Električna vozila so v glavnem sestavljena iz treh delov: motornega pogona, akumulatorskega sistema in krmilnega sistema vozila.Motorni pogonski sistem je del, ki neposredno pretvarja električno energijo v mehansko, kar določa kazalnike zmogljivosti električnih vozil.Zato je še posebej pomembna izbira pogonskega motorja.
V okolju varovanja okolja so električna vozila v zadnjih letih postala tudi raziskovalna točka.Električna vozila lahko dosežejo nič ali zelo nizke emisije v mestnem prometu in imajo velike prednosti na področju varstva okolja.Vse države si močno prizadevajo za razvoj električnih vozil.Električna vozila so v glavnem sestavljena iz treh delov: motornega pogona, akumulatorskega sistema in krmilnega sistema vozila.Motorni pogonski sistem je del, ki neposredno pretvarja električno energijo v mehansko, kar določa kazalnike zmogljivosti električnih vozil.Zato je še posebej pomembna izbira pogonskega motorja.
1. Zahteve za električna vozila glede pogonskih motorjev
Trenutno vrednotenje zmogljivosti električnih vozil v glavnem upošteva naslednje tri kazalnike učinkovitosti:
(1) Največja kilometrina (km): največja kilometrina električnega vozila po popolnoma napolnjeni bateriji;
(2) Zmogljivost(-e) pospeška: najmanjši čas, ki je potreben, da električno vozilo pospeši iz mirovanja do določene hitrosti;
(3) Največja hitrost (km/h): največja hitrost, ki jo lahko doseže električno vozilo.
Motorji, zasnovani za vozne lastnosti električnih vozil, imajo posebne zahteve glede zmogljivosti v primerjavi z industrijskimi motorji:
(1) Pogonski motor električnega vozila običajno zahteva visoke zahteve glede dinamične zmogljivosti za pogost zagon/ustavitev, pospeševanje/pojemanje in nadzor navora;
(2) Da bi zmanjšali težo celotnega vozila, je večstopenjski menjalnik običajno preklican, kar zahteva, da lahko motor zagotovi večji navor pri nizki hitrosti ali pri vzpenjanju po klancu in običajno zdrži 4-5 krat preobremenitev;
(3) Območje regulacije hitrosti mora biti čim večje, hkrati pa je treba vzdrževati visoko učinkovitost delovanja v celotnem območju regulacije hitrosti;
(4) Motor je zasnovan tako, da ima čim večjo nazivno hitrost, hkrati pa je v največji možni meri uporabljeno ohišje iz aluminijeve zlitine.Visokohitrostni motor je majhen, kar prispeva k zmanjšanju teže električnih vozil;
(5) Električna vozila bi morala imeti optimalno izrabo energije in funkcijo rekuperacije zavorne energije.Energija, pridobljena z regenerativnim zaviranjem, bi morala na splošno dosegati 10–20 % celotne energije;
(6) Delovno okolje motorja, ki se uporablja v električnih vozilih, je bolj zapleteno in ostro, kar zahteva, da ima motor dobro zanesljivost in okoljsko prilagodljivost ter hkrati zagotoviti, da stroški proizvodnje motorja ne morejo biti previsoki.
2. Več pogosto uporabljenih pogonskih motorjev
2.1 DC motor
V zgodnji fazi razvoja električnih vozil je večina električnih vozil kot pogonske motorje uporabljala enosmerne motorje.Ta vrsta motorne tehnologije je relativno zrela, z enostavnimi metodami krmiljenja in odlično regulacijo hitrosti.Včasih je bil najbolj razširjen na področju motorjev za regulacijo hitrosti..Vendar pa je zaradi kompleksne mehanske strukture enosmernega motorja, kot so: krtače in mehanski komutatorji, njegova trenutna preobremenitvena zmogljivost in nadaljnje povečevanje hitrosti motorja omejena, v primeru dolgotrajnega dela pa mehanska struktura motorja motor bo Nastala je izguba in stroški vzdrževanja se povečajo.Poleg tega med delovanjem motorja iskre iz ščetk povzročajo segrevanje rotorja, tratenje energije, otežujejo odvajanje toplote in povzročajo visokofrekvenčne elektromagnetne motnje, ki vplivajo na zmogljivost vozila.Zaradi zgornjih pomanjkljivosti enosmernih motorjev so sedanja električna vozila v bistvu odpravila enosmerne motorje.
2.2 AC asinhroni motor
AC asinhroni motor je vrsta motorja, ki se pogosto uporablja v industriji.Zanj je značilno, da sta stator in rotor laminirana s silikonsko jekleno pločevino.Oba konca sta pakirana z aluminijastimi pokrovi., zanesljivo in trajno delovanje, enostavno vzdrževanje.V primerjavi z enosmernim motorjem enake moči je izmenični asinhronski motor učinkovitejši, masa pa približno za polovico lažja.Če uporabimo krmilno metodo vektorskega krmiljenja, lahko dosežemo krmiljenje in širše območje regulacije hitrosti, ki je primerljivo z enosmernim motorjem.Zaradi prednosti visoke učinkovitosti, visoke specifične moči in primernosti za delovanje pri visokih hitrostih so asinhroni motorji na izmenični tok najpogosteje uporabljeni motorji v električnih vozilih velike moči.Trenutno so asinhroni motorji na izmenični tok proizvedeni v velikem obsegu in na izbiro so različne vrste zrelih izdelkov.Vendar pa se pri hitrem delovanju rotor motorja močno segreje, zato je treba motor med delovanjem ohladiti.Hkrati je pogonski in krmilni sistem asinhronega motorja zelo zapleten, stroški ohišja motorja pa so tudi visoki.V primerjavi z motorjem s trajnimi magneti in preklopno reluktanco Za motorje sta učinkovitost in gostota moči asinhronskih motorjev nizka, kar ne prispeva k izboljšanju največje kilometrine električnih vozil.
2.3 Motor s trajnim magnetom
Motorje s trajnimi magneti lahko razdelimo na dve vrsti glede na različne tokovne valovne oblike statorskih navitij, eden je brezkrtačni enosmerni motor, ki ima tok pravokotnega impulznega vala;drugi je sinhronski motor s trajnim magnetom, ki ima sinusni tok.Oba tipa motorjev sta v bistvu enaka po strukturi in principu delovanja.Rotorji so trajni magneti, kar zmanjšuje izgube zaradi vzbujanja.Stator je nameščen z navitji za ustvarjanje navora prek izmeničnega toka, zato je hlajenje relativno enostavno.Ker tej vrsti motorja ni treba namestiti ščetk in mehanske komutacijske strukture, med delovanjem ne bo nastajala nobena komutacijska iskra, delovanje je varno in zanesljivo, vzdrževanje je priročno, stopnja izkoristka energije pa je visoka.
Krmilni sistem motorja s trajnimi magneti je enostavnejši od krmilnega sistema AC asinhronega motorja.Vendar pa je zaradi omejitve postopka materiala trajnega magneta obseg moči motorja s trajnim magnetom majhen, največja moč pa je na splošno le desetine milijonov, kar je največja pomanjkljivost motorja s trajnim magnetom.Hkrati bo material trajnega magneta na rotorju imel pojav magnetnega razpada v pogojih visoke temperature, vibracij in prevelikega toka, zato je v razmeroma zapletenih delovnih pogojih motor s trajnim magnetom nagnjen k poškodbam.Poleg tega je cena materialov s trajnimi magneti visoka, zato so stroški celotnega motorja in njegovega krmilnega sistema visoki.
2.4 Preklopni reluktančni motor
Kot nov tip motorja ima stikalni reluktančni motor najpreprostejšo strukturo v primerjavi z drugimi vrstami pogonskih motorjev.Stator in rotor sta dvojni izstopajoči strukturi iz navadne pločevine iz silicijevega jekla.Na rotorju ni strukture.Stator je opremljen s preprostim koncentriranim navitjem, ki ima številne prednosti, kot so preprosta in trdna struktura, visoka zanesljivost, majhna teža, nizki stroški, visoka učinkovitost, nizek dvig temperature in enostavno vzdrževanje.Poleg tega ima odlične značilnosti dobrega krmiljenja sistema za nadzor hitrosti enosmernega toka in je primeren za težka okolja ter je zelo primeren za uporabo kot pogonski motor za električna vozila.
Glede na to, da imajo pogonski motorji električnih vozil, motorji na enosmerni tok in motorji s trajnimi magneti slabo prilagodljivost v strukturi in zapletenem delovnem okolju ter so nagnjeni k mehanskim okvaram in okvaram zaradi razmagnetenja, se ta članek osredotoča na uvedbo impulznih reluktančnih motorjev in asinhronskih motorjev na izmenični tok.V primerjavi s strojem ima očitne prednosti v naslednjih vidikih.
2.4.1 Zgradba motornega telesa
Struktura impulznega reluktančnega motorja je enostavnejša od strukture indukcijskega motorja z veverico.Njegova izjemna prednost je, da na rotorju ni navitja in je izdelan le iz navadne silikonske jeklene pločevine.Večina izgub celotnega motorja je skoncentrirana na statorsko navitje, zaradi česar je motor preprost za izdelavo, ima dobro izolacijo, ga je enostavno ohladiti in ima odlične lastnosti odvajanja toplote.Ta struktura motorja lahko zmanjša velikost in težo motorja in jo je mogoče dobiti z majhno prostornino.večja izhodna moč.Zaradi dobre mehanske elastičnosti rotorja motorja se lahko stikalni reluktančni motorji uporabljajo za ultra visoke hitrosti.
2.4.2 Motorno pogonsko vezje
Fazni tok pogonskega sistema s preklopnim reluktančnim motorjem je enosmeren in nima nobene zveze s smerjo navora, za doseganje štirikvadrantnega stanja delovanja motorja pa je mogoče uporabiti samo eno glavno preklopno napravo.Vezje pretvornika moči je neposredno zaporedno povezano z vzbujalnim navitjem motorja, vsako fazno vezje pa napaja neodvisno.Tudi če pride do okvare določenega faznega navitja ali krmilnika motorja, mora samo zaustaviti delovanje faze, ne da bi povzročil večji udarec.Zato sta ohišje motorja in pretvornik moči zelo varna in zanesljiva, zato sta primernejša za uporabo v težkih okoljih kot asinhroni stroji.
2.4.3 Vidiki delovanja motornega sistema
Preklopni reluktančni motorji imajo veliko krmilnih parametrov in je enostavno izpolniti zahteve štirikvadrantnega delovanja električnih vozil z ustreznimi strategijami krmiljenja in zasnovo sistema ter lahko ohranijo odlično zavorno sposobnost v območjih delovanja z visoko hitrostjo.Preklopni uporovni motorji nimajo samo visoke učinkovitosti, ampak tudi ohranjajo visoko učinkovitost v širokem razponu regulacije hitrosti, ki je neprimerljiva z drugimi vrstami motornih pogonskih sistemov.Ta zmogljivost je zelo primerna za delovanje električnih vozil in je zelo koristna za izboljšanje dosega električnih vozil.
3. Zaključek
Poudarek tega prispevka je predstaviti prednosti reluktančnega motorja kot pogonskega motorja za električna vozila s primerjavo različnih pogosto uporabljenih sistemov za krmiljenje hitrosti pogonskega motorja, ki je raziskovalna točka pri razvoju električnih vozil.Za to vrsto posebnega motorja je še veliko prostora za razvoj v praktičnih aplikacijah.Raziskovalci se morajo bolj potruditi pri izvajanju teoretičnih raziskav, hkrati pa je treba združiti potrebe trga za spodbujanje uporabe tovrstnega motorja v praksi.
Čas objave: 24. marec 2022