Coexistența ființelor umane cu mediul și dezvoltarea durabilă a economiei globale îi fac pe oameni dornici să caute un mijloc de transport cu emisii scăzute și eficient din punct de vedere al resurselor, iar utilizarea vehiculelor electrice este, fără îndoială, o soluție promițătoare.
Vehiculele electrice moderne sunt produse cuprinzătoare care integrează diverse tehnologii de înaltă tehnologie, cum ar fi electricitatea, electronica, controlul mecanic, știința materialelor și tehnologia chimică.Performanța generală de funcționare, economia etc. depind mai întâi de sistemul de baterii și de sistemul de control al acționării motorului.Sistemul de acționare cu motor al unui vehicul electric constă în general din patru părți principale, și anume controlerul.Convertoare de putere, motoare și senzori.În prezent, motoarele utilizate în vehiculele electrice includ, în general, motoare cu curent continuu, motoare cu inducție, motoare cu reluctanță comutată și motoare fără perii cu magnet permanent.
1. Cerințe de bază ale vehiculelor electrice pentru motoare electrice
Funcționarea vehiculelor electrice, spre deosebire de aplicațiile industriale generale, este foarte complexă.Prin urmare, cerințele pentru sistemul de acționare sunt foarte mari.
1.1 Motoarele pentru vehicule electrice ar trebui să aibă caracteristici de putere instantanee mare, capacitate puternică de suprasarcină, coeficient de suprasarcină de 3 până la 4), performanță bună de accelerare și durată lungă de viață.
1.2 Motoarele pentru vehicule electrice ar trebui să aibă o gamă largă de reglare a vitezei, inclusiv zona de cuplu constantă și zona de putere constantă.În zona cuplului constant, este necesar un cuplu mare atunci când rulați la viteză mică pentru a îndeplini cerințele de pornire și urcare;în zona de putere constantă, este necesară o viteză mare atunci când este necesar un cuplu redus pentru a îndeplini cerințele de conducere la viteză mare pe drumuri plate.Solicita.
1.3 Motorul electric pentru vehicule electrice ar trebui să poată realiza frânarea regenerativă atunci când vehiculul decelerează, recuperează și returnează energie bateriei, astfel încât vehiculul electric să aibă cea mai bună rată de utilizare a energiei, ceea ce nu poate fi atins în vehiculul cu motor cu ardere internă .
1.4 Motorul electric pentru vehicule electrice ar trebui să aibă o eficiență ridicată în întregul interval de funcționare, astfel încât să îmbunătățească intervalul de croazieră de o încărcare.
În plus, este, de asemenea, necesar ca motorul electric pentru vehicule electrice să aibă o fiabilitate bună, să poată funcționa mult timp într-un mediu dur, să aibă o structură simplă și să fie potrivit pentru producția de masă, să aibă zgomot redus în timpul funcționării, să fie ușor de utilizat și întreține, și este ieftin.
2 Tipuri și metode de control ale motoarelor electrice pentru vehicule electrice
2.1 DC
Motoare Principalele avantaje ale motoarelor de curent continuu cu perii sunt controlul simplu și tehnologia matură.Are caracteristici excelente de control, de neegalat de motoarele AC.În vehiculele electrice dezvoltate timpuriu, motoarele cu curent continuu sunt utilizate în cea mai mare parte și chiar și acum, unele vehicule electrice sunt încă conduse de motoare cu curent continuu.Totuși, datorită existenței periilor și a comutatoarelor mecanice, nu numai că limitează îmbunătățirea în continuare a capacității de suprasarcină și a vitezei motorului, dar necesită și întreținere frecventă și înlocuire a periilor și a comutatoarelor dacă acesta funcționează o perioadă lungă de timp.În plus, deoarece pierderea există pe rotor, este dificil să se disipeze căldura, ceea ce limitează îmbunătățirea suplimentară a raportului cuplu-masă al motorului.Având în vedere defectele de mai sus ale motoarelor cu curent continuu, motoarele cu curent continuu practic nu sunt utilizate în vehiculele electrice nou dezvoltate.
2.2 Motor cu inducție trifazat de curent alternativ
2.2.1 Performanța de bază a motorului cu inducție trifazat de curent alternativ
Motoarele cu inducție trifazate de curent alternativ sunt cele mai utilizate motoare.Statorul și rotorul sunt laminate cu foi de oțel siliconic și nu există inele colectoare, comutatoare și alte componente care sunt în contact unele cu altele între statori.Structură simplă, funcționare fiabilă și durabilă.Acoperirea puterii motorului cu inducție AC este foarte largă, iar viteza ajunge la 12000 ~ 15000r/min.Se poate folosi racirea cu aer sau racirea cu lichid, cu un grad mare de libertate de racire.Are o bună adaptabilitate la mediu și poate realiza frânare cu feedback regenerativ.În comparație cu motorul de curent continuu cu aceeași putere, eficiența este mai mare, calitatea este redusă la aproximativ jumătate, prețul este ieftin și întreținerea este convenabilă.
2.2.2 Sistemul de control
al motorului cu inducție CA Deoarece motorul cu inducție trifazat CA nu poate utiliza direct puterea CC furnizată de baterie, iar motorul cu inducție trifazat CA are caracteristici de ieșire neliniare.Prin urmare, într-un vehicul electric care utilizează un motor cu inducție trifazat de curent alternativ, este necesar să se folosească dispozitivul semiconductor de putere din invertor pentru a converti curentul continuu într-un curent alternativ a cărui frecvență și amplitudine pot fi ajustate pentru a realiza controlul AC. motor trifazat.Există în principal metode de control v/f și metode de control al frecvenței de alunecare.
Folosind metoda de control vectorial, se controlează frecvența curentului alternativ al înfășurării de excitație a motorului cu inducție trifazat CA și reglarea terminalului motorului cu inducție trifazat CA de intrare, fluxul magnetic și cuplul câmpului magnetic rotativ ale motorului cu inducție trifazat CA sunt controlate și se realizează schimbarea motorului cu inducție trifazat CA.Viteza și cuplul de ieșire pot îndeplini cerințele caracteristicilor de schimbare a sarcinii și pot obține cea mai mare eficiență, astfel încât motorul cu inducție trifazat AC poate fi utilizat pe scară largă în vehiculele electrice.
2.2.3 Deficiențe ale
Motor cu inducție trifazat CA Consumul de energie al motorului cu inducție trifazat CA este mare, iar rotorul este ușor de încălzit.Este necesar să se asigure răcirea motorului cu inducție trifazat de curent alternativ în timpul funcționării la viteză mare, în caz contrar motorul va fi deteriorat.Factorul de putere al motorului cu inducție trifazat de curent alternativ este scăzut, astfel încât factorul de putere de intrare al dispozitivului de conversie a frecvenței și a tensiunii este, de asemenea, scăzut, deci este necesar să utilizați un dispozitiv de conversie a frecvenței și a tensiunii de capacitate mare.Costul sistemului de control al motorului cu inducție trifazat CA este mult mai mare decât cel al motorului cu inducție trifazat CA în sine, ceea ce crește costul vehiculului electric.În plus, reglarea vitezei motorului cu inducție trifazat de curent alternativ este, de asemenea, slabă.
2.3 Motor DC fără perii cu magnet permanent
2.3.1 Performanța de bază a motorului DC fără perii cu magnet permanent
Motorul DC fără perii cu magnet permanent este un motor de înaltă performanță.Cea mai mare caracteristică a sa este că are caracteristicile externe ale unui motor de curent continuu fără o structură de contact mecanică compusă din perii.În plus, adoptă rotorul cu magnet permanent și nu există pierderi de excitație: înfășurarea armăturii încălzite este instalată pe statorul exterior, care este ușor de disipat căldura.Prin urmare, motorul DC fără perii cu magnet permanent nu are scântei de comutație, nu are interferențe radio, durată lungă de viață și funcționare fiabilă., întreținere ușoară.În plus, viteza sa nu este limitată de comutația mecanică, iar dacă se folosesc rulmenți de aer sau rulmenți de suspensie magnetică, acesta poate rula cu până la câteva sute de mii de rotații pe minut.În comparație cu sistemul de motor DC fără perii cu magnet permanent, are o densitate de energie mai mare și o eficiență mai mare și are o perspectivă bună de aplicare în vehiculele electrice.
2.3.2 Sistemul de control al motorului DC fără perii cu magnet permanent The
Motorul de curent continuu fără perii cu magnet permanent tipic este un sistem de control vectorial cu cvasi-decuplare.Deoarece magnetul permanent poate genera doar un câmp magnetic cu amplitudine fixă, sistemul de motor DC fără perii cu magnet permanent este foarte important.Este potrivit pentru rularea în regiunea cuplului constant, utilizând în general controlul histerezisului curent sau metoda SPWM de tip feedback curent pentru a finaliza.Pentru a extinde și mai mult viteza, motorul DC fără perii cu magnet permanent poate utiliza și controlul slăbirii câmpului.Esența controlului slăbirii câmpului este de a avansa unghiul de fază al curentului de fază pentru a oferi un potențial de demagnetizare a axei directe pentru a slăbi legătura fluxului în înfășurarea statorului.
2.3.3 Insuficiența de
Motor de curent continuu fără perii cu magnet permanent Motorul de curent continuu fără perii cu magnet permanent este afectat și restricționat de procesul materialului cu magnet permanent, ceea ce face ca domeniul de putere al motorului de curent continuu fără perii cu magnet permanent să fie mic, iar puterea maximă este de numai zeci de kilowați.Când materialul cu magnet permanent este supus vibrațiilor, temperaturii ridicate și curentului de suprasarcină, permeabilitatea sa magnetică poate scădea sau demagnetiza, ceea ce va reduce performanța motorului cu magnet permanent și chiar va deteriora motorul în cazuri severe.Nu are loc suprasarcina.În modul de putere constantă, motorul DC fără perii cu magnet permanent este complicat de operat și necesită un sistem de control complex, ceea ce face ca sistemul de antrenare al motorului DC fără perii cu magnet permanent să fie foarte scump.
2.4 Motor cu reluctantă comutat
2.4.1 Performanța de bază a motorului cu reluctanță comutată
Motorul cu reluctanță comutată este un nou tip de motor.Sistemul are multe caracteristici evidente: structura sa este mai simplă decât orice alt motor și nu există inele colectoare, înfășurări și magneți permanenți pe rotorul motorului, ci doar pe stator.Există o înfășurare simplă concentrată, capetele înfășurării sunt scurte și nu există un jumper de interfază, care este ușor de întreținut și reparat.Prin urmare, fiabilitatea este bună, iar viteza poate ajunge la 15000 r/min.Eficiența poate ajunge la 85% până la 93%, care este mai mare decât cea a motoarelor cu inducție AC.Pierderea este în principal în stator, iar motorul este ușor de răcit;rotorul este un magnet permanent, care are o gamă largă de reglare a vitezei și un control flexibil, care este ușor de realizat diverse cerințe speciale privind caracteristicile cuplului-viteză și menține eficiența ridicată într-o gamă largă.Este mai potrivit pentru cerințele de performanță energetică ale vehiculelor electrice.
2.4.2 Sistem de control al motorului cu reluctanță comutată
Motorul cu reluctanță comutată are un grad ridicat de caracteristici neliniare, prin urmare, sistemul său de acționare este mai complex.Sistemul său de control include un convertor de putere.
A.Înfășurarea de excitație a motorului cu reluctanță comutată a convertorului de putere, indiferent de curentul direct sau invers, direcția cuplului rămâne neschimbată, iar perioada este comutată.Fiecare fază are nevoie doar de un tub de comutator de alimentare cu o capacitate mai mică, iar circuitul convertorului de putere este relativ simplu, fără defecțiuni directe, fiabilitate bună, pornire ușoară și funcționare în patru cadrane a sistemului și capacitate puternică de frânare regenerativă. .Costul este mai mic decât sistemul de control al invertorului al motorului cu inducție trifazat de curent alternativ.
b.Controlor
Controlerul este format din microprocesoare, circuite logice digitale și alte componente.Conform comenzii introduse de șofer, microprocesorul analizează și procesează poziția rotorului motorului alimentat de detectorul de poziție și detectorul de curent în același timp și ia decizii într-o clipă și emite o serie de comenzi de execuție către controlați motorul cu reluctanță comutat.Adaptați-vă la funcționarea vehiculelor electrice în diferite condiții.Performanța controlerului și flexibilitatea ajustării depind de cooperarea de performanță între software-ul și hardware-ul microprocesorului.
c.Detector de poziție
Motoarele cu reluctanță comutată necesită detectoare de poziție de înaltă precizie pentru a furniza sistemului de control semnale de modificări ale poziției, vitezei și curentului rotorului motorului și necesită o frecvență de comutare mai mare pentru a reduce zgomotul motorului cu reluctanță comutată.
2.4.3 Deficiențe ale motoarelor cu reluctanță comutată
Sistemul de control al motorului cu reluctanță comutată este puțin mai complicat decât sistemele de control ale altor motoare.Detectorul de poziție este componenta cheie a motorului cu reluctanță comutată, iar performanța acestuia are o influență importantă asupra funcționării de control a motorului cu reluctanță comutată.Deoarece motorul cu reluctantă comutată este o structură de două ori proeminentă, există inevitabil o fluctuație a cuplului, iar zgomotul este principalul dezavantaj al motorului cu reluctanță comutată.Cu toate acestea, cercetările din ultimii ani au arătat că zgomotul motorului cu reluctanță comutată poate fi complet suprimat prin adoptarea unei tehnologii rezonabile de proiectare, fabricare și control.
În plus, datorită fluctuației mari a cuplului de ieșire al motorului cu reluctanță comutată și fluctuației mari a curentului DC al convertorului de putere, trebuie instalat un condensator mare de filtru pe magistrala DC.Mașinile au adoptat diferite motoare electrice în diferite perioade istorice, folosind motorul de curent continuu cu cea mai bună performanță de control și costuri mai mici.Odată cu dezvoltarea continuă a tehnologiei motoarelor, tehnologiei de fabricație a mașinilor, tehnologiei electronice de putere și tehnologiei de control automat, motoare AC.Motoarele cu magneți permanenți fără perii și motoarele cu reluctanță comutată prezintă performanțe superioare față de motoarele cu curent continuu, iar aceste motoare înlocuiesc treptat motoarele cu curent continuu în vehiculele electrice.Tabelul 1 compară performanța de bază a diferitelor motoare electrice utilizate în vehiculele electrice moderne.În prezent, costul motoarelor cu curent alternativ, al motoarelor cu magnet permanenți, al motoarelor cu reluctanță comutată și al dispozitivelor de control ale acestora este încă relativ ridicat.După producția în masă, prețurile acestor motoare și dispozitive de control al unității vor scădea rapid, ceea ce va îndeplini cerințele de beneficii economice și va face ca prețul vehiculelor electrice să fie redus.
Ora postării: 24-mar-2022