Elektrische voertuigen bestaan hoofdzakelijk uit drie delen: motoraandrijfsysteem, batterijsysteem en voertuigbesturingssysteem.Het motoraandrijfsysteem is het onderdeel dat elektrische energie direct omzet in mechanische energie, wat de prestatie-indicatoren van elektrische voertuigen bepaalt.Daarom is de keuze van de aandrijfmotor bijzonder belangrijk.
Op het gebied van milieubescherming zijn elektrische voertuigen de afgelopen jaren ook een onderzoekshotspot geworden.Elektrische voertuigen kunnen in het stadsverkeer geen of zeer lage emissies realiseren en hebben enorme voordelen op het gebied van milieubescherming.Alle landen werken hard aan de ontwikkeling van elektrische voertuigen.Elektrische voertuigen bestaan hoofdzakelijk uit drie delen: motoraandrijfsysteem, batterijsysteem en voertuigbesturingssysteem.Het motoraandrijfsysteem is het onderdeel dat elektrische energie direct omzet in mechanische energie, wat de prestatie-indicatoren van elektrische voertuigen bepaalt.Daarom is de keuze van de aandrijfmotor bijzonder belangrijk.
1. Eisen voor elektrische voertuigen voor aandrijfmotoren
Momenteel wordt bij de evaluatie van de prestaties van elektrische voertuigen voornamelijk rekening gehouden met de volgende drie prestatie-indicatoren:
(1) Maximaal aantal kilometers (km): het maximale aantal kilometers dat het elektrische voertuig kan afleggen nadat de accu volledig is opgeladen;
(2) Acceleratievermogen(s): de minimale tijd die een elektrisch voertuig nodig heeft om vanuit stilstand naar een bepaalde snelheid te accelereren;
(3) Maximumsnelheid (km/u): de maximale snelheid die een elektrisch voertuig kan bereiken.
Motoren die zijn ontworpen voor de rijeigenschappen van elektrische voertuigen stellen speciale prestatie-eisen ten opzichte van industriële motoren:
(1) De aandrijfmotor van een elektrisch voertuig vereist doorgaans hoge dynamische prestatie-eisen voor frequent starten/stoppen, accelereren/decelereren en koppelregeling;
(2) Om het gewicht van het hele voertuig te verminderen, wordt de transmissie met meerdere snelheden meestal geannuleerd, wat vereist dat de motor een hoger koppel kan leveren bij lage snelheid of bij het beklimmen van een helling, en meestal 4-5 keer kan weerstaan de overbelasting;
(3) Het snelheidsregelbereik moet zo groot mogelijk zijn, en tegelijkertijd is het noodzakelijk om een hoge bedrijfsefficiëntie binnen het gehele snelheidsregelbereik te handhaven;
(4) De motor is ontworpen om zoveel mogelijk een hoog nominaal toerental te hebben, en tegelijkertijd wordt zoveel mogelijk een behuizing van aluminiumlegering gebruikt.De hogesnelheidsmotor is klein van formaat, wat bevorderlijk is voor het verminderen van het gewicht van elektrische voertuigen;
(5) Elektrische voertuigen moeten een optimaal energieverbruik hebben en de functie hebben van het terugwinnen van remenergie.De door regeneratief remmen teruggewonnen energie zou doorgaans 10%-20% van de totale energie moeten bedragen;
(6) De werkomgeving van de motor die in elektrische voertuigen wordt gebruikt, is complexer en zwaarder, waardoor de motor een goede betrouwbaarheid en aanpassingsvermogen aan de omgeving moet hebben, en er tegelijkertijd voor moet worden gezorgd dat de productiekosten van de motor niet te hoog kunnen worden.
2. Diverse veelgebruikte aandrijfmotoren
2.1 DC-motor
In het vroege stadium van de ontwikkeling van elektrische voertuigen gebruikten de meeste elektrische voertuigen gelijkstroommotoren als aandrijfmotoren.Dit type motortechnologie is relatief volwassen, met eenvoudige bedieningsmethoden en uitstekende snelheidsregeling.Vroeger werd het het meest gebruikt op het gebied van snelheidsregelmotoren..Vanwege de complexe mechanische structuur van de DC-motor, zoals: borstels en mechanische commutatoren, zijn de onmiddellijke overbelastingscapaciteit en de verdere toename van het motortoerental echter beperkt, en in het geval van langdurig werk kan de mechanische structuur van de motor zal worden Er wordt verlies gegenereerd en de onderhoudskosten stijgen.Wanneer de motor draait, zorgen de vonken van de borstels er bovendien voor dat de rotor warm wordt, energie verspilt, het moeilijk maakt om warmte af te voeren en ook hoogfrequente elektromagnetische interferentie veroorzaakt, die de prestaties van het voertuig beïnvloedt.Vanwege de bovengenoemde tekortkomingen van gelijkstroommotoren hebben de huidige elektrische voertuigen gelijkstroommotoren feitelijk geëlimineerd.
2.2 Asynchrone AC-motor
Asynchrone AC-motor is een type motor dat veel in de industrie wordt gebruikt.Het wordt gekenmerkt doordat de stator en de rotor zijn gelamineerd door siliciumstaalplaten.Beide uiteinden zijn verpakt met aluminium deksels., betrouwbare en duurzame werking, eenvoudig onderhoud.Vergeleken met de gelijkstroommotor met hetzelfde vermogen is de asynchrone AC-motor efficiënter en is de massa ongeveer de helft lichter.Als de besturingsmethode van vectorbesturing wordt toegepast, kunnen de bestuurbaarheid en het bredere snelheidsregelbereik vergelijkbaar met dat van de DC-motor worden verkregen.Vanwege de voordelen van hoge efficiëntie, hoog specifiek vermogen en geschiktheid voor werking op hoge snelheid, zijn asynchrone AC-motoren de meest gebruikte motoren in elektrische voertuigen met hoog vermogen.Momenteel worden asynchrone AC-motoren op grote schaal geproduceerd en zijn er verschillende soorten volwassen producten om uit te kiezen.Bij werking op hoge snelheid wordt de rotor van de motor echter ernstig verwarmd en moet de motor tijdens bedrijf worden gekoeld.Tegelijkertijd is het aandrijf- en besturingssysteem van de asynchrone motor erg ingewikkeld en zijn de kosten van het motorlichaam ook hoog.Vergeleken met de permanente magneetmotor en de geschakelde reluctantie voor motoren zijn de efficiëntie en vermogensdichtheid van asynchrone motoren laag, wat niet bevorderlijk is voor het verbeteren van het maximale aantal kilometers van elektrische voertuigen.
2.3 Permanente magneetmotor
Permanente magneetmotoren kunnen in twee typen worden verdeeld, afhankelijk van de verschillende stroomgolfvormen van de statorwikkelingen: de ene is een borstelloze gelijkstroommotor, die een rechthoekige pulsgolfstroom heeft;de andere is een synchrone motor met permanente magneet, die een sinusgolfstroom heeft.De twee typen motoren zijn qua structuur en werkingsprincipe in principe hetzelfde.De rotoren zijn permanente magneten, waardoor het verlies veroorzaakt door excitatie wordt verminderd.De stator is geïnstalleerd met wikkelingen om koppel te genereren via wisselstroom, waardoor koeling relatief eenvoudig is.Omdat dit type motor geen borstels en mechanische commutatiestructuur hoeft te installeren, worden er tijdens bedrijf geen commutatievonken gegenereerd, is de werking veilig en betrouwbaar, is het onderhoud gemakkelijk en is het energieverbruik hoog.
Het besturingssysteem van de permanentmagneetmotor is eenvoudiger dan het besturingssysteem van de asynchrone AC-motor.Vanwege de beperking van het materiaalproces met permanente magneten is het vermogensbereik van de permanente magneetmotor echter klein en bedraagt het maximale vermogen over het algemeen slechts tientallen miljoenen, wat het grootste nadeel van de permanente magneetmotor is.Tegelijkertijd zal het permanente magneetmateriaal op de rotor een fenomeen van magnetisch verval vertonen onder de omstandigheden van hoge temperaturen, trillingen en overstroom, dus onder relatief complexe werkomstandigheden is de permanente magneetmotor gevoelig voor beschadiging.Bovendien is de prijs van permanente magneetmaterialen hoog, waardoor de kosten van de gehele motor en het besturingssysteem ervan hoog zijn.
2.4 Geschakelde weerstandsmotor
Als nieuw type motor heeft de geschakelde reluctantiemotor de eenvoudigste structuur vergeleken met andere typen aandrijfmotoren.De stator en rotor zijn beide dubbele opvallende structuren gemaakt van gewone siliciumstaalplaten.Er zit geen structuur op de rotor.De stator is uitgerust met een eenvoudige geconcentreerde wikkeling, die vele voordelen heeft, zoals een eenvoudige en solide structuur, hoge betrouwbaarheid, laag gewicht, lage kosten, hoog rendement, lage temperatuurstijging en eenvoudig onderhoud.Bovendien heeft het de uitstekende eigenschappen van een goede regelbaarheid van het DC-snelheidsregelsysteem, is het geschikt voor zware omstandigheden en is het zeer geschikt voor gebruik als aandrijfmotor voor elektrische voertuigen.
Gezien het feit dat aandrijfmotoren voor elektrische voertuigen, DC-motoren en permanente magneetmotoren een slecht aanpassingsvermogen hebben qua structuur en complexe werkomgeving, en gevoelig zijn voor mechanische en demagnetisatiefouten, richt dit artikel zich op de introductie van geschakelde reluctantiemotoren en asynchrone AC-motoren.Vergeleken met de machine heeft het duidelijke voordelen in de volgende aspecten.
2.4.1 De structuur van het motorlichaam
De structuur van de geschakelde reluctantiemotor is eenvoudiger dan die van de inductiemotor met kooianker.Het opmerkelijke voordeel is dat er geen wikkeling op de rotor zit en dat deze alleen is gemaakt van gewone siliciumstaalplaten.Het grootste deel van het verlies van de gehele motor is geconcentreerd op de statorwikkeling, waardoor de motor eenvoudig te vervaardigen is, goed geïsoleerd is, gemakkelijk te koelen is en uitstekende warmteafvoerende eigenschappen heeft.Deze motorstructuur kan de grootte en het gewicht van de motor verminderen en kan met een klein volume worden verkregen.groter uitgangsvermogen.Vanwege de goede mechanische elasticiteit van de motorrotor kunnen geschakelde reluctantiemotoren worden gebruikt voor ultrasnelle werking.
2.4.2 Motoraandrijfcircuit
De fasestroom van het geschakelde reluctantiemotoraandrijfsysteem is unidirectioneel en heeft niets te maken met de koppelrichting, en er kan slechts één hoofdschakelapparaat worden gebruikt om te voldoen aan de vierkwadrantbedrijfsstatus van de motor.Het stroomomzettercircuit is rechtstreeks in serie verbonden met de bekrachtigingswikkeling van de motor, en elk fasecircuit levert onafhankelijk stroom.Zelfs als een bepaalde fasewikkeling of de controller van de motor uitvalt, hoeft deze alleen maar de werking van de fase te stoppen zonder een grotere impact te veroorzaken.Daarom zijn zowel het motorlichaam als de stroomomvormer zeer veilig en betrouwbaar, waardoor ze geschikter zijn voor gebruik in zware omgevingen dan asynchrone machines.
2.4.3 Prestatieaspecten van motorsysteem
Geschakelde reluctantiemotoren hebben veel regelparameters en het is gemakkelijk om aan de eisen van vierkwadrantwerking van elektrische voertuigen te voldoen door middel van geschikte regelstrategieën en systeemontwerp, en kunnen een uitstekend remvermogen behouden in gebieden met hoge snelheden.Geschakelde reluctantiemotoren hebben niet alleen een hoog rendement, maar behouden ook een hoog rendement over een breed scala aan snelheidsregelingen, wat ongeëvenaard is door andere soorten motoraandrijfsystemen.Deze prestatie is zeer geschikt voor de bediening van elektrische voertuigen en is zeer gunstig voor het verbeteren van het vaarbereik van elektrische voertuigen.
3. Conclusie
De focus van dit artikel ligt op het naar voren brengen van de voordelen van een geschakelde reluctantiemotor als aandrijfmotor voor elektrische voertuigen door verschillende veelgebruikte snelheidsregelsystemen voor aandrijfmotoren te vergelijken, wat een onderzoekshotspot is in de ontwikkeling van elektrische voertuigen.Voor dit type speciale motor is er nog veel ruimte voor ontwikkeling in praktische toepassingen.Onderzoekers moeten meer inspanningen leveren om theoretisch onderzoek uit te voeren, en tegelijkertijd is het noodzakelijk om de behoeften van de markt te combineren om de toepassing van dit type motor in de praktijk te bevorderen.
Posttijd: 24 maart 2022