Žmonių sambūvis su aplinka ir tvarus pasaulio ekonomikos vystymasis skatina žmones ieškoti mažai taršos ir išteklius tausojančios transporto priemonės, o elektrinių transporto priemonių naudojimas neabejotinai yra perspektyvus sprendimas.
Šiuolaikinės elektrinės transporto priemonės yra visapusiški produktai, kuriuose integruotos įvairios aukštųjų technologijų technologijos, tokios kaip elektra, elektronika, mechaninis valdymas, medžiagų mokslas ir cheminės technologijos. Bendras veikimo efektyvumas, ekonomiškumas ir kt. pirmiausia priklauso nuo akumuliatoriaus sistemos ir variklio pavaros valdymo sistemos. Elektromobilio variklio pavaros sistema paprastai susideda iš keturių pagrindinių dalių, būtent valdiklio. Galios keitikliai, varikliai ir jutikliai. Šiuo metu elektrinėse transporto priemonėse naudojami varikliai paprastai apima nuolatinės srovės variklius, asinchroninius variklius, perjungiamus reluktancijos variklius ir nuolatinius magnetus be šepetėlių.
1. Pagrindiniai elektromobilių reikalavimai elektros varikliams
Elektrinių transporto priemonių eksploatavimas, skirtingai nei įprastas pramoninis pritaikymas, yra labai sudėtingas. Todėl reikalavimai pavaros sistemai yra labai aukšti.
1.1 Elektrinių transporto priemonių varikliai turėtų pasižymėti didele momentine galia, stipria perkrovos galia, perkrovos koeficientu nuo 3 iki 4, geromis pagreičio savybėmis ir ilgu tarnavimo laiku.
1.2 Elektrinių transporto priemonių varikliai turėtų turėti platų greičio reguliavimo diapazoną, įskaitant pastovų sukimo momento plotą ir pastovios galios sritį. Pastovaus sukimo momento srityje reikalingas didelis sukimo momentas, kai važiuojama mažu greičiu, kad atitiktų paleidimo ir pakilimo reikalavimus; pastovios galios srityje reikalingas didelis greitis, kai reikalingas mažas sukimo momentas, kad atitiktų važiavimo dideliu greičiu lygiais keliais reikalavimus. Reikalauti.
1.3 Elektrinių transporto priemonių elektrinis variklis turėtų sugebėti stabdyti regeneracinį stabdymą, kai transporto priemonė lėtėja, atgauti ir grąžinti energiją į akumuliatorių, kad elektromobilyje būtų geriausias energijos panaudojimo koeficientas, kurio neįmanoma pasiekti transporto priemonėje su vidaus degimo varikliu. .
1.4 Elektrinių transporto priemonių elektrinis variklis turėtų būti labai efektyvus visame veikimo diapazone, kad padidėtų kreiserinis nuotolis vienu įkrovimu.
Be to, taip pat reikalaujama, kad elektromobilių elektrinis variklis būtų patikimas, galėtų ilgai veikti atšiaurioje aplinkoje, būtų paprastos konstrukcijos ir būtų tinkamas masinei gamybai, mažai triukšmingas eksploatacijos metu, būtų paprastas naudoti ir prižiūrėti, ir yra pigu.
2 Elektrinių transporto priemonių elektros variklių tipai ir valdymo būdai
2.1 DC
Varikliai Pagrindiniai šlifuotų nuolatinės srovės variklių privalumai yra paprastas valdymas ir brandi technologija. Jis turi puikias valdymo charakteristikas, neprilygstamas kintamosios srovės varikliams. Ankstyvosiose elektrinėse transporto priemonėse dažniausiai naudojami nuolatinės srovės varikliai, o net ir dabar kai kurios elektrinės transporto priemonės vis dar varomos nuolatinės srovės varikliais. Tačiau dėl šepečių ir mechaninių komutatorių egzistavimo tai ne tik riboja tolesnį variklio perkrovos pajėgumo ir greičio gerinimą, bet ir reikalauja dažnos priežiūros bei šepečių ir komutatorių keitimo, jei jis veikia ilgą laiką. Be to, kadangi rotorius patiria nuostolių, sunku išsklaidyti šilumą, o tai riboja tolesnį variklio sukimo momento ir masės santykio gerinimą. Atsižvelgiant į minėtus nuolatinės srovės variklių defektus, nuolatinės srovės varikliai iš esmės nenaudojami naujai sukurtose elektrinėse transporto priemonėse.
2.2 AC trifazis indukcinis variklis
2.2.1 Pagrindinės kintamosios srovės trifazio indukcinio variklio veikimas
Kintamosios srovės trifaziai indukciniai varikliai yra plačiausiai naudojami varikliai. Statorius ir rotorius yra laminuoti silicio plieno lakštais, tarp statorių nėra slydimo žiedų, komutatorių ir kitų vienas su kitu besiliečiančių komponentų. Paprasta konstrukcija, patikimas veikimas ir ilgaamžiškumas. Kintamosios srovės indukcinio variklio galios aprėptis yra labai plati, o greitis siekia 12000 ~ 15000r/min. Galima naudoti aušinimą oru arba aušinimą skysčiu, su dideliu aušinimo laisve. Jis gerai prisitaiko prie aplinkos ir gali realizuoti regeneracinį grįžtamąjį stabdymą. Palyginti su tos pačios galios nuolatinės srovės varikliu, efektyvumas yra didesnis, kokybė sumažėja maždaug perpus, kaina yra pigi, o priežiūra yra patogi.
2.2.2 Valdymo sistema
kintamosios srovės asinchroninis variklis Kadangi kintamosios srovės trifazis indukcinis variklis negali tiesiogiai naudoti akumuliatoriaus tiekiamos nuolatinės srovės, o kintamosios srovės trifazis indukcinis variklis turi netiesines išvesties charakteristikas. Todėl elektra varomoje transporto priemonėje, kurioje naudojamas kintamosios srovės trifazis indukcinis variklis, būtina naudoti keitiklio galios puslaidininkinį įtaisą, kad nuolatinė srovė būtų paversta kintamąja srove, kurios dažnis ir amplitudė gali būti reguliuojami, kad būtų galima valdyti kintamosios srovės srovę. trifazis variklis. Daugiausia yra v/f valdymo metodas ir slydimo dažnio valdymo metodas.
Naudojant vektorinio valdymo metodą, valdomas kintamosios srovės trifazio asinchroninio variklio sužadinimo apvijos kintamos srovės dažnis ir įvesties kintamosios srovės trifazio indukcinio variklio gnybtų reguliavimas, sukamojo magnetinio lauko magnetinis srautas ir sukimo momentas. kintamosios srovės trifazio asinchroninio variklio valdomi ir realizuojamas kintamosios srovės trifazio indukcinio variklio pakeitimas. Greitis ir išėjimo sukimo momentas gali atitikti apkrovos kitimo charakteristikų reikalavimus ir gali pasiekti didžiausią efektyvumą, todėl kintamosios srovės trifazis indukcinis variklis gali būti plačiai naudojamas elektrinėse transporto priemonėse.
2.2.3 Trūkumai
Kintamosios srovės trifazis indukcinis variklis Kintamosios srovės trifazio indukcinio variklio energijos suvartojimas yra didelis, o rotorių lengva įkaisti. Būtina užtikrinti kintamosios srovės trifazio indukcinio variklio aušinimą dirbant dideliu greičiu, kitaip variklis bus pažeistas. Kintamosios srovės trifazio indukcinio variklio galios koeficientas yra mažas, todėl dažnio keitimo ir įtampos keitimo įrenginio įėjimo galios koeficientas taip pat yra mažas, todėl būtina naudoti didelės talpos dažnio keitimo ir įtampos keitimo įrenginį. Kintamosios srovės trifazio asinchroninio variklio valdymo sistemos kaina yra daug didesnė nei paties kintamosios srovės trifazio asinchroninio variklio, o tai padidina elektromobilio kainą. Be to, kintamosios srovės trifazio indukcinio variklio greičio reguliavimas taip pat prastas.
2.3 Nuolatinio magneto bešepetėlis nuolatinės srovės variklis
2.3.1 Pagrindinis nuolatinio magneto bešepetėlio nuolatinės srovės variklio veikimas
Nuolatinio magneto bešepetėlis nuolatinės srovės variklis yra didelio našumo variklis. Didžiausias jo bruožas yra tai, kad jis turi nuolatinės srovės variklio išorines charakteristikas be mechaninės kontaktinės struktūros, sudarytos iš šepečių. Be to, jame yra nuolatinio magneto rotorius ir nėra sužadinimo nuostolių: šildoma armatūros apvija sumontuota ant išorinio statoriaus, kuris lengvai išsklaido šilumą. Todėl nuolatinio magneto bešepetėlis nuolatinės srovės variklis neturi komutavimo kibirkščių, neturi radijo trukdžių, ilgaamžiškumo ir patikimo veikimo. , lengva priežiūra. Be to, jo greičio neriboja mechaninis komutavimas, o jei naudojami oriniai guoliai ar magnetinės pakabos guoliai, jis gali suktis iki kelių šimtų tūkstančių apsisukimų per minutę. Palyginti su nuolatinio magneto bešepetėliu nuolatinės srovės variklių sistema, ji turi didesnį energijos tankį ir didesnį efektyvumą bei turi gerą pritaikymo galimybę elektrinėse transporto priemonėse.
2.3.2 Nuolatinio magneto bešepetėlio nuolatinės srovės variklio valdymo sistema
Tipiškas nuolatinio magneto bešepetėlis nuolatinės srovės variklis yra beveik atsiejimo vektoriaus valdymo sistema. Kadangi nuolatinis magnetas gali sukurti tik fiksuotos amplitudės magnetinį lauką, nuolatinio magneto bešepetė nuolatinės srovės variklio sistema yra labai svarbi. Jis tinka naudoti pastovaus sukimo momento srityje, paprastai naudojant srovės histerezės valdymą arba srovės grįžtamojo ryšio tipo SPWM metodą. Siekiant dar labiau padidinti greitį, nuolatinio magneto bešepetėlis nuolatinės srovės variklis taip pat gali naudoti lauko silpninimo valdymą. Lauko susilpnėjimo valdymo esmė yra padidinti fazės srovės fazės kampą, kad būtų užtikrintas tiesioginės ašies išmagnetinimo potencialas, kad susilpnėtų srauto jungtis statoriaus apvijoje.
2.3.3 Nepakankamas
Nuolatinio magneto bešepetėlis nuolatinės srovės variklis Nuolatinio magneto bešepetį nuolatinės srovės variklį veikia ir riboja nuolatinio magneto medžiagos procesas, todėl nuolatinio magneto bešepetėlio nuolatinės srovės variklio galios diapazonas yra mažas, o maksimali galia yra tik dešimtys kilovatų. Kai nuolatinio magneto medžiaga yra veikiama vibracijos, aukštos temperatūros ir perkrovos srovės, jos magnetinis pralaidumas gali sumažėti arba išmagnetėti, o tai sumažins nuolatinio magneto variklio našumą ir netgi sugadins variklį sunkiais atvejais. Perkrova neatsiranda. Nuolatinės galios režimu nuolatinio magneto bešepetėlis nuolatinės srovės variklis yra sudėtingas ir reikalauja sudėtingos valdymo sistemos, todėl nuolatinio magneto bešepetėlio nuolatinės srovės variklio pavaros sistema yra labai brangi.
2.4 Perjungiamas varžos variklis
2.4.1 Pagrindinis perjungiamo pasipriešinimo variklio veikimas
Perjungiamas pasipriešinimo variklis yra naujo tipo variklis. Sistema turi daug akivaizdžių savybių: jos konstrukcija paprastesnė nei bet kurio kito variklio, o ant variklio rotoriaus nėra jokių slydimo žiedų, apvijų ir nuolatinių magnetų, o tik ant statoriaus. Yra paprasta koncentruota apvija, apvijos galai trumpi, nėra tarpfazinio trumpiklio, kurį lengva prižiūrėti ir taisyti. Todėl patikimumas yra geras, o greitis gali siekti 15000 aps./min. Efektyvumas gali siekti nuo 85% iki 93%, o tai yra didesnis nei kintamosios srovės indukcinių variklių. Nuostoliai daugiausia yra statoriuje, o variklį lengva aušinti; rotorius yra nuolatinis magnetas, turintis platų greičio reguliavimo diapazoną ir lankstų valdymą, kuriuo lengva pasiekti įvairius specialius sukimo momento greičio charakteristikų reikalavimus ir išlaiko aukštą efektyvumą plačiame diapazone. Jis labiau tinka elektromobilių galios reikalavimams.
2.4.2 Perjungiamo pasipriešinimo variklio valdymo sistema
Perjungiamas pasipriešinimo variklis turi aukštą netiesinių charakteristikų laipsnį, todėl jo pavaros sistema yra sudėtingesnė. Jo valdymo sistemoje yra galios keitiklis.
a. Galios keitiklio įjungto reluktanto variklio sužadinimo apvijaNepriklausomai nuo tiesioginės ar atvirkštinės srovės, sukimo momento kryptis išlieka nepakitusi, o periodas keičiamas. Kiekvienai fazei reikia tik mažesnės talpos maitinimo jungiklio vamzdelio, o galios keitiklio grandinė yra gana paprasta, nėra tiesioginio gedimo, geras patikimumas, lengvai įgyvendinamas minkštas paleidimas ir keturių kvadrantų sistemos veikimas bei stipri regeneracinio stabdymo galimybė. . Kaina yra mažesnė nei kintamosios srovės trifazio indukcinio variklio inverterio valdymo sistema.
b. Valdiklis
Valdiklį sudaro mikroprocesoriai, skaitmeninės loginės grandinės ir kiti komponentai. Pagal vairuotojo įvestą komandą, mikroprocesorius vienu metu analizuoja ir apdoroja variklio rotoriaus padėtį, kurią grąžina padėties detektorius ir srovės detektorius, ir akimirksniu priima sprendimus bei pateikia eilę vykdymo komandų. valdyti įjungtą pasipriešinimo variklį. Prisitaikykite prie elektrinių transporto priemonių veikimo įvairiomis sąlygomis. Valdiklio našumas ir reguliavimo lankstumas priklauso nuo mikroprocesoriaus programinės ir techninės įrangos bendradarbiavimo.
c. Padėties detektorius
Perjungiamiems reluktansiniams varikliams reikalingi didelio tikslumo padėties detektoriai, kurie valdymo sistemai teiktų signalus apie variklio rotoriaus padėties, greičio ir srovės pasikeitimus, o norint sumažinti perjungiamo pasipriešinimo variklio triukšmą, reikalingas didesnis perjungimo dažnis.
2.4.3 Perjungiamų varžos variklių trūkumai
Perjungiamo pasipriešinimo variklio valdymo sistema yra šiek tiek sudėtingesnė nei kitų variklių valdymo sistemos. Padėties detektorius yra pagrindinis įjungiamo pasipriešinimo variklio komponentas, o jo veikimas turi didelę įtaką įjungiamo pasipriešinimo variklio valdymui. Kadangi perjungiamas pasipriešinimo variklis yra dvigubai svarbi struktūra, neišvengiamai atsiranda sukimo momento svyravimai, o triukšmas yra pagrindinis perjungiamo pasipriešinimo variklio trūkumas. Tačiau pastarųjų metų tyrimai parodė, kad perjungiamo pasipriešinimo variklio triukšmą galima visiškai nuslopinti taikant pagrįstą projektavimo, gamybos ir valdymo technologiją.
Be to, dėl didelio įjungiamo pasipriešinimo variklio išėjimo sukimo momento svyravimų ir didelio galios keitiklio nuolatinės srovės svyravimo, nuolatinės srovės magistralėse reikia sumontuoti didelį filtro kondensatorių.Skirtingais istoriniais laikotarpiais automobiliai buvo naudojami skirtingais elektros varikliais, naudojant nuolatinės srovės variklį, pasižymintį geriausiu valdymo našumu ir mažesnėmis sąnaudomis. Nuolat tobulinant variklių technologijas, mašinų gamybos technologijas, galios elektronikos technologijas ir automatinio valdymo technologijas, kintamosios srovės variklius. Nuolatiniai magnetai be šepetėlių nuolatinės srovės varikliai ir perjungiami pasipriešinimo varikliai pasižymi geresniu našumu nei nuolatinės srovės varikliai, ir šie varikliai palaipsniui pakeičia nuolatinės srovės variklius elektrinėse transporto priemonėse. 1 lentelėje palyginamos pagrindinės įvairių šiuolaikinėse elektrinėse transporto priemonėse naudojamų elektros variklių savybės. Šiuo metu kintamosios srovės variklių, nuolatinių magnetų variklių, komutuojamųjų reluktancijos variklių ir jų valdymo įtaisų kaina vis dar yra gana didelė. Po masinės gamybos šių variklių ir agregatų valdymo prietaisų kainos sparčiai mažės, o tai atitiks ekonominės naudos reikalavimus ir leis sumažinti elektromobilių kainą.
Paskelbimo laikas: 2022-03-24