Sožitje človeka z okoljem in trajnostni razvoj svetovnega gospodarstva spodbujata ljudi k iskanju nizkoemisijskih in z viri učinkovitih prevoznih sredstev, uporaba električnih vozil pa je nedvomno obetavna rešitev.
Sodobna električna vozila so celoviti izdelki, ki združujejo različne visokotehnološke tehnologije, kot so elektrika, elektronika, mehanski nadzor, znanost o materialih in kemijska tehnologija.Celotna zmogljivost delovanja, ekonomičnost itd. je najprej odvisna od akumulatorskega sistema in krmilnega sistema motornega pogona.Motorni pogon električnega vozila je na splošno sestavljen iz štirih glavnih delov, in sicer krmilnika.Močnostni pretvorniki, motorji in senzorji.Trenutno motorji, ki se uporabljajo v električnih vozilih, na splošno vključujejo motorje na enosmerni tok, indukcijske motorje, reluktančne motorje in brezkrtačne motorje s trajnimi magneti.
1. Osnovne zahteve električnih vozil za elektromotorje
Delovanje električnih vozil je za razliko od splošnih industrijskih aplikacij zelo zapleteno.Zato so zahteve za pogonski sistem zelo visoke.
1.1 Motorji za električna vozila morajo imeti značilnosti velike trenutne moči, močne preobremenitvene zmogljivosti, preobremenitvenega koeficienta 3 do 4), dobre zmogljivosti pospeševanja in dolge življenjske dobe.
1.2 Motorji za električna vozila morajo imeti širok razpon regulacije hitrosti, vključno z območjem konstantnega navora in območjem konstantne moči.V območju stalnega navora je pri vožnji z nizko hitrostjo potreben visok navor, da se izpolnijo zahteve za štart in vzpenjanje;v območju konstantne moči je potrebna visoka hitrost, ko je potreben nizek navor za izpolnjevanje zahtev visoke hitrosti vožnje po ravnih cestah.Zahtevaj.
1.3 Električni motor za električna vozila bi moral biti sposoben realizirati regenerativno zaviranje, ko vozilo zmanjša hitrost, obnoviti in vrniti energijo v baterijo, tako da ima električno vozilo najboljšo stopnjo izkoriščenosti energije, ki je ni mogoče doseči pri vozilu z motorjem z notranjim zgorevanjem. .
1.4 Električni motor za električna vozila mora imeti visoko učinkovitost v celotnem območju delovanja, da se izboljša doseg z enim polnjenjem.
Poleg tega se zahteva tudi, da ima elektromotor za električna vozila dobro zanesljivost, lahko dolgo časa deluje v težkih okoljih, ima preprosto strukturo in je primeren za množično proizvodnjo, ima malo hrupa med delovanjem, je enostaven za uporabo vzdržuje in je poceni.
2 Vrste in načini krmiljenja elektromotorjev za električna vozila
2.1 DC
Motorji Glavni prednosti krtačenih enosmernih motorjev sta preprosto krmiljenje in dovršena tehnologija.Ima odlične krmilne lastnosti, ki se ne morejo primerjati z AC motorji.V zgodnjih razvitih električnih vozilih se večinoma uporabljajo motorji na enosmerni tok in tudi zdaj nekatera električna vozila še vedno poganjajo motorji na enosmerni tok.Vendar pa zaradi obstoja ščetk in mehanskih komutatorjev ne omejuje le nadaljnjega izboljšanja preobremenitvene zmogljivosti in hitrosti motorja, temveč zahteva tudi pogosto vzdrževanje in zamenjavo ščetk in komutatorjev, če deluje dlje časa.Poleg tega, ker izguba obstaja na rotorju, je težko odvajati toploto, kar omejuje nadaljnje izboljšanje razmerja med navorom in maso motorja.Glede na zgornje pomanjkljivosti enosmernih motorjev se enosmerni motorji načeloma ne uporabljajo v novo razvitih električnih vozilih.
2.2 AC trifazni indukcijski motor
2.2.1 Osnovna zmogljivost AC trifaznega indukcijskega motorja
Trifazni indukcijski motorji izmeničnega toka so najbolj razširjeni motorji.Stator in rotor sta laminirana s silikonsko jekleno pločevino in med statorjema ni drsnih obročev, komutatorjev in drugih komponent, ki bi bile v medsebojnem stiku.Enostavna struktura, zanesljivo delovanje in vzdržljivost.Pokritost moči AC indukcijskega motorja je zelo široka, hitrost pa doseže 12000 ~ 15000r/min.Uporabite lahko zračno hlajenje ali tekočinsko hlajenje z visoko stopnjo svobode hlajenja.Ima dobro prilagodljivost na okolje in lahko realizira regenerativno povratno zaviranje.V primerjavi z enosmernim motorjem z enako močjo je učinkovitost višja, kakovost je zmanjšana za približno polovico, cena je nizka, vzdrževanje pa priročno.
2.2.2 Nadzorni sistem
indukcijskega motorja AC Ker trifazni indukcijski motor AC ne more neposredno uporabiti enosmernega toka, ki ga dovaja baterija, in ima trifazni indukcijski motor AC nelinearne izhodne značilnosti.Zato je treba v električnem vozilu, ki uporablja trifazni indukcijski motor AC, uporabiti močnostno polprevodniško napravo v pretvorniku za pretvorbo enosmernega toka v izmenični tok, katerega frekvenco in amplitudo je mogoče prilagoditi za uresničitev nadzora AC trifazni motor.Obstajata predvsem metoda krmiljenja v/f in metoda nadzora frekvence zdrsa.
Z metodo vektorskega krmiljenja se krmili frekvenca izmeničnega toka vzbujalnega navitja AC trifaznega indukcijskega motorja in nastavitev priključka vhodnega AC trifaznega indukcijskega motorja, magnetni pretok in navor vrtilnega magnetnega polja AC trifaznega indukcijskega motorja se krmilijo in izvede se sprememba AC trifaznega indukcijskega motorja.Hitrost in izhodni navor lahko izpolnjujeta zahteve glede značilnosti spremembe obremenitve in lahko dosežeta najvišjo učinkovitost, tako da se lahko AC trifazni indukcijski motor široko uporablja v električnih vozilih.
2.2.3 Pomanjkljivosti
Trifazni indukcijski motor AC Poraba energije trifaznega indukcijskega motorja AC je velika, rotor pa je enostavno segreti.Treba je zagotoviti hlajenje AC trifaznega indukcijskega motorja med delovanjem z visoko hitrostjo, sicer se motor poškoduje.Faktor moči trifaznega indukcijskega motorja AC je nizek, tako da je tudi faktor vhodne moči naprave za pretvorbo frekvence in napetosti nizek, zato je treba uporabiti napravo za pretvorbo frekvence in napetosti velike zmogljivosti.Stroški krmilnega sistema AC trifaznega indukcijskega motorja so veliko višji kot stroški samega AC trifaznega indukcijskega motorja, kar poveča stroške električnega vozila.Poleg tega je slaba tudi regulacija števila vrtljajev AC trifaznega indukcijskega motorja.
2.3 Brezkrtačni enosmerni motor s trajnim magnetom
2.3.1 Osnovna zmogljivost brezkrtačnega enosmernega motorja s trajnimi magneti
Brezkrtačni enosmerni motor s trajnim magnetom je visoko zmogljiv motor.Njegova največja odlika je, da ima zunanje značilnosti enosmernega motorja brez mehanske kontaktne strukture, sestavljene iz ščetk.Poleg tega ima rotor s trajnim magnetom in ni izgube vzbujanja: ogrevano navitje armature je nameščeno na zunanjem statorju, ki zlahka odvaja toploto.Zato brezkrtačni enosmerni motor s trajnim magnetom nima komutacijskih isker, brez radijskih motenj, ima dolgo življenjsko dobo in zanesljivo delovanje., enostavno vzdrževanje.Poleg tega njegova hitrost ni omejena z mehansko komutacijo in če se uporabljajo zračni ležaji ali magnetni vzmetni ležaji, lahko teče do nekaj sto tisoč vrtljajev na minuto.V primerjavi s sistemom brezkrtačnega enosmernega motorja s trajnim magnetom ima večjo energijsko gostoto in večjo učinkovitost ter ima dobre možnosti za uporabo v električnih vozilih.
2.3.2 Krmilni sistem brezkrtačnega enosmernega motorja s trajnimi magneti The
Tipičen brezkrtačni enosmerni motor s trajnim magnetom je kvazi-ločevalni vektorski krmilni sistem.Ker lahko trajni magnet ustvari samo magnetno polje s fiksno amplitudo, je brezkrtačni enosmerni motorni sistem s trajnim magnetom zelo pomemben.Primeren je za delovanje v območju konstantnega navora, na splošno z uporabo trenutne histerezne kontrole ali metode tokovne povratne informacije SPWM za dokončanje.Za nadaljnje povečanje hitrosti lahko brezkrtačni enosmerni motor s trajnim magnetom uporablja tudi nadzor oslabitve polja.Bistvo nadzora oslabitve polja je napredovanje faznega kota faznega toka, da se zagotovi potencial razmagnetenja neposredne osi, da se oslabi povezava toka v navitju statorja.
2.3.3 Nezadostnost
Brezkrtačni enosmerni motor s trajnim magnetom Na brezkrtačni enosmerni motor s trajnim magnetom vpliva in ga omejuje proces materiala s trajnim magnetom, zaradi česar je razpon moči brezkrtačnega enosmernega motorja s trajnim magnetom majhen, največja moč pa je le desetine kilovatov.Ko je material s trajnim magnetom izpostavljen vibracijam, visoki temperaturi in preobremenitvenemu toku, se lahko njegova magnetna prepustnost zmanjša ali razmagneti, kar bo zmanjšalo delovanje motorja s trajnim magnetom in v hudih primerih celo poškodovalo motor.Preobremenitev ne pride.V načinu konstantne moči je brezkrtačni enosmerni motor s trajnim magnetom zapleten za upravljanje in zahteva kompleksen nadzorni sistem, zaradi česar je pogonski sistem brezkrtačnega enosmernega motorja s trajnim magnetom zelo drag.
2.4 Preklopni reluktančni motor
2.4.1 Osnovna zmogljivost stikalnega upornega motorja
Preklopni reluktančni motor je nova vrsta motorja.Sistem ima veliko očitnih lastnosti: njegova zgradba je enostavnejša od katerega koli drugega motorja in na rotorju motorja ni drsnih obročev, navitij in trajnih magnetov, temveč samo na statorju.Obstaja preprosto koncentrirano navitje, konci navitja so kratki in ni medfaznega mostička, ki ga je enostavno vzdrževati in popravljati.Zato je zanesljivost dobra, hitrost pa lahko doseže 15000 vrt/min.Učinkovitost lahko doseže 85 % do 93 %, kar je višje kot pri AC indukcijskih motorjih.Izguba je predvsem v statorju, motor pa je enostavno ohladiti;rotor je trajni magnet, ki ima širok razpon regulacije hitrosti in prilagodljiv nadzor, s katerim je enostavno doseči različne posebne zahteve značilnosti vrtilne hitrosti in ohranja visoko učinkovitost v širokem območju.Primernejša je za zahteve glede moči električnih vozil.
2.4.2 Krmilni sistem reluktančnega motorja
Preklopni uporni motor ima visoko stopnjo nelinearnih karakteristik, zato je njegov pogonski sistem bolj zapleten.Njegov nadzorni sistem vključuje pretvornik moči.
a.Vzbujevalno navitje reluktančnega motorja pretvornika moči, ne glede na tok naprej ali nazaj, smer navora ostane nespremenjena, obdobje pa se spremeni.Vsaka faza potrebuje le cev za vklopno stikalo z manjšo zmogljivostjo, vezje pretvornika moči pa je razmeroma preprosto, brez neposredne okvare, dobra zanesljivost, enostaven za izvedbo mehkega zagona in štirikvadrantnega delovanja sistema ter močna regenerativna zavorna sposobnost .Stroški so nižji od inverterskega krmilnega sistema AC trifaznega indukcijskega motorja.
b.Krmilnik
Krmilnik sestavljajo mikroprocesorji, digitalna logična vezja in druge komponente.Glede na ukaz, ki ga vnese voznik, mikroprocesor analizira in obdela položaj rotorja motorja, ki ga istočasno posredujeta detektor položaja in detektor toka, ter sprejme odločitve v trenutku in izda vrsto ukazov za izvajanje krmiljenje preklopnega reluktančnega motorja.Prilagodite se delovanju električnih vozil v različnih pogojih.Zmogljivost krmilnika in prilagodljivost prilagajanja sta odvisni od delovanja med programsko in strojno opremo mikroprocesorja.
c.Detektor položaja
Preklopni reluktančni motorji zahtevajo visoko natančne detektorje položaja, da krmilnemu sistemu zagotovijo signale o spremembah položaja, hitrosti in toka rotorja motorja, ter zahtevajo višjo preklopno frekvenco za zmanjšanje hrupa preklopnega upornega motorja.
2.4.3 Pomanjkljivosti stikalnih reluktančnih motorjev
Krmilni sistem stikalnega reluktančnega motorja je nekoliko bolj zapleten od krmilnih sistemov drugih motorjev.Detektor položaja je ključna komponenta stikalnega reluktančnega motorja in njegova zmogljivost pomembno vpliva na delovanje krmiljenja stikalnega reluktančnega motorja.Ker je stikalni reluktančni motor dvojno pomembna struktura, neizogibno prihaja do nihanja navora, hrup pa je glavna pomanjkljivost stikalnega reluktančnega motorja.Vendar pa so raziskave v zadnjih letih pokazale, da je mogoče hrup reluktančnega motorja s preklopom popolnoma zmanjšati s sprejetjem razumne tehnologije načrtovanja, izdelave in krmiljenja.
Poleg tega je treba zaradi velikega nihanja izhodnega navora preklopnega reluktančnega motorja in velikega nihanja enosmernega toka močnostnega pretvornika na vodilo DC namestiti velik filtrirni kondenzator.Avtomobili so v različnih zgodovinskih obdobjih uporabljali različne elektromotorje, pri čemer so uporabljali motor na enosmerni tok z najboljšim krmiljenjem in nižjimi stroški.Z nenehnim razvojem tehnologije motorjev, tehnologije izdelave strojev, tehnologije močnostne elektronike in tehnologije avtomatskega krmiljenja, AC motorji.Brezkrtačni enosmerni motorji s trajnimi magneti in preklopni reluktančni motorji izkazujejo boljše delovanje kot enosmerni motorji in ti motorji postopoma nadomeščajo enosmerne motorje v električnih vozilih.Tabela 1 primerja osnovne zmogljivosti različnih elektromotorjev, ki se uporabljajo v sodobnih električnih vozilih.Trenutno so stroški motorjev na izmenični tok, motorjev s trajnimi magneti, reluktančnih motorjev in njihovih krmilnih naprav še vedno relativno visoki.Po množični proizvodnji se bodo cene teh motorjev in naprav za krmiljenje enot hitro znižale, kar bo izpolnilo zahteve gospodarskih koristi in zmanjšalo ceno električnih vozil.
Čas objave: 24. marec 2022