Η συνύπαρξη των ανθρώπων με το περιβάλλον και η αειφόρος ανάπτυξη της παγκόσμιας οικονομίας κάνουν τους ανθρώπους να αναζητούν ένα μέσο μεταφοράς χαμηλών εκπομπών και αποδοτικών πόρων και η χρήση ηλεκτρικών οχημάτων είναι αναμφίβολα μια πολλά υποσχόμενη λύση.
Τα σύγχρονα ηλεκτρικά οχήματα είναι ολοκληρωμένα προϊόντα που ενσωματώνουν διάφορες τεχνολογίες υψηλής τεχνολογίας όπως η ηλεκτρική ενέργεια, τα ηλεκτρονικά, ο μηχανικός έλεγχος, η επιστήμη των υλικών και η χημική τεχνολογία.Η συνολική απόδοση λειτουργίας, η οικονομία κ.λπ. εξαρτώνται πρώτα από το σύστημα μπαταρίας και το σύστημα ελέγχου κίνησης κινητήρα.Το σύστημα κίνησης κινητήρα ενός ηλεκτρικού οχήματος αποτελείται γενικά από τέσσερα κύρια μέρη, δηλαδή τον ελεγκτή.Μετατροπείς ισχύος, κινητήρες και αισθητήρες.Προς το παρόν, οι κινητήρες που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρικά οχήματα περιλαμβάνουν γενικά κινητήρες συνεχούς ρεύματος, κινητήρες επαγωγής, κινητήρες μεταγωγής απροθυμίας και κινητήρες μόνιμου μαγνήτη χωρίς ψήκτρες.
1. Βασικές απαιτήσεις ηλεκτρικών οχημάτων για ηλεκτροκινητήρες
Η λειτουργία των ηλεκτρικών οχημάτων, σε αντίθεση με τις γενικές βιομηχανικές εφαρμογές, είναι πολύ περίπλοκη.Επομένως, οι απαιτήσεις για το σύστημα μετάδοσης κίνησης είναι πολύ υψηλές.
1.1 Οι κινητήρες για ηλεκτρικά οχήματα θα πρέπει να έχουν τα χαρακτηριστικά μεγάλης στιγμιαίας ισχύος, ισχυρής ικανότητας υπερφόρτωσης, συντελεστή υπερφόρτωσης 3 έως 4), καλής απόδοσης επιτάχυνσης και μεγάλης διάρκειας ζωής.
1.2 Οι κινητήρες για ηλεκτρικά οχήματα θα πρέπει να έχουν ένα ευρύ φάσμα ρύθμισης ταχύτητας, συμπεριλαμβανομένης της σταθερής περιοχής ροπής και της περιοχής σταθερής ισχύος.Στην περιοχή σταθερής ροπής, απαιτείται υψηλή ροπή όταν τρέχει σε χαμηλή ταχύτητα για να καλύψει τις απαιτήσεις εκκίνησης και αναρρίχησης.στην περιοχή σταθερής ισχύος, απαιτείται υψηλή ταχύτητα όταν απαιτείται χαμηλή ροπή για να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις οδήγησης υψηλής ταχύτητας σε επίπεδους δρόμους.Απαιτώ.
1.3 Ο ηλεκτροκινητήρας για ηλεκτρικά οχήματα θα πρέπει να μπορεί να πραγματοποιεί αναγεννητική πέδηση όταν το όχημα επιβραδύνει, να ανακτά και να ανατροφοδοτεί ενέργεια στην μπαταρία, έτσι ώστε το ηλεκτρικό όχημα να έχει τον καλύτερο ρυθμό χρήσης ενέργειας, κάτι που δεν μπορεί να επιτευχθεί στο όχημα με κινητήρα εσωτερικής καύσης .
1.4 Ο ηλεκτροκινητήρας για ηλεκτρικά οχήματα θα πρέπει να έχει υψηλή απόδοση σε όλο το εύρος λειτουργίας, έτσι ώστε να βελτιώνεται το εύρος πλεύσης με μία φόρτιση.
Επιπλέον, απαιτείται επίσης ο ηλεκτροκινητήρας για ηλεκτρικά οχήματα να έχει καλή αξιοπιστία, να μπορεί να λειτουργεί για μεγάλο χρονικό διάστημα σε σκληρό περιβάλλον, να έχει απλή δομή και να είναι κατάλληλος για μαζική παραγωγή, να έχει χαμηλό θόρυβο κατά τη λειτουργία, να είναι εύκολος στη χρήση και συντηρεί, και είναι φθηνό.
2 Τύποι και μέθοδοι ελέγχου ηλεκτρικών κινητήρων για ηλεκτρικά οχήματα
2.1 DC
Κινητήρες Τα κύρια πλεονεκτήματα των βουρτσισμένων κινητήρων συνεχούς ρεύματος είναι ο απλός έλεγχος και η ώριμη τεχνολογία.Διαθέτει εξαιρετικά χαρακτηριστικά ελέγχου που δεν ταιριάζουν με τους κινητήρες AC.Στα πρώιμα ανεπτυγμένα ηλεκτρικά οχήματα, οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος χρησιμοποιούνται κυρίως, και ακόμη και τώρα, ορισμένα ηλεκτρικά οχήματα εξακολουθούν να κινούνται από κινητήρες συνεχούς ρεύματος.Ωστόσο, λόγω της ύπαρξης βουρτσών και μηχανικών μεταγωγέων, όχι μόνο περιορίζει την περαιτέρω βελτίωση της ικανότητας υπερφόρτωσης και της ταχύτητας του κινητήρα, αλλά απαιτεί επίσης συχνή συντήρηση και αντικατάσταση βουρτσών και μεταγωγέων εάν λειτουργεί για μεγάλο χρονικό διάστημα.Επιπλέον, δεδομένου ότι η απώλεια υπάρχει στον ρότορα, είναι δύσκολο να διαχέεται θερμότητα, γεγονός που περιορίζει την περαιτέρω βελτίωση του λόγου ροπής προς μάζα του κινητήρα.Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω ελαττώματα των κινητήρων συνεχούς ρεύματος, οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος βασικά δεν χρησιμοποιούνται σε νέα ηλεκτρικά οχήματα.
2.2 AC τριφασικός επαγωγικός κινητήρας
2.2.1 Βασική απόδοση του τριφασικού κινητήρα επαγωγής AC
Οι τριφασικοί κινητήρες επαγωγής AC είναι οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενοι κινητήρες.Ο στάτορας και ο ρότορας είναι ελασματοποιημένοι με φύλλα από χάλυβα πυριτίου και δεν υπάρχουν δακτύλιοι ολίσθησης, μεταγωγείς και άλλα εξαρτήματα που να έρχονται σε επαφή μεταξύ τους μεταξύ των στάτη.Απλή δομή, αξιόπιστη λειτουργία και ανθεκτική.Η κάλυψη ισχύος του κινητήρα επαγωγής AC είναι πολύ ευρεία και η ταχύτητα φτάνει τα 12000 ~ 15000 r/min.Μπορεί να χρησιμοποιηθεί αερόψυξη ή υγρόψυξη, με υψηλό βαθμό ελευθερίας ψύξης.Έχει καλή προσαρμοστικότητα στο περιβάλλον και μπορεί να πραγματοποιήσει πέδηση με ανάδραση αναγέννησης.Σε σύγκριση με τον κινητήρα συνεχούς ρεύματος της ίδιας ισχύος, η απόδοση είναι υψηλότερη, η ποιότητα μειώνεται περίπου στο μισό, η τιμή είναι φθηνή και η συντήρηση είναι βολική.
2.2.2 Το σύστημα ελέγχου
του κινητήρα επαγωγής AC Επειδή ο τριφασικός επαγωγικός κινητήρας AC δεν μπορεί να χρησιμοποιήσει απευθείας την ισχύ συνεχούς ρεύματος που παρέχεται από την μπαταρία και ο τριφασικός επαγωγικός κινητήρας AC έχει μη γραμμικά χαρακτηριστικά εξόδου.Επομένως, σε ένα ηλεκτρικό όχημα που χρησιμοποιεί τριφασικό κινητήρα επαγωγής AC, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί η συσκευή ημιαγωγού ισχύος στον μετατροπέα για να μετατρέψει το συνεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο ρεύμα του οποίου η συχνότητα και το πλάτος μπορούν να ρυθμιστούν για να πραγματοποιηθεί ο έλεγχος του εναλλασσόμενου ρεύματος τριφασικός κινητήρας.Υπάρχουν κυρίως μέθοδος ελέγχου v/f και μέθοδος ελέγχου συχνότητας ολίσθησης.
Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ελέγχου διανυσμάτων, ελέγχεται η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος της περιέλιξης διέγερσης του τριφασικού κινητήρα επαγωγής AC και η ρύθμιση τερματικού του τριφασικού κινητήρα επαγωγής AC εισόδου, η μαγνητική ροή και η ροπή του περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου του τριφασικού κινητήρα επαγωγής AC ελέγχονται και πραγματοποιείται η αλλαγή του τριφασικού κινητήρα επαγωγής AC.Η ταχύτητα και η ροπή εξόδου μπορούν να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις των χαρακτηριστικών αλλαγής φορτίου και μπορούν να επιτύχουν την υψηλότερη απόδοση, έτσι ώστε ο τριφασικός κινητήρας AC να μπορεί να χρησιμοποιηθεί ευρέως σε ηλεκτρικά οχήματα.
2.2.3 Ελλείψεις του
Τριφασικός κινητήρας επαγωγής εναλλασσόμενου ρεύματος Η κατανάλωση ισχύος του τριφασικού κινητήρα επαγωγής AC είναι μεγάλη και ο ρότορας θερμαίνεται εύκολα.Είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί η ψύξη του τριφασικού κινητήρα επαγωγής AC κατά τη λειτουργία υψηλής ταχύτητας, διαφορετικά ο κινητήρας θα καταστραφεί.Ο συντελεστής ισχύος του τριφασικού κινητήρα επαγωγής AC είναι χαμηλός, έτσι ώστε ο συντελεστής ισχύος εισόδου της συσκευής μετατροπής συχνότητας και μετατροπής τάσης να είναι επίσης χαμηλός, επομένως είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε μια συσκευή μετατροπής συχνότητας και μετατροπής τάσης μεγάλης χωρητικότητας.Το κόστος του συστήματος ελέγχου του τριφασικού κινητήρα επαγωγής AC είναι πολύ υψηλότερο από αυτό του ίδιου του τριφασικού κινητήρα επαγωγής AC, γεγονός που αυξάνει το κόστος του ηλεκτρικού οχήματος.Επιπλέον, η ρύθμιση ταχύτητας του τριφασικού κινητήρα επαγωγής AC είναι επίσης κακή.
2.3 Κινητήρας συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη
2.3.1 Βασική απόδοση κινητήρα συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη
Ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη είναι ένας κινητήρας υψηλής απόδοσης.Το μεγαλύτερο χαρακτηριστικό του είναι ότι έχει τα εξωτερικά χαρακτηριστικά ενός κινητήρα συνεχούς ρεύματος χωρίς δομή μηχανικής επαφής που αποτελείται από βούρτσες.Επιπλέον, υιοθετεί ρότορα μόνιμου μαγνήτη και δεν υπάρχει απώλεια διέγερσης: η περιέλιξη θερμαινόμενου οπλισμού είναι εγκατεστημένη στον εξωτερικό στάτορα, ο οποίος είναι εύκολο να διαχέει τη θερμότητα.Ως εκ τούτου, ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη δεν έχει σπινθήρες εναλλαγής, καμία ραδιοπαρεμβολή, μεγάλη διάρκεια ζωής και αξιόπιστη λειτουργία., εύκολη συντήρηση.Επιπλέον, η ταχύτητά του δεν περιορίζεται από μηχανική εναλλαγή και εάν χρησιμοποιούνται ρουλεμάν αέρα ή μαγνητικά ρουλεμάν ανάρτησης, μπορεί να λειτουργεί με έως και αρκετές εκατοντάδες χιλιάδες στροφές ανά λεπτό.Σε σύγκριση με το σύστημα κινητήρα συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη, έχει υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα και υψηλότερη απόδοση και έχει καλή προοπτική εφαρμογής σε ηλεκτρικά οχήματα.
2.3.2 Το σύστημα ελέγχου του κινητήρα συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη Το
Ο τυπικός κινητήρας συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη είναι ένα σύστημα ελέγχου διανυσμάτων οιονεί αποσύνδεσης.Δεδομένου ότι ο μόνιμος μαγνήτης μπορεί να δημιουργήσει μόνο μαγνητικό πεδίο σταθερού πλάτους, το σύστημα κινητήρα συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη είναι πολύ σημαντικό.Είναι κατάλληλο για λειτουργία στην περιοχή σταθερής ροπής, χρησιμοποιώντας γενικά τον έλεγχο υστέρησης ρεύματος ή τη μέθοδο SPWM τύπου τρέχουσας ανάδρασης.Προκειμένου να επεκταθεί περαιτέρω η ταχύτητα, ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη μπορεί επίσης να χρησιμοποιήσει έλεγχο εξασθένησης πεδίου.Η ουσία του ελέγχου εξασθένησης πεδίου είναι να προωθηθεί η γωνία φάσης του ρεύματος φάσης για να παρέχει ένα δυναμικό απομαγνητισμού άμεσου άξονα για να αποδυναμωθεί η σύνδεση ροής στην περιέλιξη του στάτη.
2.3.3 Ανεπάρκεια του
Κινητήρας συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη Ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη επηρεάζεται και περιορίζεται από τη διαδικασία υλικού μόνιμου μαγνήτη, η οποία καθιστά μικρό το εύρος ισχύος του κινητήρα συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη και η μέγιστη ισχύς είναι μόνο δεκάδες κιλοβάτ.Όταν το υλικό μόνιμου μαγνήτη υποβάλλεται σε κραδασμούς, υψηλή θερμοκρασία και ρεύμα υπερφόρτωσης, η μαγνητική του διαπερατότητα μπορεί να μειωθεί ή να απομαγνητιστεί, γεγονός που θα μειώσει την απόδοση του κινητήρα μόνιμου μαγνήτη και θα καταστρέψει ακόμη και τον κινητήρα σε σοβαρές περιπτώσεις.Δεν υπάρχει υπερφόρτωση.Στη λειτουργία σταθερής ισχύος, ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη είναι πολύπλοκος στη λειτουργία του και απαιτεί ένα πολύπλοκο σύστημα ελέγχου, το οποίο καθιστά το σύστημα κίνησης του κινητήρα συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη πολύ ακριβό.
2.4 Κινητήρας απροθυμίας μεταγωγής
2.4.1 Βασική απόδοση του κινητήρα απροθυμίας μεταγωγής
Ο κινητήρας μεταγωγής απροθυμίας είναι ένας νέος τύπος κινητήρα.Το σύστημα έχει πολλά προφανή χαρακτηριστικά: η δομή του είναι απλούστερη από οποιονδήποτε άλλο κινητήρα και δεν υπάρχουν δακτύλιοι ολίσθησης, περιελίξεις και μόνιμοι μαγνήτες στον ρότορα του κινητήρα, αλλά μόνο στον στάτορα.Υπάρχει μια απλή συμπυκνωμένη περιέλιξη, τα άκρα της περιέλιξης είναι κοντά και δεν υπάρχει βραχυκυκλωτήρας, που είναι εύκολο να συντηρηθεί και να επισκευαστεί.Επομένως, η αξιοπιστία είναι καλή και η ταχύτητα μπορεί να φτάσει τα 15000 r/min.Η απόδοση μπορεί να φτάσει το 85% έως 93%, που είναι υψηλότερη από αυτή των επαγωγικών κινητήρων AC.Η απώλεια είναι κυρίως στον στάτορα και ο κινητήρας ψύχεται εύκολα.ο ρότορας είναι ένας μόνιμος μαγνήτης, ο οποίος έχει μεγάλο εύρος ρύθμισης ταχύτητας και ευέλικτο έλεγχο, που είναι εύκολο να επιτευχθούν διάφορες ειδικές απαιτήσεις χαρακτηριστικών στροφών ροπής και διατηρεί υψηλή απόδοση σε μεγάλο εύρος.Είναι πιο κατάλληλο για τις απαιτήσεις απόδοσης ισχύος των ηλεκτρικών οχημάτων.
2.4.2 Σύστημα ελέγχου κινητήρα με μεταγωγή απροθυμίας
Ο κινητήρας μεταγωγής απροθυμίας έχει υψηλό βαθμό μη γραμμικών χαρακτηριστικών, επομένως, το σύστημα μετάδοσης κίνησης είναι πιο περίπλοκο.Το σύστημα ελέγχου του περιλαμβάνει μετατροπέα ισχύος.
ένα.Η περιέλιξη διέγερσης του μεταγωγικού κινητήρα αντίστασης του μετατροπέα ισχύος, ανεξάρτητα από το ρεύμα προς τα εμπρός ή το αντίστροφο ρεύμα, η κατεύθυνση της ροπής παραμένει αμετάβλητη και η περίοδος αλλάζει.Κάθε φάση χρειάζεται μόνο έναν σωλήνα διακόπτη ισχύος με μικρότερη χωρητικότητα και το κύκλωμα του μετατροπέα ισχύος είναι σχετικά απλό, χωρίς άμεση αστοχία, καλή αξιοπιστία, εύκολη στην εφαρμογή ομαλή εκκίνηση και λειτουργία τεσσάρων τεταρτημορίων του συστήματος και ισχυρή ικανότητα αναγεννητικής πέδησης .Το κόστος είναι χαμηλότερο από το σύστημα ελέγχου μετατροπέα του τριφασικού κινητήρα επαγωγής AC.
σι.Ελεγκτής
Ο ελεγκτής αποτελείται από μικροεπεξεργαστές, ψηφιακά λογικά κυκλώματα και άλλα εξαρτήματα.Σύμφωνα με την εντολή που εισάγει ο οδηγός, ο μικροεπεξεργαστής αναλύει και επεξεργάζεται τη θέση του ρότορα του κινητήρα που ανατροφοδοτείται από τον ανιχνευτή θέσης και τον ανιχνευτή ρεύματος ταυτόχρονα, και λαμβάνει αποφάσεις σε μια στιγμή και εκδίδει μια σειρά από εντολές εκτέλεσης ελέγξτε τον διακόπτη απροθυμίας κινητήρα.Προσαρμογή στη λειτουργία ηλεκτρικών οχημάτων υπό διαφορετικές συνθήκες.Η απόδοση του ελεγκτή και η ευελιξία της προσαρμογής εξαρτώνται από τη συνεργασία απόδοσης μεταξύ του λογισμικού και του υλικού του μικροεπεξεργαστή.
ντο.Ανιχνευτής θέσης
Οι κινητήρες μεταγωγής απροθυμίας απαιτούν ανιχνευτές θέσης υψηλής ακρίβειας για να παρέχουν στο σύστημα ελέγχου σήματα αλλαγών στη θέση, την ταχύτητα και το ρεύμα του ρότορα κινητήρα και απαιτούν υψηλότερη συχνότητα μεταγωγής για τη μείωση του θορύβου του διακόπτη απροθυμίας.
2.4.3 Μειονεκτήματα των κινητήρων με απροθυμία μεταγωγής
Το σύστημα ελέγχου του κινητήρα μεταγωγής απροθυμίας είναι λίγο πιο περίπλοκο από τα συστήματα ελέγχου άλλων κινητήρων.Ο ανιχνευτής θέσης είναι το βασικό εξάρτημα του κινητήρα μεταγωγής απροθυμίας και η απόδοσή του έχει σημαντική επίδραση στη λειτουργία ελέγχου του κινητήρα απροθυμίας μεταγωγής.Δεδομένου ότι ο κινητήρας μεταγωγής απροθυμίας είναι μια διπλά εμφανής δομή, υπάρχει αναπόφευκτα διακύμανση της ροπής και ο θόρυβος είναι το κύριο μειονέκτημα του κινητήρα μεταγωγής απροθυμίας.Ωστόσο, η έρευνα των τελευταίων ετών έχει δείξει ότι ο θόρυβος του κινητήρα απροθυμίας μεταγωγής μπορεί να κατασταλεί πλήρως με την υιοθέτηση λογικής τεχνολογίας σχεδιασμού, κατασκευής και ελέγχου.
Επιπλέον, λόγω της μεγάλης διακύμανσης της ροπής εξόδου του κινητήρα μεταγωγής αντίστασης και της μεγάλης διακύμανσης του ρεύματος συνεχούς ρεύματος του μετατροπέα ισχύος, χρειάζεται να εγκατασταθεί ένας μεγάλος πυκνωτής φίλτρου στο δίαυλο DC.Τα αυτοκίνητα έχουν υιοθετήσει διαφορετικούς ηλεκτρικούς κινητήρες σε διαφορετικές ιστορικές περιόδους, χρησιμοποιώντας τον κινητήρα συνεχούς ρεύματος με την καλύτερη απόδοση ελέγχου και χαμηλότερο κόστος.Με τη συνεχή ανάπτυξη της τεχνολογίας κινητήρων, της τεχνολογίας κατασκευής μηχανημάτων, της τεχνολογίας ηλεκτρονικών ισχύος και της τεχνολογίας αυτόματου ελέγχου, κινητήρες AC.Οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη και οι κινητήρες απροθυμίας μεταγωγής παρουσιάζουν ανώτερη απόδοση σε σχέση με τους κινητήρες συνεχούς ρεύματος και αυτοί οι κινητήρες αντικαθιστούν σταδιακά τους κινητήρες συνεχούς ρεύματος στα ηλεκτρικά οχήματα.Ο Πίνακας 1 συγκρίνει τη βασική απόδοση διαφόρων ηλεκτροκινητήρων που χρησιμοποιούνται στα σύγχρονα ηλεκτρικά οχήματα.Επί του παρόντος, το κόστος των κινητήρων εναλλασσόμενου ρεύματος, των κινητήρων μόνιμου μαγνήτη, των κινητήρων μεταγωγής απροθυμίας και των συσκευών ελέγχου τους εξακολουθεί να είναι σχετικά υψηλό.Μετά τη μαζική παραγωγή, οι τιμές αυτών των κινητήρων και των συσκευών ελέγχου μονάδων θα μειωθούν γρήγορα, γεγονός που θα καλύψει τις απαιτήσεις των οικονομικών οφελών και θα κάνει την τιμή των ηλεκτρικών οχημάτων να μειωθεί.
Ώρα δημοσίευσης: Μαρ-24-2022