Människans samexistens med miljön och den hållbara utvecklingen av den globala ekonomin gör människor ivriga att söka efter ett lågemissions- och resurseffektivt transportmedel, och användningen av elfordon är utan tvekan en lovande lösning.
Moderna elfordon är heltäckande produkter som integrerar olika högteknologiska teknologier som elektricitet, elektronik, mekanisk styrning, materialvetenskap och kemisk teknik.Den totala driftprestanda, ekonomi etc. beror först på batterisystemet och motorns styrsystem.Motordrivsystemet i ett elfordon består i allmänhet av fyra huvuddelar, nämligen styrenheten.Effektomvandlare, motorer och sensorer.För närvarande inkluderar de motorer som används i elfordon i allmänhet DC-motorer, induktionsmotorer, switchade reluktansmotorer och borstlösa permanentmagnetmotorer.
1. Grundläggande krav på elfordon för elmotorer
Driften av elfordon är, till skillnad från allmänna industriella tillämpningar, mycket komplex.Därför är kraven på drivsystemet mycket höga.
1.1 Motorer för elfordon bör ha egenskaperna stor momentan effekt, stark överbelastningskapacitet, överbelastningskoefficient på 3 till 4), bra accelerationsprestanda och lång livslängd.
1.2 Motorer för elfordon bör ha ett brett utbud av hastighetsreglering, inklusive konstant vridmomentarea och konstant effektarea.I området med konstant vridmoment krävs högt vridmoment när man kör med låg hastighet för att uppfylla kraven för start och klättring;i området med konstant effekt krävs hög hastighet när lågt vridmoment krävs för att uppfylla kraven för höghastighetskörning på plana vägar.Behöva.
1.3 Elmotorn för elfordon bör kunna realisera regenerativ bromsning när fordonet retarderar, återvinna och återkoppla energi till batteriet, så att elfordonet har den bästa energiutnyttjningsgraden, vilket inte kan uppnås i fordonet med förbränningsmotor .
1.4 Elmotorn för elfordon bör ha hög verkningsgrad i hela driftområdet, för att förbättra marschräckvidden för en laddning.
Dessutom krävs det också att elmotorn för elfordon har god tillförlitlighet, kan arbeta länge i en tuff miljö, har en enkel struktur och är lämplig för massproduktion, har lågt ljud under drift, är lätt att använda. och underhålla, och är billigt.
2 typer och styrmetoder för elmotorer för elfordon
2.1 DC
Motorer De främsta fördelarna med borstade DC-motorer är enkel styrning och mogen teknik.Den har utmärkta kontrollegenskaper oöverträffade av AC-motorer.I de tidigt utvecklade elfordonen används likströmsmotorer mest, och även nu drivs vissa elfordon fortfarande av likströmsmotorer.Men på grund av förekomsten av borstar och mekaniska kommutatorer begränsar det inte bara den ytterligare förbättringen av motorns överbelastningskapacitet och hastighet, utan kräver också frekvent underhåll och byte av borstar och kommutatorer om den går under lång tid.Dessutom, eftersom förlusten finns på rotorn, är det svårt att avleda värme, vilket begränsar den ytterligare förbättringen av motorns vridmoment-till-massaförhållande.Med tanke på ovanstående defekter hos likströmsmotorer används likströmsmotorer i princip inte i nyutvecklade elfordon.
2.2 AC trefas induktionsmotor
2.2.1 Grundläggande prestanda för AC trefas induktionsmotor
AC trefas induktionsmotorer är de mest använda motorerna.Statorn och rotorn är laminerade med silikonstål och det finns inga släpringar, kommutatorer och andra komponenter som är i kontakt med varandra mellan statorerna.Enkel struktur, pålitlig drift och hållbar.Effekttäckningen för AC-induktionsmotorn är mycket bred, och hastigheten når 12000 ~ 15000r/min.Luftkylning eller vätskekylning kan användas, med en hög grad av kylningsfrihet.Den har god anpassningsförmåga till miljön och kan realisera regenerativ återkopplingsbromsning.Jämfört med samma effekt DC-motor är effektiviteten högre, kvaliteten minskar med ungefär hälften, priset är billigt och underhållet är bekvämt.
2.2.2 Styrsystemet
av AC-induktionsmotorn Eftersom AC trefasinduktionsmotorn inte direkt kan använda DC-strömmen som tillförs av batteriet, och AC trefasinduktionsmotorn har olinjära utgångsegenskaper.Därför, i ett elfordon som använder en trefasinduktionsmotor, är det nödvändigt att använda krafthalvledaranordningen i växelriktaren för att omvandla likströmmen till en växelström vars frekvens och amplitud kan justeras för att förverkliga kontrollen av AC:n trefasmotor.Det finns främst v/f-kontrollmetoder och slirfrekvenskontrollmetoder.
Med hjälp av vektorstyrningsmetoden styrs frekvensen av växelströmmen för excitationslindningen hos AC trefasinduktionsmotorn och terminaljusteringen av ingångs AC trefasinduktionsmotorn, det magnetiska flödet och vridmomentet för det roterande magnetfältet av AC trefas induktionsmotorn kontrolleras, och förändringen av AC trefas induktionsmotor realiseras.Hastigheten och utgående vridmoment kan uppfylla kraven på laständringsegenskaper och kan uppnå högsta effektivitet, så att AC trefas induktionsmotor kan användas i stor utsträckning i elfordon.
2.2.3 Brister i
AC trefas induktionsmotor Strömförbrukningen för AC trefas induktionsmotor är stor och rotorn är lätt att värma upp.Det är nödvändigt att säkerställa kylningen av AC trefas induktionsmotor under höghastighetsdrift, annars kommer motorn att skadas.Effektfaktorn för AC trefasinduktionsmotorn är låg, så att ineffektfaktorn för frekvensomvandlings- och spänningsomvandlingsanordningen också är låg, så det är nödvändigt att använda en frekvensomvandlings- och spänningsomvandlingsanordning med stor kapacitet.Kostnaden för styrsystemet för AC trefas induktionsmotor är mycket högre än för AC trefas induktionsmotor själv, vilket ökar kostnaden för det elektriska fordonet.Dessutom är hastighetsregleringen av AC trefasinduktionsmotorn också dålig.
2.3 Borstlös likströmsmotor med permanent magnet
2.3.1 Grundläggande prestanda för borstlös likströmsmotor med permanent magnet
Borstlös DC-motor med permanent magnet är en högpresterande motor.Dess största egenskap är att den har de yttre egenskaperna hos en DC-motor utan en mekanisk kontaktstruktur som består av borstar.Dessutom antar den permanentmagnetrotor, och det finns ingen excitationsförlust: den uppvärmda ankarlindningen är installerad på den yttre statorn, vilket är lätt att avleda värme.Därför har den borstlösa DC-motorn med permanent magnet inga kommuteringsgnistor, ingen radiostörning, lång livslängd och tillförlitlig drift., enkelt underhåll.Dessutom begränsas dess hastighet inte av mekanisk kommutering, och om luftlager eller magnetiska upphängningslager används kan den köras med upp till flera hundra tusen varv per minut.Jämfört med det borstlösa likströmsmotorsystemet med permanent magnet har det högre energitäthet och högre effektivitet och har goda möjligheter till användning i elfordon.
2.3.2 Styrsystemet för den borstlösa likströmsmotorn med permanentmagnet
en typisk borstlös likströmsmotor med permanent magnet är ett kvasi-avkopplande vektorstyrsystem.Eftersom permanentmagneten endast kan generera ett magnetfält med fast amplitud, är det borstlösa likströmsmotorsystemet med permanentmagnet mycket viktigt.Den är lämplig för att köras i området med konstant vridmoment, vanligtvis med strömhysteresstyrning eller SPWM-metod av strömåterkopplingstyp för att slutföra.För att ytterligare utöka hastigheten kan den borstlösa likströmsmotorn med permanentmagnet även använda fältförsvagningskontroll.Kärnan i fältförsvagningskontroll är att föra fram fasvinkeln för fasströmmen för att tillhandahålla en direktaxelavmagnetiseringspotential för att försvaga flödeslänkningen i statorlindningen.
2.3.3 Otillräcklighet av
Borstlös likströmsmotor för permanentmagnet Den borstlösa likströmsmotorn med permanentmagnet påverkas och begränsas av processen med permanentmagnetmaterial, vilket gör kraftomfånget för den borstlösa likströmsmotorn med permanentmagnet litet, och den maximala effekten är bara tiotals kilowatt.När permanentmagnetmaterialet utsätts för vibrationer, hög temperatur och överbelastningsström, kan dess magnetiska permeabilitet minska eller avmagnetisera, vilket kommer att minska prestandan hos permanentmagnetmotorn och till och med skada motorn i allvarliga fall.Överbelastning sker inte.I konstant effektläge är den borstlösa likströmsmotorn med permanentmagnet komplicerad att använda och kräver ett komplext styrsystem, vilket gör drivsystemet för den borstlösa likströmsmotorn med permanentmagnet mycket dyrt.
2.4 Switchad reluktansmotor
2.4.1 Grundläggande prestanda för switchad reluktansmotor
Den switchade reluktansmotorn är en ny typ av motor.Systemet har många uppenbara egenskaper: dess struktur är enklare än någon annan motor, och det finns inga släpringar, lindningar och permanentmagneter på motorns rotor, utan bara på statorn.Det finns en enkel koncentrerad lindning, lindningens ändar är korta och det finns ingen interfasbygel, vilket är lätt att underhålla och reparera.Därför är tillförlitligheten god och hastigheten kan nå 15000 r/min.Verkningsgraden kan nå 85 % till 93 %, vilket är högre än för AC-induktionsmotorer.Förlusten ligger främst i statorn, och motorn är lätt att kyla;Rotorn är en permanentmagnet, som har ett brett varvtalsregleringsområde och flexibel styrning, vilket är lätt att uppnå olika speciella krav på vridmoment-hastighetsegenskaper och upprätthåller hög effektivitet inom ett brett område.Det är mer lämpligt för kraftprestandakraven för elfordon.
2.4.2 Omkopplat reluktansmotorstyrsystem
Switchad reluktansmotor har en hög grad av olinjära egenskaper, därför är dess drivsystem mer komplext.Dess styrsystem inkluderar en kraftomvandlare.
a.Excitationslindningen för den omkopplade reluktansmotorn i effektomvandlaren, oavsett framström eller backström, förblir vridmomentriktningen oförändrad och perioden kommuteras.Varje fas behöver bara ett strömbrytarrör med mindre kapacitet, och effektomvandlarkretsen är relativt enkel, inget rakt igenom fel, bra tillförlitlighet, lätt att implementera mjukstart och fyrkvadrantdrift av systemet och stark regenerativ bromsförmåga .Kostnaden är lägre än växelriktarstyrsystemet för AC trefas induktionsmotor.
b.Kontroller
Styrenheten består av mikroprocessorer, digitala logiska kretsar och andra komponenter.Enligt kommandot från föraren analyserar och bearbetar mikroprocessorn motorns rotorposition som återkopplas av positionsdetektorn och strömdetektorn samtidigt, och fattar beslut på ett ögonblick och utfärdar en serie exekveringskommandon för att styra den kopplade reluktansmotorn.Anpassa till driften av elfordon under olika förhållanden.Styrenhetens prestanda och flexibiliteten i justeringen beror på prestandasamarbetet mellan mjukvaran och hårdvaran i mikroprocessorn.
c.Positionsdetektor
Switchade reluktansmotorer kräver högprecisionspositionsdetektorer för att förse styrsystemet med signaler om förändringar i motorrotorns position, hastighet och ström, och kräver en högre switchfrekvens för att minska bruset från den switchade reluktansmotorn.
2.4.3 Brister hos switchade reluktansmotorer
Styrsystemet för den kopplade reluktansmotorn är lite mer komplicerat än styrsystemen för andra motorer.Positionsdetektorn är nyckelkomponenten i den kopplade reluktansmotorn, och dess prestanda har ett viktigt inflytande på styrfunktionen för den kopplade reluktansmotorn.Eftersom den switchade reluktansmotorn är en dubbelt framträdande struktur, finns det oundvikligen vridmomentfluktuationer och brus är den största nackdelen med den switchade reluktansmotorn.Forskning under senare år har dock visat att bruset från den omkopplade reluktansmotorn helt kan dämpas genom att anta rimlig design, tillverkning och styrteknik.
Dessutom, på grund av den stora fluktuationen av utgående vridmoment från den omkopplade reluktansmotorn och den stora fluktuationen av likströmmen i effektomvandlaren, måste en stor filterkondensator installeras på DC-bussen.Bilar har antagit olika elmotorer under olika historiska perioder, med likströmsmotorn med bästa kontrollprestanda och lägre kostnad.Med den kontinuerliga utvecklingen av motorteknik, maskintillverkningsteknik, kraftelektronikteknik och automatisk styrteknik, AC-motorer.Borstlösa DC-motorer med permanent magnet och switchade reluktansmotorer visar överlägsen prestanda jämfört med DC-motorer, och dessa motorer ersätter gradvis DC-motorer i elfordon.Tabell 1 jämför den grundläggande prestandan för olika elmotorer som används i moderna elfordon.För närvarande är kostnaden för växelströmsmotorer, permanentmagnetmotorer, switchade reluktansmotorer och deras styrenheter fortfarande relativt höga.Efter massproduktion kommer priserna på dessa motorer och enhetsstyrenheter att minska snabbt, vilket kommer att uppfylla kraven på ekonomiska fördelar och göra att priset på elfordon sänks.
Posttid: 2022-mars