Structura și designul unui vehicul pur electric sunt diferite de cele ale unui vehicul tradițional cu motor cu ardere internă. De asemenea, este vorba despre o inginerie de sistem complexă. Este nevoie să integreze tehnologia bateriei, tehnologia de acționare a motorului, tehnologia auto și teoria modernă a controlului pentru a obține un proces de control optim. În planul de dezvoltare a științei și tehnologiei vehiculelor electrice, țara continuă să adere la schema de cercetare și dezvoltare „trei verticale și trei orizontale” și evidențiază în continuare cercetarea tehnologiilor cheie comune „trei orizontale” conform strategiei de transformare tehnologică a „acționării pur electrice”, adică cercetarea motorului de acționare și a sistemului său de control, a bateriei și a sistemului său de management, precum și a sistemului de control al grupului motopropulsor. Fiecare producător major își formulează propria strategie de dezvoltare a afacerilor în conformitate cu strategia națională de dezvoltare.
Autorul prezintă tehnologiile cheie în procesul de dezvoltare a unui nou sistem de propulsie energetică, oferind o bază teoretică și o referință pentru proiectarea, testarea și producția sistemului de propulsie. Planul este împărțit în trei capitole pentru a analiza tehnologiile cheie ale acționării electrice în sistemul de propulsie al vehiculelor pur electrice. Astăzi, vom introduce mai întâi principiul și clasificarea tehnologiilor de acționare electrică.
Figura 1 Verigări cheie în dezvoltarea sistemului de propulsie
În prezent, tehnologiile cheie ale sistemului de propulsie al vehiculelor pur electrice includ următoarele patru categorii:
Figura 2 Tehnologiile cheie de bază ale sistemului de propulsie
Definiția sistemului motor de conducere
În funcție de starea bateriei vehiculului și de cerințele de putere ale acestuia, acesta convertește energia electrică produsă de dispozitivul de stocare a energiei de la bord în energie mecanică, iar energia este transmisă roților motoare prin intermediul dispozitivului de transmisie, iar părți din energia mecanică a vehiculului sunt convertite în energie electrică și reintroduse în dispozitivul de stocare a energiei atunci când vehiculul frânează. Sistemul de acționare electrică include motorul, mecanismul de transmisie, controlerul motorului și alte componente. Proiectarea parametrilor tehnici ai sistemului de acționare electrică include în principal puterea, cuplul, viteza, tensiunea, raportul de transmisie, capacitatea de alimentare, puterea de ieșire, tensiunea, curentul etc.
1) Controler de motor
Numit și invertor, acesta transformă curentul continuu de intrare al bateriei în curent alternativ. Componente principale:
◎ IGBT: comutator electronic de putere, principiu: prin intermediul controlerului, se controlează brațul punții IGBT pentru a închide o anumită frecvență și comutatorul de secvență pentru a genera curent alternativ trifazat. Prin controlul închiderii comutatorului electronic de putere, se poate converti tensiunea alternativă. Apoi, prin controlul ciclului de funcționare, se generează tensiune alternativă.
Capacitate film: funcție de filtrare; senzor de curent: detectarea curentului înfășurării trifazate.
2) Circuit de control și acționare: placă de control computerizată, IGBT de acționare
Rolul controlerului motorului este de a converti curentul continuu în curent alternativ, de a recepționa fiecare semnal și de a emite puterea și cuplul corespunzătoare. Componentele principale: comutator electronic de putere, condensator cu film, senzor de curent, circuit de acționare pentru a deschide diferite comutatoare, a forma curenți în direcții diferite și a genera tensiune alternativă. Prin urmare, putem împărți curentul alternativ sinusoidal în dreptunghiuri. Aria dreptunghiurilor este convertită într-o tensiune cu aceeași înălțime. Axa x realizează controlul lungimii prin controlul ciclului de funcționare și, în final, realizează conversia echivalentă a ariei. În acest fel, puterea continuă poate fi controlată pentru a închide brațul punții IGBT la o anumită frecvență și comutare de secvență prin intermediul controlerului pentru a genera energie alternativă trifazată.
În prezent, componentele cheie ale circuitului de acționare se bazează pe importuri: condensatoare, tuburi de comutare IGBT/MOSFET, DSP, cipuri electronice și circuite integrate, care pot fi produse independent, dar au o capacitate slabă: circuite speciale, senzori, conectori, care pot fi produși independent: surse de alimentare, diode, inductoare, plăci de circuit multistrat, fire izolate, radiatoare.
3) Motor: transformă curentul alternativ trifazat în mașinărie
◎ Structură: capace frontale și posterioare, carcase, arbori și rulmenți
◎ Circuit magnetic: miez stator, miez rotor
◎ Circuit: înfășurare statorică, conductor rotoric
4) Dispozitiv de transmisie
Cutia de viteze sau reductorul transformă cuplul și turația generate de motor în turația și cuplul necesare întregului vehicul.
Tipul motorului de acționare
Motoarele de acționare sunt împărțite în următoarele patru categorii. În prezent, motoarele de curent alternativ cu inducție și motoarele sincrone cu magneți permanenți sunt cele mai comune tipuri de vehicule electrice cu energie nouă. Așadar, ne vom concentra pe tehnologia motoarelor de curent alternativ cu inducție și a motoarelor sincrone cu magneți permanenți.
| Motor de curent continuu | Motor de inducție de curent alternativ | Motor sincron cu magnet permanent | Motor cu reluctanță comutată | |
| Avantaj | Cost redus, cerințe reduse pentru sistemul de control | Cost redus, Acoperire largă de putere, Tehnologie de control dezvoltată, Fiabilitate ridicată | Densitate mare de putere, eficiență ridicată, dimensiuni mici | Structură simplă, cerințe reduse ale sistemului de control |
| Dezavantaj | Necesități mari de întreținere, Turație redusă, Cuplu redus, durată de viață scurtă | Zonă eficientă mică Densitate redusă de putere | Cost ridicat Adaptabilitate slabă la mediu | Fluctuații mari de cuplu Zgomot ridicat de funcționare |
| Aplicație | Vehicul electric mic sau mini de viteză redusă | Vehicule electrice de afaceri și autoturisme | Vehicule electrice de afaceri și autoturisme | Vehicul cu putere mixtă |
1) Motor asincron cu inducție de curent alternativ
Principiul de funcționare al unui motor asincron inductiv de curent alternativ este acela că înfășurarea trece prin fanta statorului și prin rotor: aceasta este suprapusă din foi subțiri de oțel cu conductivitate magnetică ridicată. Electricitatea trifazată trece prin înfășurare. Conform legii inducției electromagnetice a lui Faraday, se va genera un câmp magnetic rotativ, acesta fiind motivul pentru care rotorul se rotește. Cele trei bobine ale statorului sunt conectate la un interval de 120 de grade, iar conductorul care transportă curentul generează câmpuri magnetice în jurul lor. Când se aplică o sursă de alimentare trifazată acestui aranjament special, câmpurile magnetice se vor schimba în direcții diferite odată cu schimbarea curentului alternativ la un anumit moment, generând un câmp magnetic cu intensitate uniformă de rotație. Viteza de rotație a câmpului magnetic se numește viteză sincronă. Să presupunem că un conductor închis este plasat în interior, conform legii lui Faraday, deoarece câmpul magnetic este variabil, bucla va detecta forța electromotoare, care va genera curent în buclă. Această situație este exact ca bucla care transportă curent în câmpul magnetic, generând forță electromagnetică pe buclă, iar Huan Jiang începe să se rotească. Folosind ceva similar cu o colivie de veveriță, un curent alternativ trifazat va produce un câmp magnetic rotativ prin stator, iar curentul va fi indus în bara coliviei de veveriță scurtcircuitată de inelul terminal, astfel încât rotorul începe să se rotească, motiv pentru care motorul se numește motor cu inducție. Cu ajutorul inducției electromagnetice, în loc să fie conectat direct la rotor pentru a induce electricitate, miezul de fier izolant este umplut în rotor cu fulgi, astfel încât fierul de dimensiuni mici asigură pierderi minime de curenți turbionari.
2) Motor sincron de curent alternativ
Rotorul motorului sincron este diferit de cel al motorului asincron. Magnetul permanent este instalat pe rotor, care poate fi împărțit în tip montat pe suprafață și tip încorporat. Rotorul este fabricat din tablă de oțel siliconic, iar magnetul permanent este încorporat. Statorul este, de asemenea, conectat la un curent alternativ cu o diferență de fază de 120°, care controlează mărimea și faza curentului alternativ sinusoidal, astfel încât câmpul magnetic generat de stator este opus celui generat de rotor, iar câmpul magnetic se rotește. În acest fel, statorul este atras de un magnet și se rotește odată cu rotorul. Ciclu după ciclu este generat de absorbția statorului și a rotorului.
Concluzie: Sistemul de acționare a motorului pentru vehiculele electrice a devenit practic mainstream, dar nu este unic, ci diversificat. Fiecare sistem de acționare a motorului are propriul său index cuprinzător. Fiecare sistem este aplicat în sistemele de acționare existente ale vehiculelor electrice. Majoritatea sunt motoare asincrone și motoare sincrone cu magneți permanenți, în timp ce unele încearcă să combine motoare cu reluctanță. Este demn de subliniat faptul că sistemul de acționare a motorului integrează tehnologia electronicii de putere, tehnologia microelectronicii, tehnologia digitală, tehnologia de control automat, știința materialelor și alte discipline pentru a reflecta perspectivele cuprinzătoare de aplicare și dezvoltare ale mai multor discipline. Este un concurent puternic în domeniul motoarelor pentru vehicule electrice. Pentru a ocupa un loc în viitorul vehiculelor electrice, toate tipurile de motoare trebuie nu doar să optimizeze structura motorului, ci și să exploreze constant aspectele inteligente și digitale ale sistemului de control.
Data publicării: 30 ian. 2023
