Електромобілі в основному складаються з трьох частин: системи двигуна, системи акумулятора та системи керування автомобілем.Система моторного приводу - це частина, яка безпосередньо перетворює електричну енергію в механічну, що визначає показники роботи електромобілів.Тому вибір приводного двигуна є особливо важливим.
У середовищі захисту навколишнього середовища електромобілі також стали гарячою точкою досліджень в останні роки.Електромобілі можуть досягати нульових або дуже низьких викидів у міському русі та мати величезні переваги в галузі захисту навколишнього середовища.Усі країни наполегливо працюють над розробкою електромобілів.Електромобілі в основному складаються з трьох частин: системи двигуна, системи акумулятора та системи керування автомобілем.Система моторного приводу - це частина, яка безпосередньо перетворює електричну енергію в механічну, що визначає показники роботи електромобілів.Тому вибір приводного двигуна є особливо важливим.
1. Вимоги до електромобілів до приводних двигунів
В даний час оцінка ефективності електромобіля в основному розглядає наступні три показники ефективності:
(1) Максимальний пробіг (км): максимальний пробіг електромобіля після повної зарядки акумулятора;
(2) Здатність до прискорення: мінімальний час, необхідний електромобілю для розгону з місця до певної швидкості;
(3) Максимальна швидкість (км/год): максимальна швидкість, яку може досягти електромобіль.
Двигуни, розроблені для ходових характеристик електромобілів, мають особливі вимоги до продуктивності порівняно з промисловими двигунами:
(1) Привідний двигун електромобіля зазвичай вимагає високих вимог до динамічних характеристик для частого запуску/зупинки, прискорення/уповільнення та контролю крутного моменту;
(2) Щоб зменшити вагу всього транспортного засобу, багатошвидкісна трансмісія зазвичай скасовується, що вимагає, щоб двигун міг забезпечувати більш високий крутний момент на низькій швидкості або під час підйому на схил, і зазвичай може витримувати 4-5 разів перевантаження;
(3) Діапазон регулювання швидкості повинен бути якомога більшим, і в той же час необхідно підтримувати високу робочу ефективність у всьому діапазоні регулювання швидкості;
(4) Двигун розроблено для максимально високої номінальної швидкості, і в той же час максимально використовується корпус із алюмінієвого сплаву.Високошвидкісний двигун має невеликі розміри, що сприяє зменшенню ваги електромобілів;
(5) Електричні транспортні засоби повинні оптимально використовувати енергію та мати функцію рекуперації енергії гальмування.Енергія, відновлена за допомогою рекуперативного гальмування, зазвичай повинна досягати 10%-20% від загальної енергії;
(6) Робоче середовище двигуна, який використовується в електричних транспортних засобах, є більш складним і суворим, що вимагає від двигуна хорошої надійності та адаптованості до навколишнього середовища, і в той же час гарантувати, що вартість виробництва двигуна не може бути занадто високою.
2. Кілька часто використовуваних приводних двигунів
2.1 Двигун постійного струму
На ранньому етапі розвитку електромобілів більшість електромобілів використовували двигуни постійного струму як приводні двигуни.Цей тип технології двигунів є відносно зрілим, з простими методами керування та чудовим регулюванням швидкості.Раніше він був найбільш широко використовуваним у галузі регулювання швидкості двигунів..Однак через складну механічну структуру двигуна постійного струму, таку як: щітки та механічні комутатори, його миттєва перевантажувальна здатність та подальше збільшення швидкості двигуна обмежені, а у випадку тривалої роботи механічна структура двигуна двигун буде збиток, а витрати на обслуговування збільшаться.Крім того, під час роботи двигуна іскри від щіток викликають нагрів ротора, витрачають енергію, ускладнюють розсіювання тепла, а також викликають високочастотні електромагнітні перешкоди, які впливають на роботу автомобіля.Через зазначені вище недоліки двигунів постійного струму, поточні електромобілі в основному усунули двигуни постійного струму.
2.2 Асинхронний двигун змінного струму
Асинхронний двигун змінного струму - це тип двигуна, який широко використовується в промисловості.Він характеризується тим, що статор і ротор ламіновані листами кремнієвої сталі.Обидва кінці запаковані алюмінієвими кришками., надійна і довговічна робота, простота обслуговування.У порівнянні з двигуном постійного струму тієї ж потужності, асинхронний двигун змінного струму є більш ефективним, а маса приблизно наполовину легша.Якщо використовується метод векторного керування, можна отримати керованість і більш широкий діапазон регулювання швидкості, порівнянний з двигуном постійного струму.Завдяки перевагам високої ефективності, високої питомої потужності та придатності для високошвидкісної роботи асинхронні двигуни змінного струму є найбільш широко використовуваними двигунами в електромобілях великої потужності.В даний час асинхронні двигуни змінного струму виробляються у великих масштабах, і є різні типи зрілих продуктів на вибір.Однак у разі високошвидкісної роботи ротор двигуна сильно нагрівається, і під час роботи двигун потрібно охолоджувати.У той же час система приводу та керування асинхронним двигуном дуже складна, а вартість корпусу двигуна також висока.У порівнянні з двигуном з постійними магнітами та реактивним реактивним двигуном ККД і питома потужність асинхронних двигунів низькі, що не сприяє підвищенню максимального пробігу електромобілів.
2.3 Двигун з постійними магнітами
Двигуни з постійними магнітами можна розділити на два типи відповідно до різних форм струму обмоток статора, один - це безщітковий двигун постійного струму, який має прямокутний імпульсний струм;інший - це синхронний двигун з постійним магнітом, який має синусоїдний струм.Два типи двигунів в основному однакові за структурою та принципом роботи.Ротори є постійними магнітами, що зменшує втрати, викликані збудженням.Статор встановлено з обмотками для створення крутного моменту через змінний струм, тому охолодження є відносно легким.Оскільки для цього типу двигуна не потрібно встановлювати щітки та механічну комутаційну структуру, під час роботи не буде генеруватися комутаційних іскор, робота є безпечною та надійною, технічне обслуговування зручне, а коефіцієнт використання енергії високий.
Система керування двигуном з постійними магнітами простіша, ніж система керування асинхронним двигуном змінного струму.Однак через обмеження процесу виготовлення матеріалу з постійним магнітом діапазон потужності двигуна з постійним магнітом невеликий, а максимальна потужність зазвичай становить лише десятки мільйонів, що є найбільшим недоліком двигуна з постійним магнітом.У той же час матеріал постійного магніту на роторі матиме явище магнітного розпаду в умовах високої температури, вібрації та перевантаження по струму, тому за відносно складних робочих умов двигун із постійним магнітом схильний до пошкодження.Крім того, ціна матеріалів постійного магніту висока, тому вартість усього двигуна та його системи керування висока.
2.4 Реактивний двигун
Як новий тип двигуна, реактивний двигун має найпростішу конструкцію порівняно з іншими типами приводних двигунів.І статор, і ротор — це подвійні виступаючі структури, виготовлені зі звичайної листової кремнієвої сталі.На роторі немає конструкції.Статор оснащений простою зосередженою обмоткою, яка має багато переваг, таких як проста і міцна структура, висока надійність, мала вага, низька вартість, висока ефективність, низьке підвищення температури та легке обслуговування.Крім того, він має відмінні характеристики хорошої керованості системи контролю швидкості постійного струму, підходить для суворих умов і дуже підходить для використання в якості приводного двигуна для електромобілів.
Враховуючи те, що електромобілі, двигуни постійного струму та двигуни з постійними магнітами мають низьку адаптивність у структурі та складному робочому середовищі, а також схильні до механічних пошкоджень та збоїв розмагнічування, ця стаття зосереджена на впровадженні реактивних двигунів та асинхронних двигунів змінного струму.У порівнянні з машиною він має очевидні переваги в наступних аспектах.
2.4.1 Будова рухового тіла
Конструкція реактивного електродвигуна простіша, ніж асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором.Його видатна перевага полягає в тому, що на роторі немає обмотки, і він виготовлений лише зі звичайної листової кремнієвої сталі.Більша частина втрат усього двигуна зосереджена на обмотці статора, що робить двигун простим у виготовленні, має хорошу ізоляцію, легко охолоджується та має чудові характеристики розсіювання тепла.Ця конструкція двигуна може зменшити розмір і вагу двигуна, і може бути отримана з невеликим об'ємом.більша вихідна потужність.Завдяки хорошій механічній еластичності ротора двигуна реактивні електродвигуни можна використовувати для роботи на надвисокій швидкості.
2.4.2 Схема приводу двигуна
Фазний струм системи приводу реактивного реактивного двигуна є односпрямованим і не має нічого спільного з напрямком крутного моменту, і лише один головний комутаційний пристрій може використовуватися для виконання чотириквадрантного режиму роботи двигуна.Схема силового перетворювача безпосередньо з'єднана послідовно з обмоткою збудження двигуна, і кожна фазна схема подає живлення незалежно.Навіть якщо вийде з ладу певна фазна обмотка або контролер двигуна, потрібно лише зупинити роботу фази, не викликаючи більшого впливу.Таким чином, і корпус двигуна, і перетворювач потужності є дуже безпечними та надійними, тому вони більше підходять для використання в суворих умовах, ніж асинхронні машини.
2.4.3 Аспекти продуктивності рухової системи
Імпульсно-реактивні двигуни мають багато параметрів керування, і їх легко задовольнити вимогам чотириквадрантної роботи електромобілів за допомогою відповідних стратегій керування та конструкції системи, і вони можуть підтримувати чудову гальмівну здатність у зонах високошвидкісної роботи.Імпульсно-реактивні двигуни не тільки мають високу ефективність, але й зберігають високу ефективність у широкому діапазоні регулювання швидкості, що не має собі рівних з іншими типами систем приводу двигунів.Ця продуктивність дуже підходить для експлуатації електромобілів і є дуже корисною для покращення запасу ходу електромобілів.
3. Висновок
Мета цієї статті полягає в тому, щоб представити переваги реактивного електродвигуна як приводного двигуна для електромобілів шляхом порівняння різних широко використовуваних систем керування швидкістю приводного двигуна, що є гарячою точкою досліджень у розробці електромобілів.Для цього типу спеціального двигуна ще є багато можливостей для розробки в практичних застосуваннях.Дослідникам необхідно докласти більше зусиль для проведення теоретичних досліджень, і в той же час необхідно поєднати потреби ринку для сприяння застосуванню цього типу двигуна на практиці.
Час публікації: 24 березня 2022 р