Suživot ljudi s okolišem i održivi razvoj globalnog gospodarstva tjeraju ljude da traže sredstva prijevoza s niskim emisijama i resursima, a korištenje električnih vozila nedvojbeno je obećavajuće rješenje.
Moderna električna vozila sveobuhvatni su proizvodi koji integriraju različite tehnologije visoke tehnologije kao što su električna energija, elektronika, mehaničko upravljanje, znanost o materijalima i kemijska tehnologija. Ukupni radni učinak, ekonomičnost itd. prvo ovise o sustavu baterija i sustavu upravljanja motornim pogonom. Sustav motornog pogona električnog vozila općenito se sastoji od četiri glavna dijela, odnosno kontrolera. Pretvarači snage, motori i senzori. Trenutačno motori koji se koriste u električnim vozilima općenito uključuju istosmjerne motore, indukcijske motore, reluktantne motore i motore bez četkica s trajnim magnetima.
1. Osnovni zahtjevi električnih vozila za elektromotore
Rad električnih vozila, za razliku od opće industrijske primjene, vrlo je složen. Stoga su zahtjevi za pogonski sustav vrlo visoki.
1.1 Motori za električna vozila trebaju imati značajke velike trenutne snage, jake sposobnosti preopterećenja, koeficijenta preopterećenja od 3 do 4), dobrih performansi ubrzanja i dugog vijeka trajanja.
1.2 Motori za električna vozila trebaju imati širok raspon regulacije brzine, uključujući područje konstantnog momenta i područje konstantne snage. U području konstantnog zakretnog momenta potreban je veliki zakretni moment kada se vozi pri maloj brzini kako bi se ispunili zahtjevi pokretanja i penjanja; u području konstantne snage, potrebna je velika brzina kada je potreban nizak okretni moment kako bi se zadovoljili zahtjevi vožnje velikom brzinom na ravnim cestama. Zahtijevati.
1.3 Električni motor za električna vozila trebao bi moći realizirati regenerativno kočenje kada vozilo usporava, oporaviti i vratiti energiju u bateriju, tako da električno vozilo ima najbolju stopu iskorištenja energije, što se ne može postići u vozilu s motorom s unutarnjim izgaranjem .
1.4 Električni motor za električna vozila treba imati visoku učinkovitost u cijelom radnom rasponu, kako bi se poboljšao domet krstarenja s jednim punjenjem.
Osim toga, također se zahtijeva da električni motor za električna vozila ima dobru pouzdanost, može dugo raditi u teškim uvjetima, ima jednostavnu strukturu i prikladan je za masovnu proizvodnju, ima nisku razinu buke tijekom rada, jednostavan je za korištenje i održavati, a jeftin je.
2 Vrste i metode upravljanja električnim motorima za električna vozila
2.1 DC
Motori Glavne prednosti brušenih istosmjernih motora su jednostavno upravljanje i razvijena tehnologija. Ima izvrsna svojstva upravljanja bez premca u AC motorima. U rano razvijenim električnim vozilima uglavnom se koriste istosmjerni motori, a čak i sada neka električna vozila još uvijek pokreću istosmjerni motori. Međutim, zbog postojanja četkica i mehaničkih komutatora, ne samo da ograničava daljnje poboljšanje kapaciteta preopterećenja i brzine motora, već također zahtijeva često održavanje i zamjenu četkica i komutatora ako radi dulje vrijeme. Osim toga, budući da gubitak postoji na rotoru, teško je odvoditi toplinu, što ograničava daljnje poboljšanje omjera momenta i mase motora. S obzirom na gore navedene nedostatke istosmjernih motora, istosmjerni motori se u osnovi ne koriste u novorazvijenim električnim vozilima.
2.2 AC trofazni indukcijski motor
2.2.1 Osnovna izvedba trofaznog asinkronog motora izmjenične struje
Trofazni indukcijski motori izmjenične struje su najrašireniji motori. Stator i rotor su laminirani silikonskim čeličnim pločama, a između statora nema kliznih prstenova, komutatora i drugih komponenti koje su u međusobnom kontaktu. Jednostavna struktura, pouzdan rad i izdržljivost. Pokrivenost snage AC indukcijskog motora je vrlo široka, a brzina doseže 12000 ~ 15000 o/min. Može se koristiti hlađenje zrakom ili tekućinom, s visokim stupnjem slobode hlađenja. Ima dobru prilagodljivost okolini i može ostvariti regenerativno povratno kočenje. U usporedbi s istosmjernim motorom iste snage, učinkovitost je veća, kvaliteta je smanjena za oko polovicu, cijena je jeftina, a održavanje je praktično.
2.2.2 Sustav upravljanja
izmjeničnog indukcijskog motora Budući da izmjenični trofazni indukcijski motor ne može izravno koristiti istosmjernu struju koju daje baterija, a izmjenični trofazni indukcijski motor ima nelinearne izlazne karakteristike. Stoga je u električnom vozilu koje koristi izmjenični trofazni indukcijski motor potrebno koristiti poluvodički uređaj snage u pretvaraču za pretvaranje istosmjerne struje u izmjeničnu struju čija se frekvencija i amplituda mogu podešavati kako bi se ostvarila kontrola izmjenične struje. trofazni motor. Uglavnom postoje metode kontrole v/f i metode kontrole frekvencije klizanja.
Pomoću metode vektorskog upravljanja kontrolira se frekvencija izmjenične struje pobudnog namota AC trofaznog indukcijskog motora i podešavanje stezaljke ulaznog AC trofaznog indukcijskog motora, magnetski tok i moment okretnog magnetskog polja. izmjeničnog trofaznog asinkronog motora upravljaju, te se ostvaruje promjena izmjeničnog trofaznog asinkronog motora. Brzina i izlazni moment mogu zadovoljiti zahtjeve karakteristika promjene opterećenja i mogu postići najveću učinkovitost, tako da se AC trofazni indukcijski motor može široko koristiti u električnim vozilima.
2.2.3 Nedostaci od
AC trofazni indukcijski motor Potrošnja energije AC trofaznog indukcijskog motora je velika, a rotor se lako zagrijava. Potrebno je osigurati hlađenje AC trofaznog indukcijskog motora tijekom rada na velikim brzinama, inače će se motor oštetiti. Faktor snage AC trofaznog asinkronog motora je nizak, tako da je ulazni faktor snage uređaja za pretvorbu frekvencije i napona također nizak, pa je potrebno koristiti uređaj za pretvorbu frekvencije i napona velikog kapaciteta. Cijena upravljačkog sustava AC trofaznog asinkronog motora znatno je veća od cijene samog AC trofaznog asinkronog motora, što povećava cijenu električnog vozila. Osim toga, regulacija brzine AC trofaznog asinkronog motora također je loša.
2.3 DC motor bez četkica s trajnim magnetom
2.3.1 Osnovna izvedba istosmjernog motora bez četkica s permanentnim magnetom
DC motor s trajnim magnetom bez četkica je motor visokih performansi. Njegova najveća značajka je što ima vanjske karakteristike istosmjernog motora bez mehaničke kontaktne strukture sastavljene od četkica. Osim toga, koristi rotor s trajnim magnetom i nema gubitka pobude: grijani namot armature ugrađen je na vanjski stator, koji lako odvodi toplinu. Stoga, istosmjerni motor bez četkica s trajnim magnetom nema komutacijske iskre, nema radio smetnji, ima dug životni vijek i pouzdan rad. , jednostavno održavanje. Osim toga, njegova brzina nije ograničena mehaničkom komutacijom, a ako se koriste zračni ležajevi ili magnetski ovjesni ležajevi, može raditi do nekoliko stotina tisuća okretaja u minuti. U usporedbi sa sustavom istosmjernog motora bez četkica s trajnim magnetom, ima veću gustoću energije i veću učinkovitost te ima dobre izglede za primjenu u električnim vozilima.
2.3.2 Upravljački sustav istosmjernog motora bez četkica s permanentnim magnetom
Tipični istosmjerni motor bez četkica s permanentnim magnetom je kvazi-razdvojni vektorski kontrolni sustav. Budući da permanentni magnet može generirati samo magnetsko polje fiksne amplitude, sustav istosmjernog motora bez četkica s permanentnim magnetom vrlo je važan. Prikladan je za rad u području konstantnog zakretnog momenta, općenito koristeći strujnu histereznu kontrolu ili SPWM metodu strujne povratne sprege. Kako bi se dodatno povećala brzina, DC motor bez četkica s trajnim magnetom također može koristiti kontrolu slabljenja polja. Bit kontrole slabljenja polja je pomicanje faznog kuta fazne struje kako bi se osigurao potencijal demagnetizacije izravne osi za slabljenje fluks veze u namotu statora.
2.3.3 Nedovoljnost
Istosmjerni motor bez četkica s trajnim magnetom Na istosmjerni motor bez četkica s permanentnim magnetom utječe i ograničava proces izrade materijala s permanentnim magnetom, što čini raspon snage istosmjernog motora bez četkica s permanentnim magnetom malim, a maksimalna snaga iznosi samo desetke kilovata. Kada je materijal trajnog magneta izložen vibracijama, visokoj temperaturi i struji preopterećenja, njegova se magnetska propusnost može smanjiti ili demagnetizirati, što će smanjiti rad motora s permanentnim magnetom, pa čak i oštetiti motor u teškim slučajevima. Ne dolazi do preopterećenja. U režimu konstantne snage, DC motor bez četkica s trajnim magnetom kompliciran je za rad i zahtijeva složen sustav upravljanja, što pogonski sustav DC motora bez četkica s permanentnim magnetom čini vrlo skupim.
2.4 Preklopni reluktantni motor
2.4.1 Osnovna izvedba reluktantnog motora
Reluktantni motor je nova vrsta motora. Sustav ima mnogo očitih značajki: struktura mu je jednostavnija od bilo kojeg drugog motora, a nema kliznih prstenova, namota i trajnih magneta na rotoru motora, već samo na statoru. Postoji jednostavan koncentrirani namot, krajevi namota su kratki, a nema međufaznog skakača, koji se lako održava i popravlja. Stoga je pouzdanost dobra, a brzina može doseći 15000 o/min. Učinkovitost može doseći 85% do 93%, što je više od učinkovitosti AC indukcijskih motora. Gubitak je uglavnom u statoru, a motor se lako hladi; rotor je trajni magnet koji ima širok raspon regulacije brzine i fleksibilnu kontrolu, čime se lako postižu različiti posebni zahtjevi karakteristika momenta brzine i održava visoku učinkovitost u širokom rasponu. Pogodniji je za zahtjeve u pogledu snage električnih vozila.
2.4.2 Upravljački sustav reluktantnog motora
Reluktantni motor ima visok stupanj nelinearnih karakteristika, stoga je njegov pogonski sustav složeniji. Njegov sustav upravljanja uključuje pretvarač snage.
a. Uzbudni namot reluktantnog motora pretvarača snage, bez obzira na struju prema naprijed ili unatrag, smjer zakretnog momenta ostaje nepromijenjen, a period se mijenja. Za svaku fazu potrebna je samo cijev prekidača napajanja s manjim kapacitetom, a strujni krug pretvarača snage je relativno jednostavan, nema ravnopravnih kvarova, dobre je pouzdanosti, lako se implementira meki start i rad sustava u četiri kvadranta, te snažna sposobnost regenerativnog kočenja . Cijena je niža od inverterskog upravljačkog sustava AC trofaznog indukcijskog motora.
b. Kontrolor
Kontroler se sastoji od mikroprocesora, digitalnih logičkih sklopova i drugih komponenti. Prema ulazu naredbe od strane vozača, mikroprocesor analizira i obrađuje položaj rotora motora koji mu se javlja od detektora položaja i detektora struje u isto vrijeme, i donosi odluke u trenutku, i izdaje niz naredbi za izvršenje upravljati reluktantnim motorom. Prilagoditi se radu električnih vozila u različitim uvjetima. Performanse regulatora i fleksibilnost podešavanja ovise o suradnji između softvera i hardvera mikroprocesora.
c. Detektor položaja
Preklopni reluktantski motori zahtijevaju detektore položaja visoke preciznosti kako bi upravljačkom sustavu dali signale o promjenama položaja, brzine i struje rotora motora, te zahtijevaju višu frekvenciju preklapanja kako bi se smanjila buka preklopnog reluktantnog motora.
2.4.3 Nedostaci sklopno-reluktantnih motora
Upravljački sustav reluktantnog motora s prekidačem malo je kompliciraniji od upravljačkih sustava drugih motora. Detektor položaja je ključna komponenta reluktantnog motora s prekidačem i njegova izvedba ima važan utjecaj na upravljanje reluktantnim motorom s prekidačem. Budući da je sklopno-reluktantski motor dvostruko istaknuta struktura, neizbježna je fluktuacija zakretnog momenta, a buka je glavni nedostatak sklopko-reluktantnog motora. Međutim, istraživanja posljednjih godina pokazala su da se buka motora s uključenom reluktancijom može u potpunosti potisnuti usvajanjem razumne tehnologije dizajna, proizvodnje i upravljanja.
Osim toga, zbog velike fluktuacije izlaznog momenta reluktantnog motora i velike fluktuacije istosmjerne struje pretvarača snage, na istosmjernu sabirnicu potrebno je ugraditi veliki filterski kondenzator.Automobili su usvojili različite električne motore u različitim povijesnim razdobljima, koristeći istosmjerni motor s najboljim upravljačkim performansama i nižom cijenom. Uz kontinuirani razvoj tehnologije motora, tehnologije proizvodnje strojeva, tehnologije energetske elektronike i tehnologije automatskog upravljanja, AC motori. Istosmjerni motori bez četkica s trajnim magnetom i motori s uključenom reluktancijom pokazuju superiorne performanse u odnosu na istosmjerne motore i ti motori postupno zamjenjuju istosmjerne motore u električnim vozilima. Tablica 1 uspoređuje osnovne performanse različitih elektromotora koji se koriste u modernim električnim vozilima. Trenutačno su troškovi motora na izmjeničnu struju, motora s trajnim magnetima, reluktantnih motora i njihovih upravljačkih uređaja još uvijek relativno visoki. Nakon masovne proizvodnje, cijene ovih motora i uređaja za upravljanje jedinicama brzo će pasti, što će zadovoljiti zahtjeve ekonomske koristi i smanjiti cijenu električnih vozila.
Vrijeme objave: 24. ožujka 2022