Суживот људи са животном средином и одрживи развој глобалне економије чине људе жељним тражења нискоемисионог и ресурсно ефикасног превозног средства, а употреба електричних возила је несумњиво обећавајуће решење.
Савремена електрична возила су свеобухватни производи који интегришу различите технологије високе технологије као што су електрична енергија, електроника, механичко управљање, наука о материјалима и хемијска технологија. Укупне радне перформансе, економичност итд. прво зависе од система батерија и управљачког система моторног погона. Систем моторног погона електричног возила углавном се састоји од четири главна дела, односно контролера. Претварачи снаге, мотори и сензори. Тренутно, мотори који се користе у електричним возилима углавном укључују ДЦ моторе, индукционе моторе, моторе са комутацијом релуктантности и моторе без четкица са перманентним магнетом.
1. Основни захтеви електричних возила за електромоторе
Рад електричних возила, за разлику од опште индустријске примене, веома је сложен. Због тога су захтеви за погонским системом веома високи.
1.1 Мотори за електрична возила треба да имају карактеристике велике тренутне снаге, јак капацитет преоптерећења, коефицијент преоптерећења од 3 до 4), добре перформансе убрзања и дуг радни век.
1.2 Мотори за електрична возила треба да имају широк опсег регулације брзине, укључујући област константног обртног момента и област константне снаге. У области константног обртног момента, потребан је велики обртни момент када се трчи при малој брзини да би се испунили захтеви за стартовање и пењање; у области константне снаге, велика брзина је потребна када је потребан мали обртни момент да би се испунили захтеви за вожњу великом брзином на равним путевима. Захтевај.
1.3 Електромотор за електрична возила треба да буде у стању да реализује регенеративно кочење када возило успорава, поврати енергију и поврати енергију у батерију, тако да електрично возило има најбољу стопу искоришћења енергије, што се не може постићи у возилу са мотором са унутрашњим сагоревањем .
1.4 Електромотор за електрична возила треба да има високу ефикасност у читавом радном опсегу, како би се побољшао домет крстарења са једним пуњењем.
Поред тога, потребно је и да електрични мотор за електрична возила има добру поузданост, да може дуго да ради у тешким условима, да има једноставну структуру и да је погодан за масовну производњу, да има ниску буку током рада, да је једноставан за употребу и одржава, и јефтин је.
2 Врсте и методе управљања електромоторима за електрична возила
2.1 ДЦ
Мотори Главне предности брушених ДЦ мотора су једноставна контрола и зрела технологија. Има одличне контролне карактеристике без премца код мотора на наизменичну струју. У рано развијеним електричним возилима углавном се користе ДЦ мотори, а чак и сада нека електрична возила још увек покрећу ДЦ мотори. Међутим, због постојања четкица и механичких комутатора, то не само да ограничава даље побољшање преоптерећења и брзине мотора, већ захтева и често одржавање и замену четкица и комутатора ако ради дуже време. Поред тога, пошто губитак постоји на ротору, тешко је одвести топлоту, што ограничава даље побољшање односа обртног момента и масе мотора. С обзиром на горе наведене недостатке ДЦ мотора, ДЦ мотори се у основи не користе у новоразвијеним електричним возилима.
2.2 АЦ трофазни асинхрони мотор
2.2.1 Основне перформансе АЦ трофазног асинхроног мотора
АЦ трофазни асинхрони мотори су најчешће коришћени мотори. Статор и ротор су ламинирани силиконским челичним лимовима, а између статора нема клизних прстенова, комутатора и других компоненти које су у међусобном контакту. Једноставна структура, поуздан рад и издржљив. Покривеност снаге индукционог мотора наизменичне струје је веома широка, а брзина достиже 12000 ~ 15000 о/мин. Може се користити ваздушно или течно хлађење, са високим степеном слободе хлађења. Има добру прилагодљивост околини и може да реализује регенеративно кочење са повратном спрегом. У поређењу са ДЦ мотором исте снаге, ефикасност је већа, квалитет је смањен за око пола, цена је јефтина, а одржавање је згодно.
2.2.2 Систем управљања
индукционог мотора на наизменичну струју Пошто трофазни индукциони мотор наизменичне струје не може директно да користи једносмерну струју коју напаја батерија, а трофазни индукциони мотор наизменичне струје има нелинеарне излазне карактеристике. Стога, у електричном возилу које користи трофазни индукциони мотор наизменичне струје, потребно је користити полупроводнички уређај у инвертору за претварање једносмерне струје у наизменичну струју чија се фреквенција и амплитуда могу подесити да би се остварила контрола наизменичне струје. трофазни мотор. Постоје углавном в/ф методе контроле и методе контроле фреквенције клизања.
Методом векторске контроле контролише се фреквенција наизменичне струје побудног намотаја трофазног индукционог мотора наизменичне струје и подешавање терминала улазног трофазног индукционог мотора наизменичне струје, магнетни флукс и обртни момент ротирајућег магнетног поља. АЦ трофазног асинхроног мотора се контролишу, а реализује се промена трофазног асинхроног мотора наизменичне струје. Брзина и излазни обртни момент могу испунити захтеве карактеристика промене оптерећења и могу добити највећу ефикасност, тако да се трофазни индукциони мотор наизменичне струје може широко користити у електричним возилима.
2.2.3 Недостаци
АЦ трофазни индукциони мотор Потрошња енергије трофазног индукционог мотора наизменичне струје је велика, а ротор се лако загреје. Неопходно је обезбедити хлађење трофазног индукционог мотора наизменичне струје током рада велике брзине, иначе ће мотор бити оштећен. Фактор снаге трофазног индукционог мотора наизменичне струје је низак, тако да је улазни фактор снаге уређаја за конверзију фреквенције и напона такође низак, па је неопходно користити уређај за претварање фреквенције и претварање напона великог капацитета. Трошкови контролног система трофазног асинхроног мотора наизменичне струје су много већи од трошкова самог трофазног индукционог мотора наизменичне струје, што повећава цену електричног возила. Поред тога, регулација брзине трофазног индукционог мотора наизменичне струје је такође лоша.
2.3 ДЦ мотор са сталним магнетом без четкица
2.3.1 Основне перформансе ДЦ мотора без четкица са перманентним магнетом
ДЦ мотор са сталним магнетом без четкица је мотор високих перформанси. Његова највећа карактеристика је да има спољашње карактеристике ДЦ мотора без механичке контактне структуре састављене од четкица. Поред тога, усваја ротор перманентног магнета и нема губитка побуде: загрејани намотај арматуре је инсталиран на спољашњем статору, који лако одводи топлоту. Стога, ДЦ мотор без четкица са перманентним магнетом нема комутационих варница, нема радио сметњи, дуг животни век и поуздан рад. , лако одржавање. Поред тога, његова брзина није ограничена механичком комутацијом, а ако се користе ваздушни лежајеви или лежајеви са магнетном суспензијом, може да ради до неколико стотина хиљада обртаја у минути. У поређењу са системом ДЦ мотора без четкица без четкица, он има већу густину енергије и већу ефикасност и има добру перспективу примене у електричним возилима.
2.3.2 Систем управљања ДЦ мотора без четкица са перманентним магнетом
типичан ДЦ мотор без четкица са перманентним магнетом је квази-раздвојни векторски контролни систем. Пошто перманентни магнет може да генерише само магнетно поље фиксне амплитуде, систем ДЦ мотора без четкица је веома важан. Погодан је за рад у региону константног обртног момента, генерално користећи контролу хистерезе струје или СПВМ методу типа повратне струје. У циљу даљег повећања брзине, ДЦ мотор без четкица са перманентним магнетом такође може користити контролу слабљења поља. Суштина контроле слабљења поља је да унапреди фазни угао фазне струје да би се обезбедио потенцијал демагнетизације директне осе да би се ослабила веза флукса у намотају статора.
2.3.3 Недовољност
Перманентни магнет без четкица ДЦ мотор На ДЦ мотор без четкица са перманентним магнетом утиче и ограничава процес материјала трајног магнета, што чини опсег снаге ДЦ мотора без четкица са перманентним магнетом малим, а максимална снага је само десетине киловата. Када је материјал трајног магнета подвргнут вибрацијама, високој температури и струји преоптерећења, његова магнетна пермеабилност може се смањити или демагнетизовати, што ће смањити перформансе мотора са перманентним магнетом, па чак и оштетити мотор у тешким случајевима. Преоптерећење се не јавља. У режиму константне снаге, ДЦ мотор без четкица са перманентним магнетом је компликован за рад и захтева сложен систем управљања, што чини погонски систем ДЦ мотора без четкица са перманентним магнетом веома скупим.
2.4 Преклопљени релуктантни мотор
2.4.1 Основне перформансе комутационог релуктантног мотора
Преклопљени релуктантни мотор је нови тип мотора. Систем има много очигледних карактеристика: његова структура је једноставнија од било ког другог мотора, а на ротору мотора нема клизних прстенова, намотаја и трајних магнета, већ само на статору. Постоји једноставан концентрисани намотај, крајеви намотаја су кратки и нема међуфазног краткоспојника, који се лако одржава и поправља. Дакле, поузданост је добра, а брзина може да достигне 15000 о/мин. Ефикасност може да достигне 85% до 93%, што је више него код индукционих мотора наизменичне струје. Губитак је углавном у статору, а мотор се лако хлади; ротор је трајни магнет, који има широк опсег регулације брзине и флексибилну контролу, чиме се лако постижу различити посебни захтеви карактеристика обртног момента и брзине, а одржава се висока ефикасност у широком опсегу. Погоднији је за захтеве снаге електричних возила.
2.4.2 Контролни систем мотора са комутираним релуктантним мотором
Прекидани релуктантни мотор има висок степен нелинеарних карактеристика, па је његов погонски систем сложенији. Његов контролни систем укључује претварач снаге.
а. Побудни намотај комутационог релуктантног мотора претварача снаге, без обзира на струју напред или обрнуто, смер обртног момента остаје непромењен, а период се комутира. За сваку фазу је потребна само цев прекидача за напајање мањег капацитета, а коло претварача снаге је релативно једноставно, нема правог квара, добре поузданости, лаког покретања и рада система у четири квадранта и јаке могућности регенеративног кочења . Трошак је нижи од инвертерског управљачког система трофазног индукционог мотора наизменичне струје.
б. Контролор
Контролер се састоји од микропроцесора, дигиталних логичких кола и других компоненти. Према команди коју унесе возач, микропроцесор анализира и обрађује положај ротора мотора који се враћа детектору положаја и детектору струје у исто време, и доноси одлуке у тренутку, и издаје серију извршних команди за контролисати укључени релуктантни мотор. Прилагодите се раду електричних возила у различитим условима. Перформансе контролера и флексибилност подешавања зависе од сарадње између софтвера и хардвера микропроцесора.
ц. Детектор положаја
Комутирани релуктантни мотори захтевају високопрецизне детекторе положаја да обезбеде контролном систему сигнале промене положаја, брзине и струје ротора мотора, и захтевају већу фреквенцију укључивања да би се смањио шум комутационог релуктантног мотора.
2.4.3 Недостаци преклопљених релуктантних мотора
Управљачки систем комутационог релуктантног мотора је мало компликованији од управљачких система других мотора. Детектор положаја је кључна компонента комутационог релуктантног мотора, а његове перформансе имају важан утицај на регулацију рада комутационог релуктантног мотора. Пошто је комутирани релуктантни мотор двоструко истакнута структура, неизбежно постоји флуктуација обртног момента, а бука је главни недостатак комутационог релуктантног мотора. Међутим, истраживања последњих година су показала да се бука комутационог релуктантног мотора може потпуно потиснути усвајањем разумне технологије дизајна, производње и управљања.
Поред тога, због велике флуктуације излазног обртног момента комутационог релуктантног мотора и велике флуктуације једносмерне струје претварача снаге, потребно је уградити велики филтер кондензатор на ДЦ магистралу.Аутомобили су усвојили различите електричне моторе у различитим историјским периодима, користећи ДЦ мотор са најбољим контролним перформансама и нижим трошковима. Уз континуирани развој технологије мотора, технологије производње машина, технологије енергетске електронике и технологије аутоматске контроле, АЦ мотора. ДЦ мотори са сталним магнетом без четкица и мотори са комутацијом релуктантности показују супериорне перформансе у односу на ДЦ моторе, а ови мотори постепено замењују једносмерне моторе у електричним возилима. Табела 1 упоређује основне перформансе различитих електромотора који се користе у савременим електричним возилима. Тренутно је цена мотора наизменичне струје, мотора са трајним магнетима, мотора са комутацијом релуктантности и њихових контролних уређаја и даље релативно висока. Након масовне производње, цене ових мотора и уређаја за управљање јединицама ће се брзо смањивати, што ће задовољити захтеве економске користи и учинити да се цена електричних возила смањи.
Време поста: 24.03.2022