전기 자동차는 크게 모터 구동 시스템, 배터리 시스템, 차량 제어 시스템의 세 부분으로 구성됩니다. 모터 구동 시스템은 전기에너지를 기계에너지로 직접 변환하는 부품으로, 전기차의 성능 지표를 결정한다. 따라서 구동 모터의 선택이 특히 중요합니다.
환경 보호 환경에서 전기 자동차는 최근 몇 년 동안 연구 핫스팟이 되었습니다. 전기 자동차는 도시 교통에서 배출가스를 전혀 또는 매우 적게 달성할 수 있으며 환경 보호 분야에서 큰 이점을 가지고 있습니다. 모든 국가가 전기차 개발에 힘쓰고 있습니다. 전기 자동차는 크게 모터 구동 시스템, 배터리 시스템, 차량 제어 시스템의 세 부분으로 구성됩니다. 모터 구동 시스템은 전기에너지를 기계에너지로 직접 변환하는 부품으로, 전기차의 성능 지표를 결정한다. 따라서 구동 모터의 선택이 특히 중요합니다.
1. 전기 자동차의 구동 모터 요구 사항
현재 전기 자동차 성능 평가에서는 주로 다음 세 가지 성능 지표를 고려합니다.
(1) 최대 주행거리(km): 배터리를 완전히 충전한 후 전기자동차의 최대 주행거리
(2) 가속 능력(들): 전기 자동차가 정지 상태에서 특정 속도까지 가속하는 데 필요한 최소 시간
(3) 최대속도(km/h): 전기자동차가 도달할 수 있는 최대 속도.
전기 자동차의 주행 특성을 위해 설계된 모터는 산업용 모터에 비해 특별한 성능 요구 사항을 갖습니다.
(1) 전기 자동차 구동 모터는 일반적으로 빈번한 시동/정지, 가속/감속 및 토크 제어를 위해 높은 동적 성능 요구 사항을 요구합니다.
(2) 차량 전체의 무게를 줄이기 위해 일반적으로 다단 변속기가 취소되는데, 이는 모터가 저속에서 또는 경사를 오를 때 더 높은 토크를 제공할 수 있어야 하며 일반적으로 4~5배를 견딜 수 있어야 합니다. 과부하;
(3) 속도 조절 범위는 가능한 한 커야 함과 동시에 전체 속도 조절 범위 내에서 높은 작동 효율을 유지할 필요가 있습니다.
(4) 모터는 최대한 높은 정격속도를 갖도록 설계함과 동시에 알루미늄 합금 케이스를 최대한 사용하였습니다. 고속 모터는 크기가 작아 전기 자동차의 무게를 줄이는 데 도움이 됩니다.
(5) 전기자동차는 최적의 에너지 이용률을 가져야 하며, 에너지 회수를 제동하는 기능을 갖추어야 한다. 회생 제동으로 회수되는 에너지는 일반적으로 총 에너지의 10%-20%에 도달해야 합니다.
(6) 전기 자동차에 사용되는 모터의 작동 환경은 더욱 복잡하고 가혹하기 때문에 모터의 신뢰성과 환경 적응성이 좋아야 하며 동시에 모터 생산 비용이 너무 높아서는 안 됩니다.
2. 일반적으로 사용되는 여러 구동 모터
2.1 DC 모터
전기 자동차 개발 초기에는 대부분의 전기 자동차가 DC 모터를 구동 모터로 사용했습니다. 이러한 유형의 모터 기술은 상대적으로 성숙되었으며 제어 방법이 쉽고 속도 조절이 뛰어납니다. 이는 속도 조절 모터 분야에서 가장 널리 사용되었습니다. . 그러나 DC 모터는 브러시 및 기계식 정류자와 같은 복잡한 기계 구조로 인해 순간 과부하 용량 및 모터 속도의 추가 증가가 제한되며 장기간 작업의 경우 기계적 구조가 모터 손실이 발생하고 유지 보수 비용이 증가합니다. 또한, 모터가 작동 중일 때 브러시에서 발생하는 스파크는 로터를 가열시켜 에너지를 낭비하게 하고, 열 방출을 어렵게 만들고, 고주파 전자파 간섭을 발생시켜 차량 성능에 영향을 미치게 됩니다. DC 모터의 위와 같은 단점으로 인해 현재 전기 자동차는 기본적으로 DC 모터를 제거했습니다.
2.2 AC 비동기 모터
AC 비동기 모터는 업계에서 널리 사용되는 모터 유형입니다. 고정자와 회전자가 규소강판으로 적층된 것을 특징으로 한다. 양쪽 끝은 알루미늄 커버로 포장되어 있습니다. , 안정적이고 내구성이 뛰어난 작동, 쉬운 유지 관리. 동일한 전력의 DC 모터에 비해 AC 비동기 모터는 더 효율적이며 질량은 약 절반 정도 가볍습니다. 벡터 제어의 제어 방식을 채택하면 DC 모터에 필적하는 제어성과 넓은 속도 조절 범위를 얻을 수 있습니다. 고효율, 높은 비동력 및 고속 작동에 대한 적합성이라는 장점으로 인해 AC 비동기 모터는 고출력 전기 자동차에 가장 널리 사용되는 모터입니다. 현재 AC 비동기 모터는 대규모로 생산되었으며 선택할 수 있는 다양한 유형의 성숙한 제품이 있습니다. 그러나 고속 운전의 경우 모터의 회전자에 심각한 발열이 발생하므로 운전 중에는 모터를 냉각시켜야 합니다. 동시에 비동기 모터의 구동 및 제어 시스템은 매우 복잡하고 모터 본체 비용도 높습니다. 영구 자석 모터 및 스위치드 릴럭턴스 모터에 비해 비동기 모터의 효율과 전력 밀도가 낮아 전기 자동차의 최대 주행 거리 향상에 도움이 되지 않습니다.
2.3 영구자석 모터
영구 자석 모터는 고정자 권선의 다양한 전류 파형에 따라 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 하나는 직사각형 펄스파 전류를 갖는 브러시리스 DC 모터입니다. 다른 하나는 사인파 전류를 갖는 영구 자석 동기 모터입니다. 두 가지 유형의 모터는 기본적으로 구조와 작동 원리가 동일합니다. 로터는 영구 자석이므로 여기로 인한 손실을 줄입니다. 고정자에는 권선을 설치하여 교류를 통해 토크를 발생시키므로 냉각이 비교적 용이합니다. 이러한 유형의 모터는 브러시 및 기계적 정류 구조를 설치할 필요가 없기 때문에 작동 중에 정류 스파크가 발생하지 않으며 작동이 안전하고 신뢰할 수 있으며 유지 관리가 편리하고 에너지 활용률이 높습니다.
영구자석 모터의 제어 시스템은 AC 비동기 모터의 제어 시스템보다 간단합니다. 그러나 영구자석 소재 공정의 한계로 인해 영구자석 모터의 출력 범위가 작고, 최대 출력도 일반적으로 수천만에 불과하다는 것이 영구자석 모터의 가장 큰 단점이다. 동시에 로터의 영구 자석 재료는 고온, 진동 및 과전류 조건에서 자기 붕괴 현상을 가지므로 상대적으로 복잡한 작업 조건에서 영구 자석 모터가 손상되기 쉽습니다. 더욱이 영구자석 재료의 가격이 높기 때문에 모터 전체와 제어 시스템의 비용도 높다.
2.4 스위치드 릴럭턴스 모터
스위치드 릴럭턴스 모터는 새로운 유형의 모터로 다른 유형의 구동 모터에 비해 구조가 가장 간단합니다. 고정자와 회전자는 모두 일반 실리콘 강판으로 만들어진 이중 돌출 구조입니다. 로터에는 구조가 없습니다. 고정자에는 단순 집중 권선이 장착되어 있어 단순하고 견고한 구조, 높은 신뢰성, 경량, 저비용, 고효율, 낮은 온도 상승 및 유지 관리 용이성과 같은 많은 장점을 가지고 있습니다. 또한, DC 속도 제어 시스템의 제어성이 좋다는 우수한 특성을 갖고 있어 가혹한 환경에 적합하며, 전기자동차용 구동모터로 사용하기에 매우 적합합니다.
전기 자동차 구동 모터로서 DC 모터 및 영구 자석 모터는 구조 및 복잡한 작업 환경에 대한 적응성이 좋지 않고 기계적 및 감자 고장이 발생하기 쉽다는 점을 고려하여 본 논문에서는 스위치드 릴럭턴스 모터 및 AC 비동기 모터의 도입에 중점을 둡니다. 기계와 비교하면 다음과 같은 측면에서 분명한 이점이 있습니다.
2.4.1 모터 본체의 구조
스위치드 릴럭턴스 모터의 구조는 농형 유도 모터보다 간단합니다. 로터에 권선이 없고, 일반 실리콘 강판만으로 제작된다는 점이 가장 큰 장점입니다. 모터 전체 손실의 대부분이 고정자 권선에 집중되어 모터 제작이 간편하고, 절연성이 좋고, 냉각이 용이하며, 방열 특성이 우수합니다. 이러한 모터 구조는 모터의 크기와 무게를 줄일 수 있고, 적은 부피로 얻을 수 있다. 더 큰 출력 전력. 모터 회전자의 우수한 기계적 탄성으로 인해 초고속 작동에 스위치드 릴럭턴스 모터를 사용할 수 있습니다.
2.4.2 모터 구동 회로
스위치드 릴럭턴스 모터 구동 시스템의 상전류는 단방향이며 토크 방향과 관련이 없으며, 모터의 4사분면 작동 상태를 충족하기 위해 하나의 메인 스위칭 장치만 사용할 수 있습니다. 전력 변환 회로는 모터의 여자 권선과 직렬로 직접 연결되며, 각 상 회로는 독립적으로 전원을 공급합니다. 특정 상 권선이나 모터의 컨트롤러에 장애가 발생하더라도 더 큰 영향을 주지 않고 해당 상의 작동을 중지하기만 하면 됩니다. 따라서 모터 본체와 전력 변환기 모두 매우 안전하고 신뢰할 수 있으므로 비동기식 기계보다 열악한 환경에서 사용하기에 더 적합합니다.
2.4.3 모터 시스템의 성능 측면
스위치드 릴럭턴스 모터는 제어 매개변수가 많으며 적절한 제어 전략과 시스템 설계를 통해 전기 자동차의 4사분면 작동 요구 사항을 쉽게 충족할 수 있으며 고속 작동 영역에서 우수한 제동 능력을 유지할 수 있습니다. 스위치드 릴럭턴스 모터는 효율이 높을 뿐만 아니라, 다른 유형의 모터 구동 시스템과 비교할 수 없는 광범위한 속도 조절에 걸쳐 높은 효율을 유지합니다. 이 성능은 전기 자동차의 작동에 매우 적합하며 전기 자동차의 주행 범위를 향상시키는 데 매우 유용합니다.
3. 결론
본 논문의 초점은 전기 자동차 개발의 연구 핫스팟인 일반적으로 사용되는 다양한 구동 모터 속도 제어 시스템을 비교함으로써 전기 자동차용 구동 모터로서 스위치드 릴럭턴스 모터의 장점을 제시하는 것입니다. 이러한 유형의 특수 모터의 경우 실제 응용 분야에서 개발할 여지가 여전히 많습니다. 연구자들은 이론적 연구를 수행하기 위해 더 많은 노력을 기울여야 하며 동시에 이러한 유형의 모터의 실제 적용을 촉진하기 위해 시장의 요구를 결합해야 합니다.
게시 시간: 2022년 3월 24일