanto, nun vehículo eléctrico que utiliza un motor de indución trifásico de CA, é necesario utilizar o dispositivo semicondutor de potencia do inversor para converter a corrente continua nunha corrente alterna cuxa frecuencia e amplitude se poden axustar para realizar o control da CA. motor trifásico. Existen principalmente métodos de control v/f e métodos de control de frecuencia de deslizamento.
Usando o método de control vectorial, contrólanse a frecuencia da corrente alterna do enrolamento de excitación do motor de indución trifásico CA e o axuste terminal do motor de indución trifásico CA de entrada, o fluxo magnético e o par do campo magnético xiratorio. do motor de indución trifásico de CA están controlados e realízase o cambio do motor de indución trifásico de CA. A velocidade e o par de saída poden cumprir os requisitos das características de cambio de carga e poden obter a maior eficiencia, polo que o motor de indución trifásico de CA pode ser amplamente utilizado en vehículos eléctricos.
2.2.3 Deficiencias de
Motor de indución trifásico de CA O consumo de enerxía do motor de indución trifásico de CA é grande e o rotor é fácil de quentar. É necesario garantir o arrefriamento do motor de indución trifásico de CA durante o funcionamento a alta velocidade, se non, o motor estará danado. O factor de potencia do motor de indución trifásico de CA é baixo, polo que o factor de potencia de entrada do dispositivo de conversión de frecuencia e tensión tamén é baixo, polo que é necesario utilizar un dispositivo de conversión de frecuencia e tensión de gran capacidade. O custo do sistema de control do motor de indución trifásico de CA é moito maior que o do propio motor de indución trifásico de CA, o que aumenta o custo do vehículo eléctrico. Ademais, a regulación de velocidade do motor de indución trifásico de CA tamén é pobre.
2.3 Motor DC sen escobillas de imán permanente
2.3.1 Rendemento básico do motor DC sen escobillas de imán permanente
O motor DC sen escobillas de imán permanente é un motor de alto rendemento. A súa maior característica é que ten as características externas dun motor de corrente continua sen unha estrutura de contacto mecánica composta por escobillas. Ademais, adopta un rotor de imán permanente e non hai perdas de excitación: o enrolamento da armadura quente está instalado no estator exterior, que é fácil de disipar a calor. Polo tanto, o motor de CC sen escobillas de imán permanente non ten faíscas de conmutación, sen interferencias de radio, longa vida útil e funcionamento fiable. , fácil mantemento. Ademais, a súa velocidade non está limitada pola conmutación mecánica, e se se usan rodamentos de aire ou de suspensión magnética, pode funcionar ata varios centos de miles de revolucións por minuto. En comparación co sistema de motor DC sen escobillas de imán permanente, ten unha maior densidade de enerxía e maior eficiencia, e ten unha boa perspectiva de aplicación en vehículos eléctricos.
2.3.2 O sistema de control do motor DC sen escobillas de imán permanente O
O típico motor de corrente continua sen escobillas de imán permanente é un sistema de control vectorial de case desacoplamento. Dado que o imán permanente só pode xerar un campo magnético de amplitude fixa, o sistema de motor DC sen escobillas de imán permanente é moi importante. É axeitado para funcionar na rexión de par constante, xeralmente usando o control de histérese actual ou o método SPWM de tipo de retroalimentación actual para completar. Para ampliar aínda máis a velocidade, o motor de CC sen escobillas de imán permanente tamén pode usar o control de debilitamento do campo. A esencia do control do debilitamento do campo é avanzar no ángulo de fase da corrente de fase para proporcionar un potencial de desmagnetización do eixe directo para debilitar a conexión de fluxo no enrolamento do estator.
2.3.3 Insuficiencia de
Motor de CC sen escobillas de imán permanente O motor de CC sen escobillas de imán permanente vese afectado e restrinxido polo proceso de material de imán permanente, o que fai que o rango de potencia do motor de CC sen escobillas de imán permanente sexa pequeno e a potencia máxima é de só decenas de quilovatios. Cando o material do imán permanente está sometido a vibracións, temperaturas elevadas e corrente de sobrecarga, a súa permeabilidade magnética pode diminuír ou desmagnetizarse, o que reducirá o rendemento do motor do imán permanente e mesmo danará o motor en casos graves. Non se produce sobrecarga. No modo de potencia constante, o motor de CC sen escobillas de imán permanente é complicado de operar e require un sistema de control complexo, o que fai que o sistema de accionamento do motor de CC sen escobillas de imán permanente sexa moi caro.
2.4 Motor de reluctancia conmutada
2.4.1 Rendemento básico do motor de reluctancia conmutada
O motor de reluctancia conmutada é un novo tipo de motor. O sistema ten moitas características obvias: a súa estrutura é máis sinxela que calquera outro motor e non hai aneis deslizantes, enrolamentos e imáns permanentes no rotor do motor, senón só no estator. Hai un enrolamento concentrado sinxelo, os extremos do enrolamento son curtos e non hai un puente de interfase, que é fácil de manter e reparar. Polo tanto, a fiabilidade é boa e a velocidade pode alcanzar as 15000 r/min. A eficiencia pode chegar ao 85% ao 93%, que é superior á dos motores de indución de CA. A perda prodúcese principalmente no estator e o motor é fácil de arrefriar; o rotor é un imán permanente, que ten un amplo rango de regulación de velocidade e control flexible, que é fácil de acadar varios requisitos especiais de características de par e velocidade e mantén unha alta eficiencia nun amplo rango. É máis axeitado para os requisitos de rendemento de enerxía dos vehículos eléctricos.
2.4.2 Sistema de control de motor de reluctancia conmutada
O motor de reluctancia conmutada ten un alto grao de características non lineais, polo tanto, o seu sistema de accionamento é máis complexo. O seu sistema de control inclúe un conversor de potencia.
a. O devanado de excitación do motor de reluctancia conmutada do conversor de potencia, non importa a corrente directa ou inversa, a dirección do par permanece inalterada e o período conmútase. Cada fase só necesita un tubo de interruptor de enerxía cunha capacidade menor, e o circuíto do conversor de enerxía é relativamente sinxelo, sen fallos directos, boa fiabilidade, arranque suave doado de implementar e operación de catro cuadrantes do sistema e forte capacidade de freado rexenerativo. . O custo é inferior ao do sistema de control do inversor do motor de indución trifásico de CA.
b. Controlador
O controlador está composto por microprocesadores, circuítos lóxicos dixitais e outros compoñentes. Segundo o comando introducido polo condutor, o microprocesador analiza e procesa a posición do rotor do motor alimentado polo detector de posición e o detector de corrente ao mesmo tempo, e toma decisións nun instante e emite unha serie de ordes de execución para controlar o motor de reluctancia conmutada. Adaptarse ao funcionamento dos vehículos eléctricos en diferentes condicións. O rendemento do controlador e a flexibilidade do axuste dependen da cooperación de rendemento entre o software e o hardware do microprocesador.
c. Detector de posición
Os motores de reluctancia conmutada requiren detectores de posición de alta precisión para proporcionar ao sistema de control sinais de cambios na posición, velocidade e corrente do rotor do motor, e requiren unha frecuencia de conmutación máis alta para reducir o ruído do motor de reluctancia conmutada.
2.4.3 Deficiencias dos motores de reluctancia conmutada
O sistema de control do motor de reluctancia conmutada é un pouco máis complicado que os sistemas de control doutros motores. O detector de posición é o compoñente clave do motor de reluctancia conmutada, e o seu rendemento ten unha influencia importante na operación de control do motor de reluctancia conmutada. Dado que o motor de reluctancia conmutada é unha estrutura dobremente salientable, hai inevitablemente unha flutuación do par e o ruído é a principal desvantaxe do motor de reluctancia conmutada. Non obstante, a investigación dos últimos anos demostrou que o ruído do motor de reluctancia conmutada pode suprimirse por completo adoptando unha tecnoloxía de deseño, fabricación e control razoables.
Ademais, debido á gran flutuación do par de saída do motor de reluctancia conmutada e á gran flutuación da corrente continua do conversor de enerxía, é necesario instalar un gran capacitor de filtro no bus de CC.Os coches adoptaron diferentes motores eléctricos en diferentes períodos históricos, utilizando o motor de corrente continua co mellor rendemento de control e menor custo. Co desenvolvemento continuo da tecnoloxía de motores, tecnoloxía de fabricación de maquinaria, tecnoloxía de electrónica de potencia e tecnoloxía de control automático, motores de CA. Os motores de corrente continua sen escobillas de imán permanente e os motores de reluctancia conmutada mostran un rendemento superior aos motores de corrente continua, e estes motores están substituíndo gradualmente aos motores de corrente continua nos vehículos eléctricos. A táboa 1 compara o rendemento básico de varios motores eléctricos utilizados nos vehículos eléctricos modernos. Na actualidade, o custo dos motores de corrente alterna, motores de imán permanente, motores de reluctancia conmutada e os seus dispositivos de control aínda é relativamente alto. Despois da produción en masa, os prezos destes motores e dispositivos de control de unidades diminuirán rapidamente, o que cumprirá os requisitos de beneficios económicos e fará que o prezo dos vehículos eléctricos redúzase.
Hora de publicación: 24-mar-2022