Elektromobily se skládají hlavně ze tří částí: systém pohonu motoru, systém baterie a systém řízení vozidla.Motorový pohon je součástí, která přímo přeměňuje elektrickou energii na mechanickou energii, která určuje výkonnostní ukazatele elektromobilů.Proto je výběr hnacího motoru obzvláště důležitý.
V prostředí ochrany životního prostředí se elektromobily staly v posledních letech také ohniskem výzkumu.Elektromobily mohou dosahovat nulových nebo velmi nízkých emisí v městském provozu a mají obrovské výhody v oblasti ochrany životního prostředí.Všechny země usilovně pracují na vývoji elektrických vozidel.Elektromobily se skládají hlavně ze tří částí: systém pohonu motoru, systém baterie a systém řízení vozidla.Motorový pohon je součástí, která přímo přeměňuje elektrickou energii na mechanickou energii, která určuje výkonnostní ukazatele elektromobilů.Proto je výběr hnacího motoru obzvláště důležitý.
1. Požadavky na elektrická vozidla na hnací motory
V současné době se při hodnocení výkonu elektrických vozidel berou v úvahu především tyto tři ukazatele výkonu:
(1) Maximální dojezd (km): maximální dojezd elektrického vozidla po úplném nabití baterie;
(2) Schopnost zrychlení: minimální doba potřebná k tomu, aby elektrické vozidlo zrychlilo z klidu na určitou rychlost;
(3) Maximální rychlost (km/h): maximální rychlost, kterou může elektromobil dosáhnout.
Motory určené pro jízdní vlastnosti elektrických vozidel mají ve srovnání s průmyslovými motory speciální požadavky na výkon:
(1) Hnací motor elektrického vozidla obvykle vyžaduje vysoké požadavky na dynamický výkon pro časté spouštění/zastavování, zrychlování/zpomalování a řízení točivého momentu;
(2) Aby se snížila hmotnost celého vozidla, vícestupňová převodovka se obvykle ruší, což vyžaduje, aby motor mohl poskytovat vyšší točivý moment při nízké rychlosti nebo při stoupání do svahu a obvykle vydržel 4-5krát přetížení;
(3) Požaduje se, aby rozsah regulace otáček byl co největší a zároveň je nutné udržovat vysokou provozní účinnost v celém rozsahu regulace otáček;
(4) Motor je konstruován tak, aby měl pokud možno vysoké jmenovité otáčky a zároveň byl v co největší míře použit plášť z hliníkové slitiny.Vysokorychlostní motor má malé rozměry, což přispívá ke snížení hmotnosti elektrických vozidel;
(5) Elektrická vozidla by měla mít optimální využití energie a mít funkci rekuperace brzdné energie.Energie získaná rekuperačním brzděním by obecně měla dosahovat 10%-20% celkové energie;
(6) Pracovní prostředí motoru používaného v elektrických vozidlech je složitější a drsnější a vyžaduje, aby měl motor dobrou spolehlivost a přizpůsobivost prostředí a zároveň aby bylo zajištěno, že náklady na výrobu motoru nemohou být příliš vysoké.
2. Několik běžně používaných hnacích motorů
2.1 DC motor
V rané fázi vývoje elektrických vozidel používala většina elektrických vozidel jako hnací motory stejnosměrné motory.Tento typ technologie motoru je poměrně vyspělý, se snadnými způsoby ovládání a vynikající regulací otáček.Dříve byl nejpoužívanější v oblasti motorů s regulací otáček..Vzhledem ke složité mechanické struktuře stejnosměrného motoru, jako jsou: kartáče a mechanické komutátory, je však omezena jeho okamžitá přetížitelnost a další zvyšování otáček motoru a v případě dlouhodobé práce je mechanická konstrukce motoru motor bude generována ztráta a náklady na údržbu se zvyšují.Kromě toho, když motor běží, jiskry z kartáčů zahřívají rotor, plýtvají energií, znesnadňují odvod tepla a také způsobují vysokofrekvenční elektromagnetické rušení, které ovlivňuje výkon vozidla.Vzhledem k výše uvedeným nedostatkům stejnosměrných motorů současná elektrická vozidla v podstatě vyloučila stejnosměrné motory.
2.2 Střídavý asynchronní motor
Střídavý asynchronní motor je typ motoru, který je široce používán v průmyslu.Vyznačuje se tím, že stator a rotor jsou laminovány plechy z křemíkové oceli.Oba konce jsou zabaleny s hliníkovými kryty., spolehlivý a odolný provoz, snadná údržba.Ve srovnání se stejnosměrným motorem stejného výkonu je střídavý asynchronní motor účinnější a hmotnost je asi o polovinu lehčí.Pokud se použije způsob řízení vektorového řízení, lze získat ovladatelnost a širší rozsah regulace rychlosti srovnatelný s rozsahem stejnosměrného motoru.Vzhledem k výhodám vysoké účinnosti, vysokému měrnému výkonu a vhodnosti pro vysokorychlostní provoz jsou střídavé asynchronní motory nejpoužívanějšími motory ve vysokovýkonných elektrických vozidlech.V současné době se ve velkém vyrábějí střídavé asynchronní motory a na výběr jsou různé druhy vyzrálých produktů.V případě vysokorychlostního provozu se však rotor motoru silně zahřívá a motor musí být během provozu chlazen.Pohon a řídicí systém asynchronního motoru je přitom velmi komplikovaný a vysoká je i cena těla motoru.Ve srovnání s motorem s permanentním magnetem a spínanou reluktancí U motorů je účinnost a hustota výkonu asynchronních motorů nízká, což nepřispívá ke zlepšení maximálního kilometrového výkonu elektrických vozidel.
2.3 Motor s permanentním magnetem
Motory s permanentními magnety lze rozdělit do dvou typů podle různých průběhů proudu statorových vinutí, jeden je bezkomutátorový stejnosměrný motor, který má obdélníkový pulzní vlnový proud;druhý je synchronní motor s permanentním magnetem, který má sinusový proud.Tyto dva typy motorů jsou v podstatě stejné ve struktuře a principu činnosti.Rotory jsou permanentní magnety, což snižuje ztráty způsobené buzením.Stator je instalován s vinutím pro generování točivého momentu pomocí střídavého proudu, takže chlazení je relativně snadné.Protože tento typ motoru nepotřebuje instalovat kartáče a mechanickou komutační strukturu, nebudou během provozu generovat žádné komutační jiskry, provoz je bezpečný a spolehlivý, údržba je pohodlná a míra využití energie je vysoká.
Řídicí systém motoru s permanentními magnety je jednodušší než řídicí systém střídavého asynchronního motoru.Vzhledem k omezení procesu výroby materiálu s permanentními magnety je však rozsah výkonu motoru s permanentním magnetem malý a maximální výkon je obecně pouze desítky milionů, což je největší nevýhoda motoru s permanentním magnetem.Materiál s permanentním magnetem na rotoru bude mít zároveň jev magnetického rozpadu za podmínek vysoké teploty, vibrací a nadproudu, takže za relativně složitých pracovních podmínek je motor s permanentními magnety náchylný k poškození.Navíc cena materiálů s permanentními magnety je vysoká, takže náklady na celý motor a jeho řídicí systém jsou vysoké.
2.4 Spínaný reluktanční motor
Jako nový typ motoru má spínaný reluktanční motor ve srovnání s jinými typy hnacích motorů nejjednodušší konstrukci.Stator i rotor jsou dvojité vyčnívající konstrukce vyrobené z běžných křemíkových ocelových plechů.Na rotoru není žádná struktura.Stator je vybaven jednoduchým koncentrovaným vinutím, které má mnoho výhod jako je jednoduchá a pevná konstrukce, vysoká spolehlivost, nízká hmotnost, nízká cena, vysoká účinnost, nízký nárůst teploty a snadná údržba.Navíc má vynikající vlastnosti dobré ovladatelnosti stejnosměrného systému řízení rychlosti a je vhodný do náročných prostředí a je velmi vhodný pro použití jako hnací motor pro elektrická vozidla.
Vzhledem k tomu, že hnací motory elektrických vozidel, stejnosměrné motory a motory s permanentními magnety mají špatnou přizpůsobivost ve struktuře a složitém pracovním prostředí a jsou náchylné k mechanickým a demagnetizačním poruchám, zaměřuje se tento článek na zavedení spínaných reluktančních motorů a střídavých asynchronních motorů.Ve srovnání se strojem má zjevné výhody v následujících aspektech.
2.4.1 Konstrukce těla motoru
Struktura spínaného reluktančního motoru je jednodušší než u indukčního motoru s kotvou nakrátko.Jeho mimořádnou výhodou je, že na rotoru není žádné vinutí a je vyroben pouze z běžných plechů z křemíkové oceli.Většina ztrát celého motoru je soustředěna na vinutí statoru, což usnadňuje výrobu motoru, má dobrou izolaci, snadno se chladí a má vynikající vlastnosti pro odvod tepla.Tato konstrukce motoru může snížit velikost a hmotnost motoru a lze ji získat s malým objemem.větší výstupní výkon.Díky dobré mechanické elasticitě rotoru motoru lze spínané reluktanční motory použít pro ultravysokorychlostní provoz.
2.4.2 Obvod pohonu motoru
Fázový proud systému pohonu spínaného reluktančního motoru je jednosměrný a nemá nic společného se směrem točivého momentu a pro splnění čtyřkvadrantového provozního stavu motoru lze použít pouze jedno hlavní spínací zařízení.Obvod měniče výkonu je přímo zapojen do série s budicím vinutím motoru a každý fázový obvod dodává energii nezávisle.I když selže určité fázové vinutí nebo regulátor motoru, stačí pouze zastavit chod fáze, aniž by to způsobilo větší dopad.Těleso motoru i výkonový měnič jsou proto velmi bezpečné a spolehlivé, takže jsou vhodnější pro použití v drsném prostředí než asynchronní stroje.
2.4.3 Výkonnostní aspekty motorického systému
Spínané reluktanční motory mají mnoho řídicích parametrů a je snadné splnit požadavky čtyřkvadrantového provozu elektrických vozidel prostřednictvím vhodných řídicích strategií a návrhu systému a mohou si udržet vynikající brzdnou schopnost ve vysokorychlostních provozních oblastech.Spínané reluktanční motory mají nejen vysokou účinnost, ale také si zachovávají vysokou účinnost v širokém rozsahu regulace otáček, což je nesrovnatelné s jinými typy systémů pohonu motorů.Tento výkon je velmi vhodný pro provoz elektrických vozidel a je velmi přínosný pro zlepšení cestovního dosahu elektrických vozidel.
3. Závěr
Tento článek se zaměřuje na předložení výhod spínaného reluktančního motoru jako hnacího motoru pro elektrická vozidla porovnáním různých běžně používaných systémů řízení rychlosti hnacího motoru, což je výzkumný hotspot ve vývoji elektrických vozidel.Pro tento typ speciálního motoru je stále velký prostor pro vývoj v praktických aplikacích.Výzkumníci musí vynaložit více úsilí na provádění teoretického výzkumu a zároveň je nutné spojit potřeby trhu, aby podpořili uplatnění tohoto typu motoru v praxi.
Čas odeslání: 24. března 2022