Struktura i projekt pojazdu czysto elektrycznego różnią się od struktury i projektu tradycyjnego pojazdu napędzanego silnikiem spalinowym. Jest to również złożona inżynieria systemowa. Musi ona integrować technologię akumulatorów mocy, technologię napędu silnika, technologię motoryzacyjną i nowoczesną teorię sterowania, aby osiągnąć optymalny proces sterowania. W planie rozwoju nauki i technologii pojazdów elektrycznych kraj nadal przestrzega układu badawczo-rozwojowego „trzech pionowych i trzech poziomych” i dodatkowo podkreśla badania nad wspólnymi kluczowymi technologiami „trzech poziomych” zgodnie ze strategią transformacji technologicznej „czystego napędu elektrycznego”, czyli badaniami nad silnikiem napędowym i jego systemem sterowania, akumulatorem mocy i jego systemem zarządzania oraz systemem sterowania układem napędowym. Każdy główny producent formułuje własną strategię rozwoju biznesu zgodnie ze strategią rozwoju narodowego.
Autor sortuje kluczowe technologie w procesie rozwoju nowego układu napędowego, zapewniając podstawy teoretyczne i odniesienia do projektowania, testowania i produkcji układu napędowego. Plan jest podzielony na trzy rozdziały, aby przeanalizować kluczowe technologie napędu elektrycznego w układzie napędowym pojazdów czysto elektrycznych. Dzisiaj najpierw przedstawimy zasadę i klasyfikację technologii napędu elektrycznego.
Rysunek 1 Kluczowe ogniwa w rozwoju układu napędowego
Obecnie najważniejsze technologie układów napędowych pojazdów elektrycznych obejmują następujące cztery kategorie:
Rysunek 2. Kluczowe technologie układu napędowego
Definicja układu napędowego silnika
Zgodnie ze stanem akumulatora pojazdu i wymaganiami dotyczącymi mocy pojazdu, przekształca on energię elektryczną wyjściową przez pokładowe urządzenie do magazynowania energii na energię mechaniczną, a energia jest przesyłana do kół napędowych przez urządzenie nadawcze, a część energii mechanicznej pojazdu jest przekształcana na energię elektryczną i przekazywana z powrotem do urządzenia do magazynowania energii, gdy pojazd hamuje. Elektryczny układ napędowy obejmuje silnik, mechanizm przekładni, sterownik silnika i inne komponenty. Projekt parametrów technicznych elektrycznego układu napędowego obejmuje głównie moc, moment obrotowy, prędkość, napięcie, współczynnik redukcji przekładni, pojemność zasilania, moc wyjściową, napięcie, prąd itp.
1) Kontroler silnika
Nazywany również inwerterem, zmienia prąd stały pochodzący z akumulatora na prąd przemienny. Główne komponenty:
◎ IGBT: przełącznik elektroniczny mocy, zasada: poprzez kontroler, sterowanie ramieniem mostka IGBT w celu zamknięcia określonej częstotliwości i przełącznika sekwencyjnego w celu wygenerowania trójfazowego prądu przemiennego. Poprzez sterowanie przełącznikiem elektronicznym mocy w celu zamknięcia, napięcie przemienne może zostać przekształcone. Następnie napięcie AC jest generowane przez kontrolowanie współczynnika wypełnienia.
◎ Pojemność folii: funkcja filtrowania; czujnik prądu: wykrywanie prądu uzwojenia trójfazowego.
2) Obwód sterowania i napędu: płyta sterownicza komputera, sterowanie IGBT
Rolą sterownika silnika jest konwersja prądu stałego na prąd przemienny, odbiór każdego sygnału i wyprowadzenie odpowiedniej mocy i momentu obrotowego. Główne elementy: przełącznik elektroniczny mocy, kondensator foliowy, czujnik prądu, obwód sterujący napędem do otwierania różnych przełączników, formowania prądów w różnych kierunkach i generowania napięcia przemiennego. Dlatego możemy podzielić sinusoidalny prąd przemienny na prostokąty. Obszar prostokątów jest konwertowany na napięcie o tej samej wysokości. Oś x realizuje kontrolę długości poprzez sterowanie współczynnikiem wypełnienia i ostatecznie realizuje równoważną konwersję obszaru. W ten sposób moc prądu stałego może być kontrolowana w celu zamknięcia ramienia mostka IGBT przy określonej częstotliwości i przełączania sekwencji przez sterownik w celu generowania trójfazowego prądu przemiennego.
Obecnie najważniejsze komponenty układu sterowania opierają się na imporcie: kondensatory, lampy przełączające IGBT/MOSFET, procesory DSP, układy scalone i układy scalone, które można produkować niezależnie, ale mają one niewielką pojemność: układy specjalne, czujniki, złącza, które można produkować niezależnie: zasilacze, diody, cewki, wielowarstwowe płytki drukowane, przewody izolowane, radiatory.
3) Silnik: przetwarza prąd przemienny trójfazowy na prąd maszynowy
◎ Struktura: przednia i tylna osłona, panewki, wałki i łożyska
◎ Obwód magnetyczny: rdzeń stojana, rdzeń wirnika
◎ Obwód: uzwojenie stojana, przewód wirnika
4) Urządzenie nadawcze
Skrzynia biegów lub reduktor przekształca moment obrotowy silnika na prędkość i moment obrotowy wymagane przez cały pojazd.
Rodzaj silnika napędowego
Silniki napędowe dzielą się na następujące cztery kategorie. Obecnie silniki indukcyjne AC i silniki synchroniczne z magnesami trwałymi są najczęstszymi typami nowych pojazdów elektrycznych. Dlatego skupiamy się na technologii silników indukcyjnych AC i silników synchronicznych z magnesami trwałymi.
| Silnik prądu stałego | Silnik indukcyjny prądu przemiennego | Silnik synchroniczny z magnesami trwałymi | Silnik reluktancyjny przełączany | |
| Korzyść | Niższe koszty, niskie wymagania dotyczące systemu sterowania | Niskie koszty, Szeroki zakres zasilania, Rozwinięta technologia sterowania, Wysoka niezawodność | Wysoka gęstość mocy, wysoka wydajność, mały rozmiar | Prosta struktura, niskie wymagania systemu sterowania |
| Niekorzyść | Wysokie wymagania konserwacyjne, Niska prędkość, Niski moment obrotowy, krótka żywotność | Mały obszar wydajnościNiska gęstość mocy | Wysokie koszty Słaba adaptacja do środowiska | Duże wahania momentu obrotowegoWysoki poziom hałasu podczas pracy |
| Aplikacja | Mały lub miniaturowy pojazd elektryczny o niskiej prędkości | Elektryczne pojazdy służbowe i samochody osobowe | Elektryczne pojazdy służbowe i samochody osobowe | Pojazd o mieszanym napędzie |
1) Silnik asynchroniczny indukcyjny prądu przemiennego
Zasada działania indukcyjnego silnika asynchronicznego prądu przemiennego polega na tym, że uzwojenie przechodzi przez szczelinę stojana i wirnik: jest ono ułożone w stos cienkich arkuszy stali o wysokiej przewodności magnetycznej. Trójfazowy prąd elektryczny przechodzi przez uzwojenie. Zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej Faradaya, zostanie wygenerowane wirujące pole magnetyczne, co jest powodem obracania się wirnika. Trzy cewki stojana są połączone w odstępie 120 stopni, a przewodnik przewodzący prąd generuje wokół nich pola magnetyczne. Gdy do tego specjalnego układu zostanie przyłożone zasilanie trójfazowe, pola magnetyczne będą się zmieniać w różnych kierunkach wraz ze zmianą prądu przemiennego w określonym czasie, generując pole magnetyczne o równomiernym natężeniu obrotowym. Prędkość obrotowa pola magnetycznego nazywana jest prędkością synchroniczną. Załóżmy, że wewnątrz umieszczono zamknięty przewodnik, zgodnie z prawem Faradaya, ponieważ pole magnetyczne jest zmienne, pętla wyczuje siłę elektromotoryczną, która wygeneruje prąd w pętli. Ta sytuacja jest taka sama jak pętla przenosząca prąd w polu magnetycznym, generująca siłę elektromagnetyczną na pętli, a Huan Jiang zaczyna się obracać. Używając czegoś podobnego do klatki wiewiórczej, trójfazowy prąd przemienny wytworzy wirujące pole magnetyczne przez stojan, a prąd zostanie zaindukowany w pręcie klatki wiewiórczej zwartym przez pierścień końcowy, więc wirnik zaczyna się obracać, dlatego silnik nazywa się silnikiem indukcyjnym. Za pomocą indukcji elektromagnetycznej, zamiast bezpośredniego połączenia z wirnikiem w celu indukcji prądu, izolacyjne płatki rdzenia żelaznego są wypełniane w wirniku, tak że żelazo o małych rozmiarach zapewnia minimalną stratę prądu wirowego.
2) Silnik synchroniczny prądu przemiennego
Wirnik silnika synchronicznego różni się od wirnika silnika asynchronicznego. Na wirniku zamontowany jest magnes trwały, który można podzielić na typ montowany powierzchniowo i typ osadzony. Wirnik wykonany jest z blachy ze stali krzemowej, a magnes trwały jest osadzony. Stojan jest również podłączony do prądu przemiennego o różnicy faz 120, która kontroluje wielkość i fazę prądu przemiennego sinusoidalnego, tak że pole magnetyczne generowane przez stojan jest przeciwne do pola generowanego przez wirnik, a pole magnetyczne obraca się. W ten sposób stojan jest przyciągany przez magnes i obraca się wraz z wirnikiem. Cykl po cyklu jest generowany przez absorpcję stojana i wirnika.
Wnioski: Napęd silnikowy pojazdów elektrycznych stał się zasadniczo głównym nurtem, ale nie jest pojedynczy, ale zróżnicowany. Każdy układ napędowy silnika ma swój własny kompleksowy indeks. Każdy układ jest stosowany w istniejącym napędzie pojazdu elektrycznego. Większość z nich to silniki asynchroniczne i silniki synchroniczne z magnesami trwałymi, podczas gdy niektóre próbują przełączać silniki reluktancyjne. Warto zauważyć, że napęd silnikowy integruje technologię elektroniki mocy, technologię mikroelektroniki, technologię cyfrową, technologię automatycznego sterowania, naukę o materiałach i inne dyscypliny, aby odzwierciedlić kompleksowe perspektywy zastosowania i rozwoju wielu dyscyplin. Jest silnym konkurentem w silnikach pojazdów elektrycznych. Aby zająć miejsce w przyszłych pojazdach elektrycznych, wszystkie rodzaje silników muszą nie tylko optymalizować strukturę silnika, ale także stale badać inteligentne i cyfrowe aspekty układu sterowania.
Czas publikacji: 30-01-2023
