Zakaj se hitrost motorja povečuje in povečuje zaradi stroškov?

predgovor

 

 

Na »pomladanski konferenci Dongfeng Motor Brand 2023« 10. aprila je bila izdana nova blagovna znamka energetske moči Mach E. E pomeni električno, visoko učinkovitost, varčevanje z energijo in zaščito okolja.Mach E v glavnem sestavljajo tri glavne proizvodne platforme: električni pogon, baterija in energetski dodatek.

 

Med njimi ima Machov električni pogonski del naslednje značilnosti:

 

  • Motor s tehnologijo rotorja, prevlečenega z ogljikovimi vlakni, hitrost lahko doseže 30.000 vrt / min;
  • hlajenje olja;
  • Stator s ploščato žico z 1 režo in 8 žicami;
  • Krmilnik SiC, ki ga je sam razvil;
  • Največja učinkovitost sistema lahko doseže 94,5%.

 

V primerjavi z drugimi tehnologijami,rotor, prevlečen z ogljikovimi vlakni, in največja hitrost 30.000 vrt./min sta postala najbolj izrazita poudarka tega električnega pogona.

 

微信图片_20230419181816
Električni pogon Mach E 30000rpm

 

Visoki RPM in nizki stroški intrinzično Linke

Največja hitrost novega energetskega motorja se je povečala z začetnih 10.000 vrt/min na zdaj splošno priljubljenih 15.000–18.000 vrt/min.Pred kratkim so podjetja lansirala električne pogonske sisteme z več kot 20.000 vrtljaji na minuto, zakaj je torej hitrost novih energetskih motorjev čedalje večja?

 

Da, stroškovno usmerjeni rezultati!

 

Sledi analiza razmerja med hitrostjo motorja in ceno motorja na teoretični in simulacijski ravni.

 

Nov energijsko čist električni pogonski sistem na splošno vključuje tri dele, motor, krmilnik motorja in menjalnik.Krmilnik motorja je vhodna stran električne energije, menjalnik je izhodna stran mehanske energije, motor pa je enota za pretvorbo električne in mehanske energije.Njegov način delovanja je, da krmilnik vnaša električno energijo (tok * napetost) v motor.Z medsebojnim delovanjem električne in magnetne energije znotraj motorja oddaja mehansko energijo (hitrost*navor) v menjalnik.Menjalnik poganja vozilo s prilagajanjem hitrosti in navora motorja prek prestavnega razmerja.

 

Z analizo formule navora motorja je razvidno, da je izhodni navor motorja T2 v pozitivni korelaciji s prostornino motorja.

 

微信图片_20230419181827
 

N je število obratov statorja, I je vhodni tok statorja, B je gostota zračnega toka, R je polmer jedra rotorja in L je dolžina jedra motorja.

 

V primeru zagotavljanja števila obratov motorja, vhodnega toka krmilnika in gostote pretoka zračne reže motorja, če se zahteva po izhodnem navoru T2 motorja zmanjša, se dolžina ali premer železno jedro se lahko zmanjša.

 

Sprememba dolžine jedra motorja ne vključuje spremembe matrice za vtiskovanje statorja in rotorja, sprememba pa je relativno preprosta, zato je običajna operacija določitev premera jedra in zmanjšanje dolžine jedra. .

 

Ko se dolžina železnega jedra zmanjša, se zmanjša količina elektromagnetnih materialov (železno jedro, magnetno jeklo, navitje motorja) motorja.Elektromagnetni materiali predstavljajo relativno velik delež stroškov motorja, kar predstavlja približno 72 %.Če je navor mogoče zmanjšati, se bodo stroški motorja znatno zmanjšali.

 

微信图片_20230419181832
 

Sestava stroškov motorja

 

Ker imajo nova energetska vozila fiksno povpraševanje po navoru na koncu kolesa, je treba, če naj se zmanjša izhodni navor motorja, povečati razmerje hitrosti menjalnika, da se zagotovi navor na koncu kolesa vozila.

 

n1=n2/r

T1=T2×r

n1 je hitrost konca kolesa, n2 je hitrost motorja, T1 je navor konca kolesa, T2 je navor motorja in r je redukcijsko razmerje.

 

In ker imajo nova energetska vozila še vedno zahtevo po največji hitrosti, se bo po povečanju razmerja hitrosti menjalnika zmanjšala tudi največja hitrost vozila, kar je nesprejemljivo, zato je treba povečati hitrost motorja.

 

Če povzamem,ko motor zmanjša navor in pospeši, lahko z razumnim razmerjem hitrosti zmanjša stroške motorja, hkrati pa zagotovi povpraševanje po moči vozila.

Vpliv pospeška detorzije na druge lastnosti01Po zmanjšanju navora in pospeševanju se dolžina jedra motorja zmanjša, ali bo to vplivalo na moč? Poglejmo formulo moči.

 

微信图片_20230419181837
U je fazna napetost, I je vhodni tok statorja, cos∅ je faktor moči in η je učinkovitost.

 

Iz formule je razvidno, da v formuli izhodne moči motorja ni parametrov, povezanih z velikostjo motorja, zato sprememba dolžine jedra motorja malo vpliva na moč.

 

Sledi rezultat simulacije zunanjih karakteristik določenega motorja. V primerjavi z zunanjo karakteristično krivuljo se dolžina železnega jedra zmanjša, izhodni navor motorja postane manjši, vendar se največja izhodna moč ne spremeni veliko, kar potrjuje tudi zgornjo teoretično izpeljavo.

微信图片_20230419181842

Primerjava zunanjih karakterističnih krivulj moči in navora motorja z različnimi dolžinami železnega jedra

 

02Povečanje hitrosti motorja postavlja višje zahteve pri izbiri ležajev, za zagotovitev življenjske dobe ležajev pa so potrebni visokohitrostni ležaji.

03Motorji z visoko hitrostjo so primernejši za hlajenje olja, kar lahko odpravi težave pri izbiri oljnega tesnila, hkrati pa zagotovi odvajanje toplote.

04Zaradi visoke hitrosti motorja se lahko razmisli o uporabi motorja z okroglo žico namesto motorja s ploščato žico, da se zmanjša izguba izmeničnega toka v navitju pri visoki hitrosti.

05Ko je število polov motorja določeno, se delovna frekvenca motorja poveča zaradi povečanja hitrosti. Da bi zmanjšali tokovne harmonike, je potrebno povečati preklopno frekvenco napajalnega modula. Zato je krmilnik SiC z visoko preklopno frekvenčno upornostjo dober partner za visokohitrostne motorje.

06Da bi zmanjšali izgubo železa pri visoki hitrosti, je treba upoštevati izbiro feromagnetnih materialov z nizko izgubo in visoko trdnostjo.

07Zagotovite, da se rotor ne more poškodovati zaradi prevelike hitrosti pri 1,2-kratni največji hitrosti, kot je optimizacija magnetnega izolacijskega mostu, prevleka iz ogljikovih vlaken itd.

 

微信图片_20230419181847
Slika tkanja ogljikovih vlaken

 

Povzemite

 

 

Povečanje hitrosti motorja lahko prihrani stroške motorja, vendar je treba uravnoteženo upoštevati tudi povečanje stroškov drugih komponent.Visokohitrostni motorji bodo razvojna smer električnih pogonskih sistemov. To ni samo način za prihranek stroškov, ampak tudi odraz tehnične ravni podjetja.Razvoj in proizvodnja visokohitrostnih motorjev je še vedno izjemno težavna. Poleg uporabe novih materialov in novih procesov zahteva tudi duh odličnosti elektrotehnikov.


Čas objave: 19. aprila 2023